Induktionserwärmung für die Wiederaufbereitung

Die Induktionserwärmungstechnologie wird seit über 100 Jahren kommerzialisiert, gilt jedoch für diejenigen, die mit ihrer Anwendung nicht vertraut sind, immer noch als „neue Technologie“. Obwohl es sich um eine bewährte und ausgereifte thermische Technologie handelt, birgt die Anwendung dieser angewandten Wissenschaft immer noch ein gewisses Maß an „Geheimnis oder Kunst“.

Induktion wird am häufigsten für Schmelz-, Schmiede- und Präzisionswärmebehandlungsanwendungen eingesetzt. Darüber hinaus wird die Induktionserwärmung häufig für verschiedene Metallverbindungstechniken wie Hartlöten, Löten, Schrumpfen und Kleben eingesetzt. Die meisten Induktionsheizsysteme werden an OEM-Hersteller von Automobil- und Offroad-Motoren verkauft, um neue Motor- und Antriebsstrangkomponenten herzustellen und deren Lebensdauer zu verlängern.

In den letzten zehn Jahren hat sich die Induktionserwärmung stets als vorteilhafte Technologie für die Wiederaufbereitung von Antriebssträngen erwiesen und erfreut sich in dieser Branche weltweit immer größerer Beliebtheit. Umsatz und Nachfrage erhöhen weiterhin den Bedarf an der Verwendung von Induktionsheizsystemen für die Durchführung einer Vielzahl von Anwendungen zur Wiederaufbereitung von Antriebssträngen. Zu diesen Komponenten gehören unter anderem: Zylinderköpfe, Pleuel, Getriebe, Differentiale, Zahnräder, Lager, Riemenscheiben, Zahnkränze, Schwungräder und mehr.

Die in diesem Dokument bereitgestellten Informationen sollen ein besseres Verständnis der Induktionserwärmungstechnologie, der Vorteile, die sie durch ihre endlosen Möglichkeiten und Vielseitigkeit bietet, sowie ihre nachweisliche Erfolgsbilanz bei der Erzielung eines hohen ROI veranschaulichen. Zu diesen Vorteilen gehören eine erhöhte Kernretention, eine Reduzierung des Ausschusses, eine erweiterte Produktion, ein geringerer Arbeitsaufwand, ein geringerer Energieverbrauch, eine Verringerung der Verbrauchsmaterialien sowie eine verbesserte Mitarbeitersicherheit und Ergonomie.

Die Theorie der induzierten elektrischen Ströme durch elektromagnetische Induktion wurde 1831 von Michael Faraday bewiesen. Die Technologie wurde erstmals 1918 von Dr. Edwin Finch Northrup für industrielle Heizanwendungen kommerzialisiert.

Induktionserwärmung ist ein thermischer Prozess, bei dem ein elektrisch leitendes Material in ein variierendes Magnetfeld gebracht und über Hysterese (nur magnetische Materialien) und/oder induzierten elektrischen Strom (alle leitenden Materialien) erhitzt wird. Das sich ändernde Magnetfeld wird dadurch erzeugt, dass ein hochfrequenter Wechselstrom (AC) durch eine elektrische Wicklung (Spule/Induktivität) geleitet wird. Die Induktionserwärmung ist eine kontaktlose Erwärmungsmethode, die im Vergleich zu anderen Erwärmungstechnologien für die Wiederaufbereitung äußerst schnell und effizient ist. Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung kann bis zu 90 % betragen. Die Erwärmungszeiten werden in Sekunden ohne Verbrennung oder physischen Kontakt mit dem zu erhitzenden Teil gemessen.

Es ist wichtig, dass ein interessierter Benutzer einen qualifizierten Anbieter von Induktionsheizungen konsultiert, um Hilfe bei der Spezifikation eines Induktionsheizungssystems zu erhalten. Bei der Auswahl eines Induktionsheizsystems gibt es viele Variablen, wie z. B. Leistung (kW), Betriebsfrequenz (kHz), Design des Heizinduktors und Methode der Prozesssteuerung.

Die verschiedenen Parameter des Induktionsheizsystems werden durch die vielen Variablen des Herstellungsprozesses beeinflusst, wie z. B. Komponentenlegierung, Komponentenabmessungen, zulässige Heizzeit, Zieltemperatur, maximale Temperatur und Einschränkungen bei der Materialhandhabung. Es wird empfohlen, eine mögliche Anwendung der Induktionserwärmung von einem Verfahrenstechniker prüfen zu lassen, um einen erfolgreichen, zuverlässigen und wiederholbaren Prozess zu gewährleisten.

Ein Heizinduktor (Spule) ist eine elektrische Wicklung, durch die ein Wechselstrom fließt, der ein elektromagnetisches Feld mit einem bestimmten Muster zum Erhitzen eines elektrisch leitenden Objekts erzeugt.

Viele stellen sich einen Heizinduktor als eine einfache spiralförmige Wicklung aus Kupferrohren vor, die das zu erhitzende Teil umgibt. Obwohl dies einer wäre

Form eines Induktors gibt es noch viele weitere zu berücksichtigen. Heizinduktoren können aus hohlen Kupferrohren, massiven Stäben, flexiblen Kabeln, bearbeiteten Knüppeln und sogar 3D-gedruckt aus pulverförmigen Kupferlegierungen hergestellt werden. Das Design des Induktors wird durch die Prozessanforderungen, das Budget und die Fähigkeit des Benutzers zum Bau von Induktoren bestimmt. Kupfer ist aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit (geringe Leistungsverluste), seiner hohen Wärmeleitfähigkeit (leicht mit Wasser zu kühlen) und seiner relativ geringen Kosten das Material der Wahl für die Herstellung von Induktoren. Die meisten Induktoren sind wassergekühlt, da die Wärme vom Teil reflektiert wird und ein extrem hoher Strom innerhalb des Induktors fließt (typisch sind Tausende von Ampere).

Der Induktor ist die wichtigste Komponente eines Induktionsheizsystems. Induktoren können in vielen verschiedenen Konfigurationen entworfen werden, z. B. als Magnet-, Haarnadel-, Pfannkuchen-, Quer-, ID-, Kanal-, Muschel- und bearbeitetes/3D-gedrucktes Profil. Nur der Magnetinduktor umgibt das Teil (Abbildung 1). Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass der Induktor das Teil vollständig umgeben muss. Tatsache ist, dass ein Induktor von außen, von innen, von einer Seite, von zwei Seiten oder sogar von drei Seiten heizen kann. Induktoren sind im Allgemeinen auf die Form des Teils und/oder den Bereich des zu erwärmenden Teils abgestimmt. Die Bauart des Induktors beeinflusst die Effizienz. Beispielsweise benötigt ein interner Heizinduktor etwa doppelt so viel Strom wie ein Magnetinduktor.

Auch der Spalt zwischen dem beheizten Teil und dem Induktor, der sogenannte Kopplungsspalt, beeinflusst den Wirkungsgrad. Mit zunehmender Kopplungslücke nimmt der Wirkungsgrad ab. Es ist wichtig, dass ein Experte für Induktordesign frühzeitig während der Prozessentwicklungsphase Ihrer Anwendung konsultiert wird, um die größtmögliche Chance auf einen Prozesserfolg zu haben.

Ein ineffizienter Induktor verbraucht übermäßig viel Strom, weist eine schlechte Wiederholgenauigkeit auf, erfordert eine Nachbearbeitung der Teile oder funktioniert möglicherweise überhaupt nicht. Der Induktionserwärmungsprozess ist nur so gut wie der für den Prozess verwendete Induktor.

Die wichtigsten Designmerkmale eines Qualitätsinduktors sind wie folgt:

Beispielsweise wird ein Induktionsventilsitz-Heizinduktor nach sehr engen Werkzeugmaschinentoleranzen entwickelt und gebaut, um eine präzise Ausrichtung und punktgenaue Heizzonen zu gewährleisten. Dadurch wird die Hitze nur auf den Ventilsitzbereich begrenzt (Abbildung 2a) und Hitzeschäden an der Hauptbohrung der Ventilsitztasche werden verhindert. Wie die meisten Induktoren sind diese wassergekühlt und mit speziellen Ausrichtungs- und Abstandsfunktionen ausgestattet, um das Rätselraten im Prozess zu vereinfachen und den Vorgang für die Bediener zu vereinfachen.

Dieser Induktortyp (Abbildung 2b) ist mit einer Schnellwechselfunktion ausgestattet, die verschiedene Induktorgeometrien unterstützt und je nach Marke und Modell des zu bearbeitenden Kopfes in Sekundenschnelle ausgetauscht werden kann. Die Langlebigkeit dieser Konstruktion und die hitzebeständigen Materialien ermöglichen die Beheizung tausender Sitze mit einem einzigen Induktionsventil-Sitzheizungsinduktor.

Moderne Steuerungen können in den gesamten Induktionserwärmungsprozess integriert werden, um den Erhitzungsprozess genau und konsistent zu steuern. Moderne Induktionserwärmungssysteme nutzen zahlreiche Mikroprozessoren und können Daten über die Leistungsmerkmale eines Prozesses liefern.

Die Induktionserwärmung ist nicht nur sehr gut kontrollierbar und wiederholbar, sie ist auch sehr vorhersehbar.

Mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA)-Software und proprietären Simulationssoftwarepaketen können Induktions-OEMs Wärmemuster, Temperaturanstiege, Temperaturverteilung, Spannung, Dehnung und sogar metallurgische Veränderungen in Teilen genau vorhersagen, bevor ein einzelnes Teil physisch erhitzt wird (Abbildung 3).

Es ist leicht zu erkennen, dass die Induktionserwärmung gegenüber anderen Erwärmungsmethoden viele überlegene Eigenschaften bietet, darunter Präzision, Geschwindigkeit, Kontrolle und Energieeffizienz. Allerdings ist die Induktion nur ein Teil des Erwärmungsprozesses. Trotz der überlegenen Wärmekontrolle durch elektromagnetische Induktion ist sie nur so genau und wiederholbar wie die Fähigkeit, die anderen Variablen jedes Prozesses zu kontrollieren, wie z. B. Teiletoleranz, Teileposition, Teilesauberkeit, Teilematerial, Prozesskonsistenz und mehrere andere Faktoren .

OEMs für Induktionsheizungen wie Ajax TOCCO Magnethermic Corporation bieten ihren Kunden Laborversuche an ihren tatsächlichen Produktionsteilen an. Kunden können Teile für alle Arten von Induktionserwärmungsanwendungen einsenden und die bewährten Ergebnisse des Induktionserwärmungsprozesses aus erster Hand erleben.

Zu den entscheidenden Vorteilen der Verwendung unserer Induktionsheizgeräte gehören: Wiederholbarkeit, Zuverlässigkeit, Qualität, Sicherheit und Geschwindigkeit.

Darüber hinaus erzielten Reman-Anwender einen günstigen ROI und die Mehrheit konnte die Kosten aufgrund von Arbeitsersparnissen, Sicherheit, Effizienz und sogar Kostensenkungen bei der Krankenversicherung rechtfertigen.

Warum sollten Sie sich für die Induktionserwärmung für Ihre REMAN-Anwendungen entscheiden?

Bei der Induktionsheizung werden herkömmliche fossile Brennstoffe nicht verbrannt. Es handelt sich um einen sauberen, umweltfreundlichen Prozess, es scheint jedoch, dass die grüne Induktion das größte kleine Geheimnis der letzten 100 Jahre war. Induktion war schon immer eine „grüne Technologie“.

Induktionsheizsysteme sind umweltfreundlich und verbessern die Arbeitsbedingungen der Mitarbeiter, indem sie Rauch, Abwärme, schädliche Emissionen und lauten Lärm eliminieren.

Dieses einzigartig energieeffiziente Verfahren wandelt bis zu 90 % der erzeugten Energie in Nutzwärme um, im Vergleich zu Kammeröfen, die in der Regel nur 45 % energieeffizient sind. Da bei der Induktion kein Aufwärm- oder Abkühlzyklus erforderlich ist, werden die Wärmeverluste im Standby-Modus auf ein Minimum reduziert. Die Wiederholbarkeit und Konsistenz des Induktionsprozesses machen ihn in hohem Maße mit energieeffizienten automatisierten Systemen kompatibel.

Eine der prominentesten Branchen, die den Umweltschutz verkörpern, ist die Wiederaufbereitungsindustrie. In Anlehnung an das RIC (Remanufacturing Industries Council) bedeutet Reman, dass ein zuvor verkauftes, abgenutztes oder nicht funktionsfähiges Produkt oder eine Komponente in einen „neuwertigen“ oder „besser als neuen“ Zustand zurückversetzt wird und dessen Leistungsniveau gewährleistet wird Qualität.

Ganz ähnlich wie die Gemeinschaft der Induktionserwärmung verfügt auch die Wiederaufarbeitungsbranche über eine engmaschige Gruppe von Organisationen und Verbänden rund um den Globus.

Einige der Hauptvorteile der Wiederaufbereitung ähneln ebenfalls der Induktionstechnologie. Dazu gehören die Einsparung von Materialien, die Reduzierung des Energieverbrauchs während der Herstellung, die Reduzierung von Abfall und die Erzielung eines höheren ROI durch einen niedrigeren Preis für gleichwertige Artikel.

Die Induktionserwärmungstechnologie hat sich bereits für viele Anwendungen in der Wiederaufbereitungsindustrie als erfolgreich erwiesen. Ein Beispiel dieser innovativen Heizanwendungen sind:

Induktionserwärmung zur Demontage/Demontage

Schrumpfanwendungen

Eine der beliebtesten Reman-Anwendungen ist die Induktionserwärmung zur Ventilsitzentfernung. Ajax TOCCO Magnethermic bietet technische Lösungen für diese Anwendung, die intern als Induktionsventilsitzentfernung (IVSR) bezeichnet wird. Die von Ajax TOCCO Magnethermic bereitgestellten technischen IVSR-Systeme haben die Industrie zur Wiederaufbereitung von Hochleistungsmotoren revolutioniert, insbesondere die Aufgabe, eingepresste Ventilsitze aus Motorzylinderköpfen zu entfernen. Das Verfahren von Ajax TOCCO beinhaltet das schnelle Erhitzen eingepresster Ventilsitze in Sekundenschnelle. Sobald die Sitze abgekühlt sind, schrumpfen sie und können mit einfach modifizierten Handwerkzeugen leicht entfernt werden (Abbildung 4). In einigen Fällen konnten Sitze nur mit einer behandschuhten Hand entfernt werden.

Dutzende IVSR-Systeme wurden an große OEMs sowie führende Motorenaufbereitungsunternehmen auf der ganzen Welt geliefert.

Sitze aller Größen (Abbildungen 5–7) in Eisen- und Nichteisen-Zylinderköpfen wurden mithilfe des IVSR-Verfahrens erfolgreich erhitzt, geschrumpft und herausgezogen. IVSR-Systeme sind relativ kompakt, transportabel (Abbildung 8) und anpassungsfähig, sodass der Prozess bequem zum Ort des Bedarfs transportiert werden kann.

Induktionserwärmung ist ein sehr kontrollierbarer, wiederholbarer und skalierbarer Prozess. Je nach Prozessanforderung können Temperaturanstiege von wenigen Grad bis zu mehreren tausend Grad innerhalb von Sekunden oder über einen bestimmten Zeitraum erreicht werden.

Mit der Induktionserwärmungstechnologie können Temperaturen erreicht werden, die mit Brennern, Widerständen und/oder Öfen nicht leicht zu erreichen sind. Im Gegensatz zu Verbrennungs- oder Strahlungsheizmethoden wird die Induktionserwärmung nicht durch Umgebungsveränderungen wie Taupunkt, Zugluft, Umgebungstemperatur oder Druck beeinflusst.

Die Induktion kann sehr selektiv sein und nur einen kleinen Teil (einige Millimeter) eines Teils erwärmen, oder sie kann ganze Baugruppen im Einzelstück-Teilefluss oder bei der Produktion mit kontinuierlichem Förderband erwärmen.

Die Induktion ist äußerst anpassungsfähig bei der Erwärmung verschiedenster Teilegeometrien.

Die Energieeffizienz der Induktion ist bis zu 90 % erreichbar. Die Wärme wird sofort ein- und ausgeschaltet, sodass im Standby-Modus oder bei Produktionsverzögerungen kein Strom verschwendet wird.

Die Vorteile des Einsatzes der Induktionserwärmungstechnologie in der Wiederaufbereitungsindustrie sind grenzenlos. Interessenten werden ermutigt, kontinuierlich nach neuen Anwendungsmöglichkeiten zu suchen. Ersetzen Sie den „blauen Schraubenschlüssel“ (Taschenlampe) durch ein Induktionsheizsystem, um Ihr Endergebnis zu verbessern.

Induktionserwärmungssysteme sind mobil und können durch einen einfachen Werkzeugwechsel in kürzester Zeit an verschiedene Arten von Anwendungen angepasst werden. Die Induktionserwärmung sollte als gewünschte Wärmequelle für Ihre aktuellen oder bevorstehenden Reman-Erwärmungsvorgänge sicherlich eine vorrangige Überlegung sein.

Kontakt:John Lormin, Außendienstingenieur, Low Power Products, Ajax TOCCO Magnethermic – 248-691-2299 oder [email protected]