Prof. Dr.-Ing. habil. Arnim Nethe

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Dr. Arnim Nethe

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Schriftenreihe Prozessmodelle - Band 2

Arnim Nethe, Roland Quast, Hanns-Dietrich Stahlmann: Induktives Randschichthärten

Arnim Nethe, Roland Quast, Hanns-Dietrich Stahlmann

Induktives Randschichthärten
Neuartige Randbedingungen zur vereinfachten Berechnung der Verlustleistungsdichte

Berlin, Verlag Dr. Köster, 1998
ISBN 3-89574-313-5

Ausgehend von einer einleitenden Betrachtung der induktiven Erwärmung im Kontext zu anderen technisch relevanten Erwännungsverfahren werden in dieser Arbeit die fundamentalen Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes dargelegt. An einem eindimensionalen Modell werden die wichtigen Zusammenhänge der verschiedenen elektromagnetischen Feldgrößen unter Berücksichtigung eines Sprunges in den elektrischen Materialparametern hergeleitet. Diese Zusammenhänge sind Grundlage bei der weiteren Betrachtung und Herleitung des Prozessmodells für das elektromagnetische Feld bei der induktiven Randschichthärtung einer gegebenen Anordnung.

Die Herleitung des Prozessmodells basiert auf einer neu entwickelten Randbedingung dritter Art, die die physikalischen Eigenschaften des Skineffektes bei kleiner Eindringtiefe modelliert. Mit dieser Randbedingung ist es möglich, eine entkoppelte Analyse des elektromagnetischen Feldes in leitenden und nicht leitenden Räumen vorzunehmen. Der Vorteil dieser entkoppelten Analyse liegt in einer drastischen Reduktion der Dimension des zu lösenden Gleichungssystems. Die Verringerung der Rechenzeit und der benötigten Rechenkapazität ist offensichtlich.

Zur Verifikation des Prozessmodells wird eine herkömmliche und dadurch komplexe Analyse der elektromagnetischen Vorgänge innerhalb der Härtungseinrichtung vollzogen. Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen des Prozessmodells zeigt bei den vorausgesetzten hohen Frequenzen eine sehr gute Übereinstimmung, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Ergebnisse des Prozessmodells zutreffen.

Somit wird gezeigt, dass mit dem gefundenen Prozessmodell Problemstellungen der industriellen Praxis wesentlich effizienter gelöst werden können. Das gefundene Verfahren lässt Aussagen über die durch die Oberfläche in ein Werkstück eingebrachte Leistung zu. Dabei kann man sich von der Gesamtoberfläche lösen und zu einem kleinen Oberflächenelement übergehen. Hierdurch wird in Kombination mit weiteren Berechnungsverfahren jede beliebige Geometrie erschlossen und die notwendigen Berechnungen werden wesentlich reduziert.

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