Elektrothermische Verfahren: Grundlagen, Technologien, Anwendungen

ISBN-13: 9783540510642 / Niemiecki / Miękka / 1989 / 401 str.

Manfred Rudolph; Helmut Schaefer

Opis

Das Buch gibt einen Uberblick uber alle Techniken, mit denen elektrische Energie gezielt in Warme fur die verschiedenen Arten thermischer Prozesse umgewandelt werden kann. Das sind Widerstands-, konduktive, induktive und dielektrische Erwarmung sowie Erwarmung mittels Lichtbogen, Plasma-, Elektronen- und Laserstrahl. Im ersten Teil werden Wesen und Bedeutung der Elektrowarmetechnik insgesamt erlautert, im zweiten Teil die elektro- und warmetechnischen Grundlagen dargestellt. Sie dienen vor allem dem prinzipiellen Verstandnis der Sachverhalte. Im dritten Teil werden die einzelnen Techniken ausfuhrlich behandelt: ihr grundsatzlicher Aufbau, ihre Wirkungsweise, die technischen Daten von Komponenten und Anlagen sowie die Schwerpunkte und Grenzen ihrer Anwendung. Das Buch gibt den heutigen Stand der Elektroprozewarmetechnik unter Berucksichtigung neuester Ergebnisse wieder. Besonderer Wert ist auf eine methodisch und didaktisch geschlossene Darstellung gelegt.

Spis treści

Einführung.- 1 Prozeßwärmeerzeugung als Aufgabenstellung.- 1.1 Der Bedarf an Nutzenergien und seine Deckung.- 1.2 Ziele und Arten von Wärmeprozessen.- 1.3 Anforderungen an eine Prozeßwärmeanlage.- 1.4 Der Energiebedarf einer wärmetechnischen Anlage.- 2 Elektrowärmetechnik im Überblick.- 2.1 Systematische Einteilung.- 2.2 Technische Eigenschaften.- 2.2.1 Erreichbare Temperaturen.- 2.2.2 Zeitliche Dosierbarkeit der Leistungszufuhr.- 2.2.3 Örtliche Temperaturverteilung.- 2.2.4 Leistungsdichte, Erwärmungsgeschwindigkeit, Wirkungs-querschnitt.- 2.2.5 Physikalische und chemische Beeinflussung des Gutes.- 2.2.6 Sonstige betriebliche Gesichtspunkte.- 2.3 Betriebswirtschaftliche Gesichtspunkte.- 2.3.1 Allgemeines.- 2.3.2 Beispiel: Kostenvergleich für die Schmiedeblockerwärmung.- 2.4 Nutzungsgradketten und Primärenergieaufwand.- Ausgewählte Grundlagen.- 3 Thermodynamik.- 3.1 Energiebilanzen (1. Hauptsatz).- 3.2 Der thermodynamische Wert von Energien (2. Hauptsatz).- 3.3 Energetik chemischer Reaktionen.- 4 Wärmeübertragung.- 4.1 Wärmeleitung.- 4.2 Konvektion.- 4.3 Wärmestrahlung.- 4.4 Der technische Wärmedurchgang.- 5 Elektrizitätslehre.- 5.1 Wärmeerzeugung im elektrischen Leiter.- 5.1.1 Gesetzmäßigkeiten des elektrischen Stromes.- 5.1.2 Mechanismus der Stromleitung.- 5.2 Wärmeerzeugung im elektrischen Nichtleiter.- 5.2.1 Der Vorgang der Polarisation im Nichtleiter.- 5.2.2 Das Ersatzschaltbild des verlustbehafteten Kondensators.- 5.2.3 Das Dielektrikum im elektrischen Wechselfeld.- 5.2.4 Feldübergänge zwischen verschiedenen Dielektrika.- 5.2.5 Wärmeerzeugung im gemischt leitenden Dielektrikum.- 5.3 Das elektromagnetische Wechselfeld.- 5.3.1 Die MAXWELLschen Gleichungen.- 5.3.2 Energieinhalt und Leistungsfluß.- 5.3.3 Eindringverhalten elektromagnetischer Felder.- 5.4 Induktive Energieübertragung.- 5.4.1 Der magnetische Kreis.- 5.4.2 Elektrische Spannungen.- 5.4.3 Induktivitäten, Trafo — Ersatzschaltbild.- 5.4.4 Gesamtimpedanz.- Technologien und ihre Anwendung.- 6 Unmittelbare Widerstandserwärmung.- 6.1 Standanlagen zur konduktiven Stangenerwärmung.- 6.1.1 Anwendung und Anlagenaufbau.- 6.1.2 Erwärmungsablauf.- 6.1.3 Energiebedarf.- 6.2 Durchlaufanlagen zur konduktiven Drahterwärmung.- 6.3 Widerstandsschweißen.- 6.4 Elektro — Schlacke — Umschmelzen.- 6.4.1 Anlagenaufbau und Funktionsprinzip.- 6.4.2 Verfahrenstechnische Gesichtspunkte und Betriebsweise.- 6.4.3 Energieverbrauch.- 6.4.4 Elektrotechnische Gesichtspunkte.- 6.4.5 Anwendung.- 6.5 Elektrolyseofen zur Aluminiumgewinnung.- 6.5.1 Allgemeine Verfahrensmerkmale und Anwendung der Schmelzflußelektrolyse.- 6.5.2 Anlagenaufbau und — betrieb.- 6.5.3 Reaktionsabläufe.- 6.5.4 Energiebilanz.- 6.6 Graphitierungsofen.- 6.6.1 Eigenschaften und Verwendung von Graphit.- 6.6.2 Verfahrensgang.- 6.6.3 Aufbau eines Graphitierungsofens.- 6.6.4 Ablauf eines Graphitierungsprozesses.- 6.7 Siliciumcarbidofen.- 6.7.1 Eigenschaften, Verwendung und Gewinnung von SiC.- 6.7.2 Aufbau und Betrieb des Ofens.- 6.8 Elektro — Glasschmelzofen.- 6.8.1 Verfahrensgang.- 6.8.2 Vollelektrisch beheizter Glasschmelzofen.- 6.8.3 Elektrozusatzheizung.- 6.9 Elektroden — Salzbadofen.- 6.9.1 Aufbau und Betriebsweise.- 6.9.2 Anwendung.- 6.10 Elektrodenkessel.- 7 Mittelbare Widerstandserwärmung.- 7.1 Funktionsprinzip und Anwendung.- 7.2 Beschickung und Führung des Erwärmungsgutes.- 7.3 Ofenraum.- 7.4 Ofengehäuse.- 7.5 Heizelemente.- 7.5.1 Widerstands — Heizleiter.- 7.5.2 Infrarotstrahler.- 7.6 Spezielle Ofenbauarten.- 7.6.1 Infrarotofen.- 7.6.2 Wirbelbettofen.- 8 Induktive Erwärmung.- 8.1 Grundprinzipien.- 8.1.1 Erwärmung mit Eisenkern.- 8.1.2 Erwärmung ohne Eisenkern.- 8.2 Frequenzerzeugung und Netzanschluß.- 8.2.1 Frequenzbereiche.- 8.2.2 Versorgung mit Netzfrequenz.- 8.2.3 Frequenzvervielfacher.- 8.2.4 Rotierender Umformer.- 8.2.5 Statischer Umrichter.- 8.2.6 Röhrengenerator.- 8.3 Induktives Erwärmen zum Warmumformen.- 8.3.1 Erwärmen im axialen Durchlauf.- 8.3.2 Erwärmen im Querdurchlauf.- 8.3.3 Technologische und betriebliche Anwendungskriterien.- 8.4 Induktives Glühen.- 8.5 Induktives Härten.- 8.5.1 Vorgang und Zweck.- 8.5.2 Prozeßparameter.- 8.5.3 Der Induktor.- 8.5.4 Arbeitsverfahren und Anwendung.- 8.6 Induktives Löten.- 8.7 Induktives Schweißen.- 8.8 Induktives Schmelzen.- 8.8.1 Induktions — Rinnenofen.- 8.8.2 Induktions — Tiegelofen.- 8.8.3 Anwendung.- 9 Dielektrische Erwärmung.- 9.1 Kondensatorfelderwärmung.- 9.1.1 Frequenz, Feldstärke, Elektrodenanordnung.- 9.1.2 Energieversorgung.- 9.1.3 Erwärmung im Plattenkondensator.- 9.1.4 Andere Kondensatorarten.- 9.1.5 Spannungsverteilung an den Kondensatorelektroden.- 9.1.6 Hochfrequenz — Trocknung.- 9.1.7 Anwendungsgebiete.- 9.1.7.1 Allgemeines.- 9.1.7.2 Schweißen von thermoplastischen Kunststoffen.- 9.1.7.3 Vorwärmung von Kunstharz — Preßmassen.- 9.1.7.4 Holzverleimung.- 9.1.7.5 Textil — und Chemiefasertrocknung.- 9.1.7.6 Papiertrocknung.- 9.1.7.7 Trocknung und Aushärtung von Gußkernen.- 9.2 Mikrowellenerwärmung.- 9.2.1 Frequenzbänder.- 9.2.2 Energieeintrag in das Erwärmungsgut.- 9.2.3 Erwärmungsanlage.- 9.2.4 Magnetron.- 9.2.5 Energiebilanz.- 9.2.6 Anwendung.- 10 Lichtbogenerwärmung.- 10.1 Lichtbogenofen zum Eisen — und Stahlschmelzen.- 10.1.1 Drehstrom — Lichtbogenofen.- 10.1.2 Gleichstrom — Lichtbogenofen.- 10.1.3 Einsatzgebiete, Betriebsweise, Energiebedarf.- 10.2 Lichtbogen — Reduktionsofen.- 10.2.1 Aufbau und Arbeitsweise.- 10.2.2 Einsatzbereiche, Energieverbrauch.- 10.3 Vakuum — Lichtbogenofen.- 10.4 Lichtbogenschweißen.- 10.4.1 Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück.- 10.4.2 Lichtbogen zwischen den zu verschweißenden Teilen.- 10.5 Funkenerodieren.- 10.5.1 Anlagenaufbau und Funktionsweise.- 10.5.2 Bearbeitungskenngrößen und Betriebsparameter.- 10.5.3 Funkenerodierendes Senken.- 10.5.4 Funkenerodierendes Schneiden.- 11 Plasmastrahlerwärmung.- 11.1 Plasmastrahlerzeugung.- 11.1.1 Aufgabenstellung.- 11.1.2 Plasmagenerator mit Bogenentladung.- 11.1.3 Plasmagenerator mit HF — Feld.- 11.2 Einwirkung des Plasmastrahls auf das Erwärmungsgut.- 11.3 Anwendung.- 11.3.1 Plasmagasofen.- 11.3.2 Plasmaschmelzen.- 11.3.3 Plasmaschweißen.- 11.3.4 Plasmaschneiden.- 11.3.5 Plasmaspritzen.- 12 Elektronenstrahlerwärmung.- 12.1 Einwirkung des Elektronenstrahls auf das Erwärmungsgut.- 12.2 Elektronenstrahlkanone.- 12.3 Anwendung.- 12.3.1 Elektronenstrahlschmelzen.- 12.3.2 Elektronenstrahlvergüten.- 12.3.3 Elektronenstrahlschweißen.- 12.3.4 Elektronenstrahlbohren.- 13 Laserstrahlerwärmung.- 13.1 Das Laserprinzip.- 13.2 Laserbauarten und ihre Eigenschaften.- 13.2.1 Nd-YAG-Laser.- 13.2.2 CO2-Laser.- 13.2.3 Excimerlaser.- 13.3 Einwirkung des Laserstrahls auf das Erwärmungsgut.- 13.4 Anwendung.- 13.4.1 Laserschneiden.- 13.4.2 Laserschweißen.- 13.4.3 Laserbohren.- 13.4.4 Oberflächenbehandlung mit Laser.

O autorze

Dr. Heiner Ellebracht, Dr. Gerhard Lenz, Gislea Osterhold und Dr. Helmut Schäfer sind Geschäftsführer der eurosysteam in Heidelberg. Die Tätigkeitschwerpunkte sind Beratung bei Change Management und Mergerprozessen, Coaching und Fortbildung in systemischem Denken und Handeln.