Indukčný ohrev postupne nahrádza pri nahrievaní kovov klasický ohrev autogénom a propánbutánovým plameňom. Prechod od plameňa k indukcii je následkom nesporných výhod, ktoré indukčné ohrevy prinášajú. Oproti autogénu majú navrch v bezpečnosti, spôsobe a možnostiach použitia, lokálnosti ohrevu aj energetickej účinnosti. Viete, na čo všetko sa indukčný ohrev používa a aké sú praktické dôvody, prečo by ste ho mali uprednostniť pred autogénom? Na akom princípe funguje?
Indukčné ohrevy vs. autogén
Princíp indukcie pri nahrievaní
Indukčné ohrevy pracujú pomocou elektromagnetickej indukcie, ktorú svet pozná už od roku 1831 vďaka geniálnemu fyzikovi a chemikovi Michaelovi Faradayovi. Vďaka svojmu nadčasovému vnímaniu sveta pochopil princíp, ktorý v dnešnej dobe využívame pri generátoroch, varných doskách a aj na indukčné nahrievanie kovov, resp. elektricky vodivých materiálov. Materiál (súčiastky, trubky, plechy) sa zohrieva vložením do indukčnej cievky. Cez cievku preteká striedavý prúd vytvárajúci magnetické pole indukujúce vo vloženom materiály tzv. vírivé prúdy. Pôsobením prúdov vzniká teplo (Joulovo teplo) zohrievajúce vložený materiál. Tu treba vypichnúť podstatnú výhodu indukčného ohrevu - indukčné cievky zahrievajú iba časť materiálu vnútri cievky, okolie mimo pôsobenia vírivých prúdov má podstatne nižšiu teplotu.
Indučkný ohrev vs. autogén? Aké výhody má indukčné nahrievanie kovov?
Keď tvrdíme, že indukčné ohrevy majú nahradiť autogén, na ktorý ste zvyknutí, musíme uviesť, aké majú v porovnaní s ním pozitíva:
- bodový ohrev - ohrievate iba tú časť materiálu, ktorú ohriať potrebujete,
- minimálne riziko popálenia - indukčný ohrev nahrieva materiál bodovo a preto iba nahriata časť je horúca (pri dotyku s ňou by spôsobila popáleniny). Okolie nahrievaného miesta má výrazne nižšiu teplotu, preto je možné držať ju v ruke a pritom vás nepopáli, ako by to bolo pri ohrievaní autogénom. Pri práci s otvoreným plameňom navyše hrozí riziko, že okrem kovu zapálite aj niečo, čo ste nechceli.
- vďaka bodovému nahriatiu materiál rýchlejšie chladne, pretože okolitý materiál je studený,
- materiál sa neokysličuje, čím ostáva jeho kryštalická mriežka neporušená - pri ohreve autogénom sa používa zmes acetylénu a kyslíka, pričom kyslík má tendenciu spájať sa s ohrievaným materiálom a okysličovať ho. Tým dochádza k nežiadúcemu poškodeniu kryštalickej mriežky a zmene štruktúry materiálu. Vďaka absencii kyslíka pri indukčnom nahrievaní k tomuto javu nedochádza.
- obsluha indukčného ohrevu je jednoduchá, obsluhujúci personál nepotrebuje špeciálne školenia ani skúšky, čo šetrí čas aj peniaze,
- nepotrebujete plynové fľaše - odpadajú starosti so zháňaním a prenášaním fliaš (kyslík, acetylén), redukčných ventilov a zabezpečením nevyhnutnej bezpečnosti pri práci s fľašami,
- veľká úspora energie (až 20 násobná),
- veľká rýchlosť ohrevu (pár sekúnd),
- netreba ochranné pomôcky ako okuliare, kukly, aj keď nosenie rukavíc odporúčame (manipulácia s kovovými predmetmi všeobecne môže spôsobiť oder alebo porezanie kože),
- čistá prevádzka,
- v prípade, že vás prepadne hlad, dokáže ohriať aj panvicu, aby ste boli schopní urobiť si napr. volské oko - indukcia v kuchynskej varnej doske funguje úplne rovnako, tak prečo to nevyužiť ;).
Indukčné ohrevy DAWELL CZ
Kde sa využíva indukčný ohrev?
Na česko-slovenskom trhu sa vývoju a výrobe indukčných ohrevov venuje firma DAWELL CZ. Svojimi ohrevmi pokrývajú širokú škálu potrieb používateľov, začínajú domácimi majstrami a končia v priemysle, v závislosti od potrebného výkonu a použitia ohrevu.
Indukčné nahrievanie teda využijete v autoservise, dielni, servise, údržbe, vo výrobe, zváracích dielňach, pri kúrenárskych prácach, inštalatérstve, oprave lodí, vlakov, nákladných vozidiel a podobne.
Pre autoservisy a menšie dielne sú ideálne malé mobilné indukčné ohrevy, ktoré ľahko premiestnite. Pre priemysel a výrobu sú stavané väčšie ohrevy s vyšším výkonom.
Indukčné ohrevy použijete na:
- ohrev kovových častí ako sú skrutky (šrouby), matice, spoje, plechy, pánty, ozubené kolesá, trubky, lambda sondy, časti karosérií, spojovacích hriadeľov automobilov, výfukového potrubia,
- demontáž hrdzavých alebo lepených skrutiek, matíc, čapov, starých dielov,
- ohrev nástrojov pred kalením, žíhaním, rovnaním, ohýbaním, tvarovaním, kovaním, lepením, zváraním,
- mäkké a tvrdé spájkovanie,
- rozmrazovanie.
Aký výkon majú dielenské indukčné ohrevy?
Pri výbere ohrevov sa najskôr určuje potrebný výkon pre požadovanú aplikáciu. Následne sa určí samotný typ ohrevu a jeho funkcie. Ohrevy môžeme podľa výkonu rozdeliť do troch skupín:
Malé indukčné ohrevy s výkonom od 1,2 kW až 2,2 kW, ktoré využívajú najmä autoservisy, dielne a domáci kutilovia pre rôzne aplikácie. Sú malé, veľmi ľahké (2 až 4,5 kg), výborne prenosné (určené buď do ruky alebo ich prenesiete cez rameno) a jednoduché na obsluhu - po napojení do bežnej zásuvky, nasadení indukčnej cievky a stlačení spúšte horáka jednoducho ohrievate. Malé ohrevy sú chladené vzduchom. Obľúbeným modelom tejto skupiny je dielenský invertorový indukčný ohrev DHI-15 PKW s výkonom 1,5 kW, s ktorým ohrejete diely na teplotu 800 °C a viac. Behom pár sekúnd nahrejete a povolíte skrutky na aute, matice, zhrdzavené súčiastky, ohrejete výfuk, trubku, plech, nástroje pred kalením, lepením, spájkovaním, … Výhodou je stabilný výkon, nízka hmotnosť a tým aj mobilita, tichá prevádzka a nízka cena.
Indukčný ohrev DHI-15 DAWELL CZ
Stredné, výkonnejšie indukčné ohrevy s výkonom 3,5 kW - 3,7 kW sú určené do priemyslu, pre väčšiu techniku alebo väčšie priemery. Použijete ich na množstvo aplikácii ako napr. opravy, montáž, renovácie, údržba, tvrdé a mäkké spájkovanie, rozmrazovanie, ohrev nástrojov pred kalením, lepením, spájkovaním, ohrev skrutiek, matíc, hriadeľov, profilov, ložísk, plechov, poplastovanie častí súčiastok (aby nehrdzaveli a neodierali sa). Vďaka bodovému ohrevu viete nahriať účelovo iba časť určenú na poplastovanie, ohýbanie a podobne a nemusíte nahrievať celý diel.
Stredné ohrevy sa pripájajú do bežnej 230 V zásuvky, kedy 3,7 kW je najvyšší možný výkon, ktorý sa z nej dá získať. Maximálny výkon 3,7 kW v tejto triede má indukčný mobilný ohrev DHI-45.
Ohrevy tejto kategórie majú malé rozmery (ako malá zváračka) a stále je možné ich pomerne ľahko preniesť (11,5 - 13,5 kg). Sú určené hlavne k tomu, aby si ich používateľ položil vedľa miesta ohrevu a vďaka 2-metrovému horáku dočiahol a nahrial potrebné miesto.
Pre vyšší výkon sú výkonnejšie indukčné ohrevy chladené chladiacou kvapalinou. Chladiaci okruh chladí súčiastky na PVB doskách aj indukčný horák. Vďaka chladeniu kvapalinou majú ohrevy niekoľko násobne vyšší zaťažovateľ a pritom si zachovávajú malé rozmery, čo by pri chladení vzduchom nebolo možné.
Zdroje umožňujú nastaviť výkon v % ohrevu aj časové obmedzenie ohrevu, kedy po ubehnutí nastaveného času stroj automaticky vypne indukciu.
Indukčné spájkovanie medených trubiek striebornou spájkou (vľavo) a indukčný ohrev kovových dielov kruhovou cievkou (vpravo)
Veľké, najvýkonnejšie indukčné ohrevy s výkonom 8 kW až 10 kW - ide o najsilnejšie ohrevy, ktoré sa používajú na opravy veľkých strojov (autobusy, kamióny, stavebná technika), povrchové kalenie, predhrevy pred zváraním, ohýbanie, servis, nahriatie veľkých čapov a matíc na vysokú teplotu (keď ich chcete odstrániť). Často ide o citlivé miesta, kde je potrebné ohriať iba presne danú malú časť, napr. ak je okolo nahrievaného miesta hydraulika alebo tlmič plný oleja, ktoré nemôžete poškodiť, v takýchto aplikáciách je bodový ohrev na nezaplatenie. Dôležitá aplikácia je rovnanie (rovnako ako pomocou autogénu) - napr. po zváraní sa bežne časť materiálu pokrúti, ohne a vy ju potrebujete tepelne vyrovnať.
Pri dlhšom čase pôsobenia indukcie na jednom mieste dosiahnete vyššiu teplotu, čím viete dostať materiál až na bod tavenia alebo viete indukciou aj rezať.
Aj pri týchto strojoch si viete nastaviť výkon v % (100 – 16 %) a časové obmedzenie ohrevu, ktoré sa často používa na bodový ohrev a vypínanie plechov. Máte tu možnosť pripojenia diaľkového ovládania – pedál, automatická linka, robot, … Ohrevy majú hmotnosť 58 kg, ale vďaka umiestneniu na podvozku s veľkými kolieskami, ich viete ľahko presúvať. K tomu máte dlhý 4-metrový horák, s ktorým dosiahnete všade, kde je treba ohrievať.
Veľké ohrevy pripájate na priemyslovú zásuvku s napätím 230 V alebo trojfázovú na 400 V. Sú chladené kvapalinou.
Zatiaľ najsilnejší ohrev vyrábaný firmou Dawell CZ je priemyselný indukčný ohrev DHI 120 s výkonom 10 kW.
Indukčný ohrev DHI-120F DAWELL CZ
Varianty indukčných ohrevov podľa funkcií a zamerania
Ako sme spomenuli, v prvom rade sa indukčné ohrevy rozdeľujú podľa výkonu. Delíme ich tiež podľa funkcií a zamerania. Pre každého používateľa je dôležité správne zvoliť cenovú hladinu a výkon, no pre správny výber zariadenia je dôležité vedieť, aké funkcie potrebujeme.
Indukčné ohrevy od firmy Dawell CZ sú vyrábané v troch sériových radoch (variantoch) - F, C a E. Ku každému variantu uvádzame jeden príklad použitia, aj keď možností je samozrejme omnoho viac:
- Variant (rad) C (Coils - Cievky) – rad ohrevov na používanie najmä kruhových cievok, ale viete použiť aj cievky fokusačné. Horák je výkonný, väčší a ťažší (pre použitie veľkej kruhovej cievky je nutné dať do rukoväte väčšie trafo).
Príklad: zákazník Cyril má firmu na výroby autodielov. Má niekoľko výrobných liniek, v ktorých potrebuje pre ďalšiu úpravu diely ohriať. Používa k tomu plameň, ktorý je ale nebezpečný a drahý a tak hľadá za neho náhradu. Podľa rozmerov dielov vyberieme v spolupráci s firmou DAWELL CZ cievku so správnym priemerom, zabudujeme indukčný ohrev do výrobnej linky a prepojíme s počítačom, aby celý proces bol automatický a v prípade potreby riadený na diaľku. Linka sa spustí, diel vojde do miesta cievky, ohrev ho nahreje na požadovanú teplotu a diel môže pokračovať ďalej.
- Variant (rad) F (Fokus) – rad indukčných ohrevov na používanie fokusačných cievok (prikladacích), ale zvládne aj niektoré priemery kruhových cievok. Variant F má menší, užší a ľahší horák, pretože fokusačné cievky nevyžadujú veľké trafo v rukoväti horáka. Je trochu slabší, ale ľahšie sa s ním manipuluje, lepšie sedí do ruky. Má možnosť predĺženia rukoväte s množstvom nadstavcov. Tento rad je určená pre dielne alebo ťažší priemysel s nutnosťou vysokého zaťažovateľa.
Príklad: zákazník František vlastní kovovýrobu, v ktorej zamestnanci pracujú na dve zmeny. Pri zváraní napr. veľkého lodného kontajneru potrebujú narovnať miesta, ktoré sa im v rámci tepla zo zvárania zdeformovali. Potrebujú nahradiť autogén, ktorý využívajú niekoľko hodín denne, alebo aj celý deň. Pre tohto zákazníka je určený rad F, ktorá má vďaka chladeniu vysoký zaťažovateľ a môže neustále bežať aj v prípade prerušovanej práce. V takejto výrobe sa už používajú automatické roboty, ktoré zvárajú za človeka a vieme im prenechať aj niektoré práce ohrevu. Vďaka tomu má ohrev rady F možnosť prepojenia s robotmi.
- Variant (rad) E (Easy/Ekonomy) - je ekonomickou verziou rady F, kde sú s cieľom dosiahnutia nižších cien pre zákazníka odobrané niektoré funkcie ohrevu a odobraním chladiča aj znížený zaťažovateľ.
Príklad: zákazník Eduard má veľký autoservis, kde opravuje veľkú poľnohospodársku techniku, napr. traktory. Potrebuje indukčný ohrev na povoľovanie čapov, matíc, vyrovnávanie rámov. Pri práci s takto veľkými strojmi potrebuje veľký výkon indukcie, pretože ide o veľké skrutky a masívny materiál, ktorý treba dôkladne prehriať. Tento zákazník bude využívať najmä fokusačnú cievku, ktorá je veľmi univerzálna pre všetky jeho aplikácie. Cievku priloží k miestu ohrevu, na čap či skrutku a rýchlo ho nahreje. Zákazník však ohrev nepoužíva celý deň, ale iba niekoľko minút, keď potrebuje niečo povoliť. Preto nepotrebuje ohrev, kde si môže nastaviť všetky parametre alebo ho pripojiť k automatickému robotovi. Preto si kúpi radu E, aby za funkcie, ktoré nevyužije, zbytočne neplatil.
Indukčné cievky (induktory)
Každý z ohrevov má definovanú škálu použiteľných indukčných cievok, tzv. induktorov. Cievky sa vyrábajú v rôznych tvaroch (kruhové, pravouhlé, ploché, viaczávitové atď.), aby pokryli veľké množstvo aplikácií.
Hlavný rozdiel je medzi cievkami, ktoré sú chladené vzduchom a chladiacou kvapalinou:
- indukčné cievky chladené vzduchom sú vyrobené z medeného drôtu, ktorý je namotaný do tvaru podľa potreby. Široký sortiment vzduchom chladených cievoky sa využíva pri malých ohrevoch.
- indukčné cievky chladené kvapalinou sú vyrobené z medených rúrok s vnútornou dutinou, ktorými prúdi chladiaca kvapalina. Preto ste aj behom ohrevu schopný položiť ruku na cievku a nespálite sa. Kvapalinou chladené cievky sa používajú pri výkonnejších ohrevoch.
Systém pripojenia cievok k indukčnému horáku sa pri jednotlivých ohrevoch líši. Niektoré stroje (DHI-100, DHI-120, DHI-45) majú cievky prichytené pomocou štyroch skrutiek, iné (DHI-44F/E) majú skrutkovací systém. Výmena indukčnej cievky je rýchla (do 3 minút).
Práca s cievkami je jednoduchá, pri prechode prúdu indukčnou cievkou sa na horáku rozsvieti LED-ka ohrevu. Čím dlhšie necháme cievku pôsobiť na materiál, tým viac sa materiál prehreje do hĺbky, čo vidíme aj zmenou farby do červena.
Príklady použitia indukčných cievok
Indukčné cievky na použitie s indukčnými ohrevmi
Na záver
Pán Faraday by sa trendu prechodu od autogénu smerom k indukčnému ohrevu určite tešil. Oheň má svoje čaro, ale vie aj popáliť a spôsobuje viac starostí s bezpečnosťou. Invertorové indukčné ohrevy sú oproti tomu prejavom modernej doby, sú efektívne, bezpečné, jednoduché a rýchle. Indukčné nahriavenie kovov je budúcnosťou, či už potrebujete indukčný ohrev s vyšším výkonom do výroby, na opravu väčších strojov a zariadení alebo menší, kompaktnejší do menších autoservisov a kutilských dielní. Na indukčný ohrev pre aplikácie s hrubšími materiálmi, ktoré vyžadujú veľmi vysoký výkon si však ešte chvíľku budeme musieť počkať. Ak vás zaujali indukčné ohrevy DAWELL CZ, radi vám zodpovieme akúkoľvek otázku.
Nakoniec sa chceme poďakovať pánovi Ondřejovi Kuklovi zo spoločnosti DAWELL CZ za vyčerpávajúce odborné informácie a ochotný prístup, vďaka ktorým vznikol tento článok.
váš tím Solík
