Das Funktionsprinzip eines Induktionsofens beruht auf der elektromagnetischen Induktion und dem Joule-Effekt. Der Ofen besteht aus einer Stromquelle, einer Induktionsspule und einem Tiegel aus feuerfestem Material. Der Tiegel enthält die Metallladung, die als Sekundärwicklung eines Transformators fungiert. Wenn die Induktionsspule an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, erzeugt sie ein magnetisches Wechselfeld. Dieses Magnetfeld induziert eine elektromotorische Kraft in der Metallladung, die zur Erzeugung von Wirbelströmen in der Ladung führt. Diese Ströme führen aufgrund des elektrischen Widerstands des Metalls zu einer Jouleschen Erwärmung, die das Metall erhitzt und zum Schmelzen bringt. Bei ferromagnetischen Materialien kann es aufgrund der magnetischen Hysterese zu einer zusätzlichen Erwärmung kommen.
Elektromagnetische Induktion:
Wenn die Induktionsspule mit einem hochfrequenten elektrischen Strom erregt wird, erzeugt sie ein schwankendes Magnetfeld um den Tiegel. Dieses Magnetfeld durchdringt die Metallladung im Tiegel und induziert einen elektrischen Strom im Metall. Dieser Induktionsprozess ähnelt der Funktionsweise eines Transformators, wobei die Metallladung als Sekundärwicklung des Transformators und die Induktionsspule als Primärwicklung fungiert.Joule-Effekt:
Die induzierten elektrischen Ströme, die so genannten Wirbelströme, fließen durch den elektrischen Widerstand der Metallladung. Dieser Stromfluss durch den Widerstand erzeugt Wärme, ein Phänomen, das als Joule-Erwärmung bekannt ist. Die erzeugte Wärme reicht aus, um die Metallladung zu schmelzen.
Magnetische Hysterese (in ferromagnetischen Materialien):
In Materialien wie Eisen induziert das Magnetfeld nicht nur Wirbelströme, sondern bewirkt auch eine Umkehrung der molekularen magnetischen Dipole. Dieser Umkehrprozess erzeugt zusätzliche Wärme und trägt zur Gesamterwärmung des Materials bei.Material des Tiegels:
Der Tiegel kann aus nichtleitenden Materialien wie Keramik oder aus leitenden Materialien wie Graphit hergestellt werden. Bei nicht leitenden Materialien wird nur die Metallladung erhitzt. Ist der Tiegel jedoch leitfähig, werden sowohl der Tiegel als auch die Ladung erhitzt, so dass das Tiegelmaterial hohen Temperaturen standhalten und eine Kontamination des erhitzten Materials verhindern muss.
