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Induktionshärten ist ein energieeffizientes Wärmebehandlungsverfahren , das sich optimal in Produktionslinien integrieren lässt. Die schnelle, auf oberflächennahe Bereiche beschränkte Wärmebehandlung erfordert eine präzise Prozessführung, da Energieeinbringung und Temperaturverteilung exakt auf Bauteilgeometrie und Werkstoff abgestimmt sein müssen. Numerische Modellierung des Verfahrens kann eine Vielzahl prozessspezifischer Aspekte berücksichtigen und somit eine Vorhersage des Härteergebnisses ermöglichen. Der Artikel beschreibt die 3-D-Simulation des Mehrfrequenz-Induktionshärtens von Zahnrädern. Das zugrundeliegende Modell besteht aus einem gekoppelten, nichtlinearen System partieller Differentialgleichungen zur Bestimmung der elektromagnetischen Felder, der Temperatur- und der Phasenverteilung im Bauteil. Das Problem stellt aufgrund des Skin-Effekts und des Auftretens verschiedener Zeitskalen für die verschiedenen physikalischen Prozesse ein nichtlineares Mehrskalenproblem in Ort und Zeit dar. Die resultierenden Gleichungen werden mit Hilfe adaptiver Finite-Elemente-Methoden gelöst. Die Berücksichtigung von Nichtlinearitäten in Form von temperaturabhängigen Materialparametern sowie einer vom Magnetfeld selbst abhängigen magnetischen Permeabilität ist zur Reproduktion experimenteller Ergebnisse unerlässlich. In den experimentell verifizierten Beispielrechnungen des induktiven Randschichthärtens für Zahnräder kann eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten und den berechneten Temperatur- und Härteprofilen erzielt werden.

Adaptive Finite-Elemente-Simulation des Mehrfrequenz-Induktionshärtens in 3-D *