Induktives Randschichthärten
Neuartige Randbedingungen zur vereinfachten Berechnung der Verlustleistungsdichte
Published in 1998
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164 pages
978-3-89574-313-9 (ISBN)
Description
Ausgehend von einer einleitenden Betrachtung der induktiven Erwärmung im Kontext zu anderen technisch relevanten Erwärmungsverfahren werden in dieser Arbeit die fundamentalen Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes dargelegt. An einem eindimensionalen Modell werden die wichtigen Zusammenhänge der verschiedenen elektromagnetischen Feldgrößen unter Berücksichtigung eines Sprunges in den elektrischen Materialparametern hergeleitet. Diese Zusammenhänge sind Grundlage bei der weiteren Betrachtung und Herleitung des Prozeßmodells für das elektromagnetische Feld bei der induktiven Randschichthärtung einer gegebenen Anordnung.
Die Herleitung des Prozeßmodells basiert auf einer neu entwickelten Rai-Lidbedingung dritter Art, die die physikalischen Eigenschaften des Skineffektes bei kleiner Eindringtiefe modelliert. Mit dieser Randbedingung ist es möglich, eine entkoppelte Analyse des elektromagnetischen Feldes in leitenden und nicht leitenden Räumen vorzunehmen. Der Vorteil dieser entkoppelten Analyse liegt in einer drastischen Reduktion der Dimension des zu lösenden Gleichungssystems. Die Verringerung der Rechenzeit und der benötigten Rechenkapazität ist offensichtlich.
Zur Verifikation des Prozeßmodells wird eine herkömmliche und dadurch komplexe Analyse der elektromagnetischen Vorgänge innerhalb der Härtungseinrichtung vollzogen. Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen des Prozeßmodells zeigt bei den vorausgesetzten hohen Frequenzen eine sehr gute Übereinstimmung, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die Ergebnisse des Prozeßmodells zutreffen.
Somit wird gezeigt, daß mit dem gefundenen Prozeßmodell Problemstellungen der industriellen Praxis wesentlich effizienter gelöst werden können. Das gefundene Verfahren läßt Aussagen über die durch die Oberfläche in ein Werkstück eingebrachte Leistung zu. Dabei kann man sich von der Gesamtoberfläche lösen und zu einem kleinen Oberflächenelement übergehen. Hierdurch wird in Kombination mit weiteren Berechnungsverfahren jede beliebige Geometrie erschlossen und die notwendigen Berechnungen werden wesentlich reduziert.
Die Herleitung des Prozeßmodells basiert auf einer neu entwickelten Rai-Lidbedingung dritter Art, die die physikalischen Eigenschaften des Skineffektes bei kleiner Eindringtiefe modelliert. Mit dieser Randbedingung ist es möglich, eine entkoppelte Analyse des elektromagnetischen Feldes in leitenden und nicht leitenden Räumen vorzunehmen. Der Vorteil dieser entkoppelten Analyse liegt in einer drastischen Reduktion der Dimension des zu lösenden Gleichungssystems. Die Verringerung der Rechenzeit und der benötigten Rechenkapazität ist offensichtlich.
Zur Verifikation des Prozeßmodells wird eine herkömmliche und dadurch komplexe Analyse der elektromagnetischen Vorgänge innerhalb der Härtungseinrichtung vollzogen. Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen des Prozeßmodells zeigt bei den vorausgesetzten hohen Frequenzen eine sehr gute Übereinstimmung, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die Ergebnisse des Prozeßmodells zutreffen.
Somit wird gezeigt, daß mit dem gefundenen Prozeßmodell Problemstellungen der industriellen Praxis wesentlich effizienter gelöst werden können. Das gefundene Verfahren läßt Aussagen über die durch die Oberfläche in ein Werkstück eingebrachte Leistung zu. Dabei kann man sich von der Gesamtoberfläche lösen und zu einem kleinen Oberflächenelement übergehen. Hierdurch wird in Kombination mit weiteren Berechnungsverfahren jede beliebige Geometrie erschlossen und die notwendigen Berechnungen werden wesentlich reduziert.