Journal Dampf Heißluft

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Der Preisunterschied zwischen einem 1,2 kW-Umrichter
zu einem 2,4 kW Umrichter beträgt z. B. nur 15%!
Analog zum Hubraum von einem Motor ist Umrichterleistung
eben durch nix zu ersetzen.
Es gibt immer wieder Anwendungsbereiche, wo im Hinblick
auf das Erwärmungsergebnis diese Art der Heiß-
Wassererzeugung einen Sinn macht. Induktoren werden
aus Kupferrohrhohlprofilen angefertigt, um eine aktive
Wasserkühlung der Induktorspule zu gewährleisten, weil
die Spule den gesamten Schwingkreisstrom bewältigen
muss. Die Stromdichte s in (A/mm²) der Induktorspule
kann bei aktiver Wasserkühlung um das bis zu 40fache
gegenüber Luftkühlung höher ausgelegt werden. Beispiel:
Induktorspule, Nennleistung 5 kW, Leistungsfaktor cos ϕ
= 0,08 Nennspannung 200 V (MF)
Der vom Umrichter zu liefernde Strom beträgt I
= 5 kW/200 V = 25 A
Der Schwingkreisstrom bei Resonanz beträgt I
= 25 A/0,08 = 312 A
Je nach Art und Verlegung der Leitung liefert die VDE
0298, Teil 4 einen Leiterquerschnitt von 70 mm² – 95 mm².
Das entspricht Cu-Drahtdurchmessern vom 9,5 mm –
11 mm. Diese Werte gelten aber nur für Netzfrequenz
(50 Hz). Der Skineffekt bei höheren Frequenzen reduziert
den wirksamen Cu-Querschnitt entsprechend. Jeder Versuch
durch Querschnittsvergrößerung dem entgegenzuwirken,
führt zu immer größeren Cu-Drahtdurchmessern.
Die Anfertigung von kleinen, verspielten Induktoren ist damit
nicht mehr machbar. Wassergekühlte Induktoren sind
daher schlichtweg unverzichtbar. Bei Schwingkreisumrichtern
im Leistungsbereich (1,2 kW bis 4,2 kW) ist für
die Herstellung der Induktorspule ein Cu-Rohr Ø 6 mm,
Wandstärke 0,5 mm das Mittel der Wahl. Es ist immer wieder
beeindruckend, was mit 1,2 kW erwärmungstechnisch
schon „angerichtet“ werden kann. Als Beispiel hierfür
eine Matrizenerwärmung zum Aufschmelzen von Glaspulver.
Verhältnismäßig günstige Halbzeugpreise, dazu
leicht zu verarbeiten … es sollte für einen Modellbauer
eine der leichtesten Übungen sein, sich „seinen“ Spezialinduktor
anzufertigen. Aufgrund der bereits erwähnten
Matrize kalt
Innenfeldinduktor
Wirkungsgrad 70–50 %
Flächeninduktor
Wirkungsgrad 60–30 %
Induktoren mit Werkstücken und Feldausbildung
Bandbreite der neuen Gerätegeneration für Umrichter ist
eine aufwändige Spulenberechnung allerdings gar nicht
erforderlich. Es genügt völlig, nach dem Verfahren TRIAL
AND ERROR sich an den Wunschinduktor heranzuarbeiten.
Das Ergebnis nach Änderungen am Induktor wird bei
einem Probeschuss ja sofort sichtbar. Ein sog. Pancake-
Induktor (sieht irgendwie aus wie eine Lakrtizsschnecke)
kann durch einfaches Auseinanderziehen zu einem Kegel-Induktor
umfunktioniert werden. Je nach Verwendung
ergeben sich mit einem Induktor dann unterschiedliche
Erwärmungsbilder wie man in den folgenden Beispielen
sieht. Zur Einführung und zum Selbststudium gibt es
gute Fachaufsätze mit Beschreibungen von verschiedenen
Induktorvarianten.
Kühlung
Last but no least ... die Kühlung. Merksatz der Induktionserwärmer
... Du kannst alles erwärmen, ... solange Du vernünftig
und gezielt kühlst .... Wie bereits erwähnt ist die
Wasserkühlung ein Muss und bei größeren Anwendungen
nicht trivial. Bei den beschriebenen kleinen Leistungsbereichen
kann dagegen bereits ein „Wasserfass“ und eine
Umwälzpumpe völlig ausreichen. Bei einem Kühlwasserbedarf
von ca. 2–6 l/min und Einzelerwärmung dauert es
Umrichteranzeige
Einseitiger Flächeninduktor
Wirkungsgrad 30–15 %
Außenfeldinduktor
Wirkungsgrad 50–30 %
Matrize heiß
Doppel-Flächeninduktor
Wirkungsgrad 70–40 %
32 Journal Dampf & Heißluft 4/2011