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  • Induktionsanlagen mit Mittelfrequenztechnik

  • Vorwort

    Induktionsanlagen mit Mittelfrequenztechnik sind eine innovative Lösung für die Erwärmung von großen und schweren Werkstücken. Sie sind für die thermische Montage und Demontage geeignet – im Gegensatz zu den Anwärmgeräten der Baureihe HEATER, die eine wirtschaftliche Lösung ausschließlich für die thermische Montage darstellen. Aufgrund stetig steigender Anforderungen und immer komplexerer Anwendungen stoßen die herkömmlichen Methoden zunehmend an ihre Grenzen. Mit der Induktionserwärmung durch Mittelfrequenztechnik können diese Anforderungen erfüllt werden, bei gleichzeitig hoher Energieeffizienz, Sicherheit und Flexibilität. Bei der thermischen Montage wird ein Werkstück, zum Beispiel ein Wälzlager oder ein Zahnrad, erwärmt und dehnt sich dadurch aus. Im warmen Zustand wird es auf seinen Sitz geschoben, wo nach dem Abkühlen ein Pressverband entsteht. Bei der thermischen Demontage ist darüber hinaus Schnelligkeit gefragt. Denn um den Pressverband zu lösen, darf nur das zu demontierende Werkstück erwärmt werden, der Sitz muss dagegen kalt bleiben. Das setzt einen sehr schnellen Energieeintrag ins Werkstück voraus. Bei der Mittelfrequenztechnik wird zwischen Induktionsspule (Induktor) und Netzanschluss ein Frequenzumrichter (Generator) geschaltet. Dieser Generator versorgt den Induktor mit einer Frequenz von etwa 10 kHz bis 25 kHz. Aufgrund der hohen Frequenz kann der Induktor, bei gleicher induzierter Verlustleistung, wesentlich kompakter ausgeführt werden als bei Induktionsanlagen mit Netzfrequenztechnik. Die Erwärmung erfolgt aufgrund des Skin- Effekts nur in der Werkstückoberfläche, wobei die Eindringtiefe nur wenige Zehntel Millimeter beträgt. Die Durchwärmung des Werk- stücks erfolgt durch den entstehenden Wärmefluss. Das aufge- schrumpfte Bauteil wird wesentlich schneller als die Welle erwärmt, so dass für einen bestimmten Zeitraum das Fügespiel hergestellt ist und die Schrumpfverbindung gelöst werden kann. Die vorliegende Publikation beschreibt die neueste Generation der Generatoren mit digitaler Steuerung. Bei den Induktoren kann je nach Anwendungsfall zwischen verschiedenen Ausführungen gewählt werden. Flexible Induktoren bieten eine gute Anpassungs- fähigkeit an Bauteile unterschiedlicher Größe und Geometrie. Festinduktoren eignen sich eher für die Serienfertigung, wo weniger die Flexibilität, sondern vielmehr kurze Rüstzeiten und eine hohe Prozesssicherheit im Vordergrund stehen. Die Anwendungsbeispiele zeigen exemplarisch verschiedene Möglichkeiten zum Einsatz der Induktionsanlage. Bei der Konfiguration einer Induktionsanlage für Ihre Anwendungen beraten wir Sie gerne.

  • 2 TPI 217 Schaeffler Technologies

    Seite

    Inhaltsverzeichnis

    Technische Grundlagen Induktive Erwärmung ................................................................. 4 Funktionsprinzip................................................................... 4

    Vorteile................................................................................. 5

    Eignung für Wälzlager ........................................................... 5

    Induktionsanlagen mit Mittelfrequenztechnik ............................ 6 Hauptkomponenten .............................................................. 6

    Vorteile................................................................................. 7

    Anwendungsbereiche............................................................ 8

    Konfiguration........................................................................ 8

    Innen- und Außenfeldinduktoren ............................................... 9 Innenfeldinduktoren ............................................................. 9

    Außenfeldinduktoren ............................................................ 9

    Sicherheitshinweise .................................................................. 10 Elektromagnetisches Feld ..................................................... 10

    Generatoren Eigenschaften ........................................................................... 11

    Erweiterter Funktionsumfang ..................................................... 12

    Betriebsarten ............................................................................ 13

    Reduzierung des Restmagnetismus............................................ 14

    Ausführungen............................................................................ 15 Lieferumfang ........................................................................ 17

    Zubehör .................................................................................... 18 Temperaturfühler .................................................................. 18

    Potentialausgleichsleitung.................................................... 18

    Induktorzuleitung ................................................................. 19

    Signalsäule........................................................................... 20

  • Schaeffler Technologies TPI 217 3

    Seite Induktoren Bauarten .................................................................................. 21

    Flexible Induktoren ................................................................... 21

    Festinduktoren ......................................................................... 24

    Zubehör.................................................................................... 25 Magnethalter ....................................................................... 25

    Spanngurt mit Aluhalter ....................................................... 25

    Hitzeschutzdecke................................................................. 26

    Hilfsmittel für die Montage Transport- und Montagewerkzeug ............................................. 27

    Dienstleistungen Umfassendes Dienstleistungsangebot ...................................... 29 Montage- und Demontagedienstleistungen........................... 29

    Weitere Dienstleistungen ..................................................... 30

    Anwendungsbeispiele Demontage von Innenringen ..................................................... 32

    Serielle Montage von Lagern im Gehäuse .................................. 34

    Serielle Montage großer Pendelrollenlager ................................ 36

    Serielle Demontage von Labyrinth- und Innenringen .................. 38

    Anhang Notwendige Angaben zur Angebotserstellung............................ 43

  • 4 TPI 217 Schaeffler Technologies

    Induktive Erwärmung

    Funktionsprinzip Die induktive Erwärmung ist ein unmittelbares Erwärmungs- verfahren, mit dem sich alle elektrisch leitenden Werkstoffe erwärmen lassen. Wird an einen Induktor eine Wechselspannung angelegt, entsteht in ihm ein starkes magnetisches Wechselfeld. Bringt man einen Lagerring in dieses Wechselfeld, wird in ihm eine Spannung induziert. Es entsteht ein hoher Kurzschlussstrom, der den Ring erwärmt, Bild 1. Die Eindringtiefe ist bei der induktiven Erwärmung von der Frequenz des Wechselstroms abhängig. Bei der induktiven Erwärmung werden die Lagerringe magnetisch. Die notwendige Reduzierung des Restmagnetismus nach dem Anwärmvorgang wird mit demselben Induktor automatisch durchgeführt.

    � Kurzschlussstrom IR im Lagerring � magnetisches Wechselfeld

    � Lagerring � Erregerspule

    Bild 1 Prinzip der induktiven Erwärmung 0

    00 18

    35 1

    00 01

    83 51

  • Schaeffler Technologies TPI 217 5

    Vorteile Die Wärme wird direkt durch den mittelfrequenten Strom erzeugt, also ohne jede Berührung zwischen dem Induktor und dem Werk- stück. Weil der Kurzschlussstrom im Lagerring infolge des Skin- effekts und wegen der guten magnetischen Kopplung vorwiegend an der Oberfläche fließt, wird die Ringoberfläche rascher als das Ring- innere erwärmt. Die Wärme wird unmittelbar im Werkstück erzeugt und muss nicht von außen durch Strahlung, Wärmeleitung oder Konvektion übertragen werden. Dadurch ist die Verlustwärme bei diesem Verfahren wesentlich geringer und die übertragene Leistung höher als bei anderen Erwärmungsverfahren. Diese Tatsache kommt der Forderung entgegen, dass beim Lösen von Schrumpfverbänden möglichst wenig Wärme in die Welle über- gehen soll, damit ein ausreichendes Spiel zwischen Innenring und Welle entsteht. Die schnelle Aufheizrate und das Einbringen eines definierten und gezielten Wärmeeintrages in die Werkstücke sind Kennzeichen der induktiven Erwärmung.

    Eignung für Wälzlager Induktive Erwärmungsanlagen eignen sich zum Ausbau von Zylinderrollenlager- und Nadellager-Innenringen, Labyrinthringen, Kupplungen und sonstigen rotationssymmetrischen Teilen, deren Bohrung mindestens 60 mm beträgt. Bei kleineren Press- verbänden dagegen wird die Welle so schnell miterwärmt, dass das Übermaß nicht mehr aufgehoben wird. Mit induktiven Erwärmungsanlagen können die Teile sowohl für die Montage als auch für die Demontage erwärmt werden.

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    Induktionsanlagen mit Mittelfrequenztechnik

    Hauptkomponenten Induktionsanlagen mit Mittelfrequenztechnik bestehen aus den Hauptkomponenten Generator und Induktor. Je nach Anwendungs- fall ist weiteres Zubehör erforderlich, wie zum Beispiel Induktor- zuleitung oder Haltevorrichtungen für flexible Induktoren.

    Generator Der Generator beeinhaltet einen Frequenzumrichter und versorgt den Induktor mit einer Wechselspannung im Frequenzbereich 10 kHz