Verbesserte Induktorkühlung bei Anwendung additiver Fertigungsverfahren

Beschreibung

Induktionsspulen, oder auch Induktoren, sind die zur induktiven Erwärmung eingesetzten Werkzeuge. In der Regel sind diese Spulen aus Kupfer und werden im Einsatzfall mit Strömen bis zu mehreren tausend Ampere belastet. Dadurch erfährt auch der Induktor eine signifikante Temperaturerhöhung bei jedem Heizzyklus. Daher werden die Spulen aktiv mit Wasser gekühlt, um die thermische Last zu begrenzen bzw. zu reduzieren. Die Effizienz der Kühlung ist ein wichtiger Faktor zum Erreichen einer hohen Lebensdauer des Werkzeugs. Der Einsatz traditioneller Fertigungsverfahren, wie umformende und/oder zerspanende Verfahren, führt zu einer begrenzten Gestaltungsfreiheit des Induktorkühlungsquerschnitts. Additive Fertigungsverfahren, die in der Induktorherstellung bereits eingesetzt werden, eröffnen neue Möglichkeiten beim Design der Kühlungsquerschnitte. Der vorliegende Artikel zeigt einige Untersuchungen dazu. Im ersten Schritt wurde ein einfaches numerisches Modell aufgebaut, um rechnerisch Strömung und Temperatur des Induktors und des Kühlmediums zu betrachten. Durch dessen Anwendung auf die verschiedenen Designs wurde eine Vorauswahl für eine vielversprechende Variante getroffen. Diese Variante wurde additiv gefertigt und bezüglich der während eines Heizprozesses auftretenden Temperaturverteilung thermographisch untersucht und mit dem konventionellen Design vergleichen.