HTM Praxis

Energieeinsparung durch Optimierung von Prozessen

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit dem AIT Austrian Institute of Technology arbeitet Plansee daran, den Energieverbrauch in der Produktion zu senken.

Um ihre volle Leistungsfähigkeit zu erreichen, müssen viele Bauteile einer energie- und zeitintensiven Wärmbehandlung, wie z. B. einem Glühprozess, unterzogen werden. Dies geschieht u. a. in elektrisch beheizten Hochtemperaturöfen, in die die Produkte eingeschichtet werden und die mit einer Zonentemperaturregelung ausgerüstet sind. Für jede Heizzone gibt es eine Vorgabe, welche Temperatur erreicht werden soll.

„Da der Glühprozess einen hohen Energieeinsatz erfordert, musste dieser Prozess im Sinne der Ressourcenschonung und der Einsparung teurer Energie optimiert werden“, erläutert Gerfried Weiss, Produktionsleiter bei Plansee.

Bei einem Glühprozess wird der Ofeninnenraum so lange erhitzt, bis die vorgegebene Zonentemperatur erreicht ist. Danach wird diese Temperatur für eine gewisse Haltezeit auf diesem Niveau gehalten – dies soll garantieren, dass die Bauteile auf die vorgegebene Temperatur erwärmt und eine bestimmte Mindest-Glühzeit bei dieser Temperatur geglüht werden.

In der Praxis ist die exakte Einhaltung dieser Mindest-Glühzeit nicht einfach erreichbar, da der Temperaturverlauf aufgrund der thermischen Trägheit der Materialien nicht genau der Zonentemperatur folgt. Überdies kann die Temperatur (bis zu 1.800 °C) der wärmebehandelten Bauteile kaum direkt gemessen werden – zum einen sind die Lastthermoelemente teuer, sensibel und schwierig zu installieren, zum anderen sind Softwaremodelle zur Temperaturschätzung sehr aufwendig. Daher geht man in der Praxis eher auf Nummer sicher und wählt eine längere Dauer für den Glühprozess. Ist diese zu kurz wird das Glühgut nicht lange genug homogen geglüht, was sich negativ auf die Materialeigenschaften auswirkt. Eine zu lange Glühzeit kostet Zeit und Energie.

Um den Glühprozess zu optimieren, hat Plan-see gemeinsam mit Forschern des AIT das Projekt ThermoTec gestartet. „In diesem Projekt haben wir das Know-how von Plansee zu Materialien und Prozessen mit unserem Wissen über die Regelung schwieriger und komplexer Prozesse kombiniert“, erklärt AIT-Projektleiter Martin Niederer. Durch aufwendige Messungen, Analysen und Modellierungen konnte nun ein Algorithmus entwickelt werden, mit dessen Hilfe die gewünschte Mindest-Glühzeit für jede beliebige Beladung zuverlässig eingestellt werden kann.

Bei der experimentellen Validierung des Algorithmus in mehr als 230 Glühfahrten an einem Ofen über ein Jahr verteilt zeigte sich, dass die Haltezeit des Prozesses im Durchschnitt um 20 Prozent gesenkt werden konnte.

In begleitenden Werkstoffprüfungen wurde gezeigt, dass die Produktqualität unverändert hoch blieb. Durch die Optimierung des Prozesse sank zudem die Gesamtdauer des Prozesses um rund 12 Prozent, was eine bessere Auslastung des Ofens ermöglicht. „Das Verfahren sorgt für eine exakte Einhaltung der Mindest-Glühzeit, woraus sich eine signifikante Einsparung von Energie und damit Heizkosten sowie ein verbesserter Durchsatz bei gleichbleibend hoher Qualität ergibt“, stellt Tobias Glück, Leiter der Competence Unit Complex Dynamical Systems fest. Das Verfahen wird mittlerweile im Produktionsprozess von Plansee eingesetzt. „Der neue Algorithmus ist in die vorhandene Ofensteuerung integrierbar und kann somit problemlos auf andere Öfen übertragen werden“, berichtet Projektleiter Bernhard Mayr-Schmölzer.

Plansee SE

Metallwerk-Plansee-Str. 71

A-6600 Reutte

Tel.: +43 5672 600 0

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AIT Austrian Institute of Technology

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Robotermesszelle im Einsatz bei Siempelkamp

Gemeinsam mit ihren Projektpartnern ZEISS Industrial Quality Solutions und dem Startup a3Ds hat die Siempelkamp Giesserei in Kreifeld eine berührungslose Robotermesszelle vorgestellt.

„Wir sind nun in der Lage, die Bauteilgeometrie unserer Produkte vom Modell über die Gießform bis zum fertigen Gussteil durchgehend digitalisiert zu verfolgen“, erklärt Dr. Georg Geier, Geschäftsführer der Gießerei.

Die neue Robotermesszelle ermöglicht eine vollautomatisierte berührungslose, zuverlässige Inspektion fertiger Bauteile bis zu einem Gewicht von 240 Tonnen. Obwohl die Robotermesszelle sehr groß ist, liegt ihre Messgenauigkeit dank bis zu zwölf Millionen 3D-Messpunkten bei unter 0,6 Millimeter.

Auch die Kunden der Siempelkamp Gießerei profitieren von der neuen Messtechnologie: Dank der millimetergenauen Prüfung meterlanger und tonnenschwerer Bauteile steigt die Qualität der Bauteile zugunsten von Nachhaltigkeit und Effizienz in Bearbeitung und Betrieb. Hergestellt wurde diese Robotermesszelle von der ZEISS Industrial Quality Solutions in Kooperation mit den Automatisierungsspezialisten des Start-ups a3Ds. ZEISS Industrial Quality Solutions, im Bereich der optischen 3D-Messtechnik tätig, entwickelte für die Robotermesszelle einen neuartigen Scanner. Dieser verfügt über ein Messfeld von 2.000 × 1.600 mm und ist dank ausgeprägter Tiefenschärfe in der Lage, komplexe Bauteile wie Schiffsmotoren innerhalb kurzer Zeit aufzunehmen.

Mit insgesamt zwei Messräumen bietet das Automatisierungssystem von a3Ds größtmögliche Effizienz. Hervorzuheben ist hierbei der Einsatz von Robotertechnologie, mit der sich schnell und bedienerfreundlich ein kompletter „digitaler Zwilling“ des untersuchten Bauteils am Bildschirm erstellen und analysieren lässt.

Dirk Behring, Geschäftsführer der ZEISS Industrial Quality Solutions führt hierzu aus: „Für ZEISS ist die automatisierte Messanlage bei der Siempelkamp Giesserei ein Best-Practice-Beispiel für die Vermessung sehr großer Gussbauteile. Hier bedienen unsere Messtechniklösungen die hohen Anforderungen an effektive Messverfahren in der Produktion und punkten durch Flexibilität – besonders ermöglicht durch die vollständige Digitalisierung von Bauteilen.“

Auch David Skuratowicz, Geschäftsführer von a3Ds, ist sehr zufrieden, bei der Entstehung der Anlage einen entscheidenden Anteil geleistet und diese große automatisierte Messanlage erfolgreich realisiert zu haben. In diesem Geschäftsfeld sieht er generell Wachstumspotenziale für sein Unternehmen.

„Der Bedarf an solchen und ähnlichen Anlagen wird in vielen Industriebereichen sicher steigen. Industrielle, optische und automatisierte 3D-Messtechnik wird immer wichtiger. Hier sehen wir den Trend in Richtung Digitalisierung, Effizienzsteigerung sowie der Optimierung und Absicherung von Prozessen im Qualitätsmanagement.“

Doch nicht nur die fertig gegossenen Bauteile der Siempelkamp Giesserei werden künftig millimetergenau auf die Einhaltung der Qualitätsstandards untersucht. Bereits am Anfang der Prozesskette kommt die ZEISS-3D-Mess-technik zum Einsatz. Mit dem ZEISS T-Scanhawk hat die Gießerei ihre Möglichkeiten bei der optischen Lasermesstechnik in der Modellbauschreinerei nochmal deutlich erweitert Der handliche Scanner kann die Abmessungen und Geometrien von Holzmodellen, die ein Positiv des fertigen Gussbauteils sind, genauestens prüfen und Fehler bereits zu Beginn der Bauteilproduktion vermeiden.

Dank der Softwareplattform ZEISS Quality Suite lässt sich die gesamte Bauteilentstehung in der Gießerei lückenlos verfolgen. Die Kunden der Gießerei profitieren hierbei von einer Vielzahl an durch die digitalen Prozesse ermittelten Informationen rund um die gefertigten Bauteile, die sie für deren weiteren Einsatz nutzen können.

Die Inbetriebnahme der neuen Robotermesszelle ist der jüngste Erfolg im Komplettkonzept der Siempelkamp Giesserei, um ihre Prozesskette automatisierter und digitaler zu gestalten. Bereits in 2021 hatte die Gießerei mit der Digitalisierung der Induktionstiegelöfen Maßstäbe gesetzt.

Siempelkamp Giesserei GmbH

Siempelkampstr. 46

47803 Krefeld

Tel.: +49 2151 9230

sayhello@siempelkamp-giesserei.com

www.siempelkamp-giesserei.com

ZEISS Industrial Quality Solutions

Carl-Zeiss-Str. 22

73447 Oberkochen

Tel.: +49 7464 20-6337

info.metrology.de@zeiss.com

www.zeiss.de/metrology

a3Ds GmbH

Volkmaroderstr. 3

38104 Braunschweig

Tel.: +49 531 38999730

info@a3ds.de

www.a3ds.com

Primetals Technologies – Aktuelles

Vor Kurzem produzierte der chinesische Stahlhersteller Valin ArcelorMittal Automotive Steel (VAMA)das erste Coil in seiner Phase 2 der Modernisierung der Beize und des Tandem-Kaltwalzwerks (PLTCM) in Loudi (VR China).

Das von Primetals Technologies errichtete modernisierte Kaltwalzwerk soll Stahlsorten für die Autmobilindustrie produzieren.

Während des Phase-2-Projekts rüstete Primetals das PLTCM mit einem zweiten Einlaufstrang, einem zusätzlichen Walzgerüst und einem Beizbehälter auf. Neue Antriebe, Automatisierungshardware, die Erweiterung des Level-2-Automatisierungssystem und die Überwachung der mechanischen und elektrischen Implementierung waren ebenfalls Teil der Phase 2 der Modernisierung.

Gerdau Special Steel North America erteilte Primetals Technologies die Endabnahmezertifikate (FAC) für die Modernisierung des Elektrostahlwerks in Monroe, Michigan (USA). Das Projekt umfasste die Modernisierung des bestehenden Elektrolichtbogenofens. Außerdem wurde das Elektrostahlwerk mit einem neuen Doppelpfannenofen, einem neuen Materialtransportsystem und den dazugehörigen Hilfsanlagen ausgestattet. Mit der Modernisierung soll die jährliche Gesamtproduktionskapazität deutlich gesteigert werden. Die durchgängige Automatisierung und der Einsatz von LiquiRob-Robotersystemen erhöhen die Produktivität und Anlagenverfügbarkeit, optimieren die Arbeitsabläufe im Stahlwerk und senken die Betriebskosen.

Die Robotersysteme verbessern auch die Sicherheit der Mitarbeiter, indem sie potenziell gefährliche Aufgaben wie Temperaturmessungen und Probenahmen übernehmen.

Primetals lieferte auch eine fortschrittliche Lösung für den 110-Tonnen-Doppelpfannenofen und integrierte das neue Materialtransportsystem entsprechend den Anforderungen der bestehenden Anlage.

Das Unternehmen überwachte auch den Bau und die Inbetriebnahme aller Anlagen.

Der Lieferumfang umfasste die zugehörige Elektroinstallation und -automatisierung, die Energieversorgung einschließlich Transformatoren, die komplette durchgängige Prozessautomatisierung sowie drei LiquiRob-Systeme.

Primetals erhielt kürzlich das Endabnahmezertifikat für seinen Elektrolichtbogenofen Quantum, der am Standort des chinesischen Stahlherstellers Langxi County Hongtal Steel in der Provinz Anhui (VR China) installiert wurde.

Der Auftrag für Primetals umfasste einen 120-Tonnen-EAF Quantum , einen 120-Tonnen Doppelpfannenofen sowie die Level 1 und 2 Automation für beide Öfen. Das Basic Engineering und die Lieferung von Schlüsselequipment fur die Entstaubungsanlage waren im Auftrag ebenfalls enthalten.

Das Elektrostahlwerk verzeichnet sehr gute Leistungswerte durch besondere Merkmale dies EAF Quantum. So wird z. B. ein Schrottwärmesystem eingesetzt, was die Einschaltzeiten verkürzt. In einem konventionellen Lichtbogenofen ist der Schrott während der Beschickung kalt. Beim EAF Quantum wird der Schrott mit Abgasen aus dem Produktionsprozess vorgewärmt. Daher wird weniger Energie zum Schmelzen des Schrotts benötigt, was zu niedrigeren Betriebskosen und geringeren CO₂-Emissionen beiträgt.

Der EAF-Quantum arbeitet vollautomatisch und verfügt über neue Entstaubungssysteme, die die Staubemission um 50 Prozent reduziert. „Wir sind mit der Leistung der drei realisierten MEROS-Anlagen sehr zufrieden. MEROS ist für uns eine Schlüsseltechnologie in Sachen Nachhaltigkeit, und wir freuen uns darauf, das Programm mit den weiteren vier MEROS-Anlagen abzuschließen“ sagt Alessandra Labile, Werksleiterin in Taranto.

MEROS ist eine Abgasreinigungsanlage, die fast alle schädlichen Stoffe in Abgasen, die beispielsweise aus Sinteranlagen stammen, entfernt. Die drei implementierten MEROS-Anlagen reduzieren die Staubemissionen der beiden Sinteranlagen auf weniger als 3 Milligramm pro Kubikmeter - deutlich unter dem gesetzlichen Grenzwert von 10 Milligramm. Darüber hinaus liegen die Dioxin-Werte bei weniger als 0,01 Nanogramm pro Kubikmeter und damit weit unter dem vom italienischen Gesetzgeber geforderten Wert von 0,15 Nanogramm.

Während des MEROS-Prozesses wird der Staub aus der Sinteranlage in einer Reihe von Schritten behandelt, in denen Staub und potentiell schädliche metallische und organische Bestandteile entfernt werden. Dadurch wird die Menga an rückgeführtem Staub minimiert, war zu wenger Filter-Abgasreinigungszyklen führt. MEROS ist somit auch ein sehr energieeffizienter Prozess.

Primetals Technologies Limited

Chiswick Park, Building 11

GB-W45YS London

Tel.: +33 1 4267 6075

contact@primetals.com

primetals.com

Lieferung von Schmelz- und Gießöfen

Die Tenova LOI Thermprocess hat die Produktionsoptimierung eines neuen Zweikammer-Schmelzofens TCF bei E-Max Billets im niederländischen Kerkrade abgeschlossen. Laut Tenova hat der Ofen die vereinbarten Parameter erreicht und arbeitet als Schmelzaggregat für höher verunreinigten Schrott.

Tenova LOI Thermprocess erhielt den Auftrag für die Planung, Lieferung, Montage und Inbetriebnahme eines weiteren TCF-Zweikammer-Schmelzofens und eines Schmelz- und Gießofens (MCF) für die Produktionserweiterung und Modernisierung der Anlage.

Der neue TCF erreicht eine Tagesleistung von 150 Tonnen Flüssigaluminium, reduziert nach Tenova-Angaben den Metallverlust und den spezifischen Erdgasverbrauch pro Tonne geschmolzenen Aluminiums und um mehr als 20 Prozent. Darüber hinaus erlaubt die Effizienz der TCF-Technologie im Vergleich zu früheren Anlagen die Behandlung von höher verunreinigten Schrotten.

Der neue kippbare MCF kann Schrotte mit leichten organischen Verunreinigungen in einer einzigen Ofenkammer schmelzen. Ein spezielles Verfahren sorgt für eine sichere integrierte Nachverbrennung, wodurch die Gesamtemissionen vermindert und eine nachhaltige und effiziente Produktion von Flüssigaluminium gewährleistet wird.

Vor Kurzem wurde die dritte MEROS-Abgasreinigungsanlage für die Sinteranlagen von Acciaierie d‘Italia in Taranto von Primetals in Betrieb genommen.

Tenova S.p.A.

Via Gerenzano 68

I-21063 Castellanza

Tel.: +39 331 444 111

tenova@tenova.com

www.tenova.com

Pyrometer novasens IR702

Mit dem IR702 stellt novasens Sensortechnik eine neues Pyrometer zur berührungslosen Temperaturmessung von Metall, Stahl und Eisen vor.

Die Anwendungsbereich des neuen Pyrometers ist in der metallbearbeitenden Industrie und Metallurgie: z. B. für Schmelzprozesse, Stahlschmelze, Wärmebehandlung, Walzprozesse, Laserschneidverfahren, Laserschweißen, Schweißprozesse, Strangguss, Metallrecycling, Umformverfahren, Sinterverfahren, Druckgussverfahren. Stahlwalzen, Löten, Überwachung von Induktionsprozessen und Induktionserwärmung.

Durch das Prinzip der Infrarot-Temperaturmessung ist der Sensor in der Lage, die Temperatur von rotglühenden Bauteilen kontaktlos zu messen

Das im Lieferumfang enthaltene USB-Adapter-Kabel und die kostenlose novasens Config-Software ermöglichen eine einfache Konfiguration des Pyrometers direkt an der Anlage.

Die ModBus-RTU Schnittstelle bindet den Sensor in bestehende Sensornetzwerke ein und bietet eine Parametrierung auch im laufenden Betrieb. So kann das Pyrometer im laufenden Produktionsprozess z. B. auf die Emissionsgrade unterschiedlicher Metalle eingestellt werden. Mittels integriertem temperaturlinearen 4-20mA Analogausgang wird die gemessene Temperatur zur Weiterverarbeitung an die SPS, Datenlogger und Panelmeter geleitet.

Für die genaue Erfassung der Messobjekte, auch über weite Messdistanzen, stehen verschiedene Präzisionsoptiken zur Auswahl. Mit seinem robusten Edelstahlgehäuse in Schutzart IP65 lässt sich das Pyrometer auch dort integrieren, wo in der Maschine wenig Platz zur Verfügung steht oder rauhe Umgebungsbedingungen herrschen.

Durch ein umfangreiches Zubehörprogramm wie ein Wasserkühlungsmantel für den Einsatz in sehr hohen Temperaturumgebungen, ein verstellbarer Sensorhalter oder ein Lüftungsaufsatz lässt sich das IR702 Pyrometer auf die jeweiligen Messaufgaben einstellen.

novasens Sensortechnik

Lars Heuer

Otto-Brenner-Str. 13-15

2133 Lüneburg

Tel.: +49 4131 51069

info@novansens.de

www.novasens.de

Mit Strahltechnik optimal vorbehandeln

AGTOS Satellitentaktdrehtisch-Strahlanlage

Was ist Strahltechnik

Unter dem Begriff „Strahlen“ versteht man die Bearbeitung von Werkstück-Oberflächen mit sogenanntem Strahlmittel. Dies ist bei 95 % aller Anwendungsfälle Stahlguss mit einem Durchmesser von ca. 1 mm. Die millionenfache Beaufschlagung bewirkt je nach Material und Prozess verschiedene Effekte. So setzt man Strahltechnik u. a. zum Entrosten, Entgraten, Aufrauen, Verfestigen und Finishen ein.

Arten der Strahltechnik

Das Strahlmittel kann auf verschiedene Weise auf die Werkstück-Oberflächen befördert werden. Überwiegend wird mit Druckluft-Strahltechnik manuell gestrahlt. Große Werkstücke werden in Strahlräumen bearbeitet, kleinere in Kabinen. Auch hier gibt es automatische Mehrachsensysteme, die meist zum Verfestigen von Bauteilen eingesetzt werden.

Das automatische Strahlen, oder Schleuderrad-Strahlen, unterscheidet sich essentiell vom Druckluft-Strahlen. Hier wird das Strahlmittel zentral in Schleuderräder geleitet und von einem Impeller vorbeschleunigt. Danach gelangt es portioniert auf sogenannte Wurfschaufeln. Diese schleudern es durch das Rotationsprinzip in hoher Geschwindigkeit (bis zu 100 m/Sek.) auf die Oberflächen.

Der Prozess beim Schleuderrad-Strahlen

Allen Anlagentypen gleich ist die Tatsache, dass es einen Strahlmittel-Kreislauf gibt. Nachdem das Strahlmittel auf die Werkstück-Oberfläche geprallt ist und dort seine Wirkung entfalten konnte, fällt es in einen Trichter. Eine Förderschnecke befördert es zum Becherwerk. Hier gelangt es durch einen mit Bechern bestückten Gummigurt in den oberen Maschinenteil. Dort wird das Strahlmittel von Staub und Unterkorn, also für den Prozess zu feinem Bruchkorn, gereinigt.

Die Reinigung erfolgt durch eine sogenannte Windsichtung. Das Strahlmittel wird über eine breit angelegte Kaskade geleitet. Zugleich reißt ein fein justierter Luftstrom Staub und Unterkorn heraus. Der Luftstrom wird vom Ventilator der Patronen-Filteranlage per Unterdruck gebildet. Das wiederverwendbare Strahlmittel wird in einem Sammelbehälter (auch „Strahlmittelbunker“ genannt) gesammelt und den Turbinen wieder zugeführt. Staub und Unterkorn gelangen in Abfallbehälter.

Strahlmittel – das Werkzeug der Strahlmaschinen

Die Wirkung des Strahlprozesses auf der Oberfläche ist von vielen Parametern abhängig. Einerseits betrifft dies technische Auslegungen und Einstellungen der Strahlmaschinen. Einen großen Anteil an der Qualität des Strahlprozesses trägt das jeweils eingesetzte Strahlmittel. Das gewünschte Ergebnis des Strahlens, z. B. Reinigen, Aufrauen oder Verfestigen, bestimmt daher auch die Wahl des passenden Strahlmittels.

Am Markt sind verschiedene Hersteller, Materialien, Formen, Härten und Größen vorhanden. Die Bandbreite der möglichen Kombinationen ist daher sehr groß. Die Strahlanlagen werden in der Regel so konzipiert, dass Turbinen und Strahlmittelkreisläufe in Kombination mit den Werkstückdimensionen die Wahl des idealen Strahlmittels zulassen.

Zunächst erfolgt die Bestimmung des Materials, dann die Festlegung der Körnung. Generell gilt der Grundsatz: So grob wie nötig, aber so fein wie möglich.

Stahl-Strahlmittel

Standardwerkstoff für den Einsatz in Gießereien, Schmieden oder im Stahlbau ist Stahl. Überwiegend wird er als Stahlguss eingesetzt, aber auch geschnittener Stahldraht findet viele Anwendungsbereiche.

Beim Stahlguss entscheidet der Kohlenstoff-Anteil über die Langlebigkeit und Aggressivität es Strahlmittels. Hoch gekohltes Strahlmittel bricht schneller. Die Bruchstellen sind scharfkantig und intensivieren den Stahlprozess. Niedrig gekohltes Strahlmittel gilt als langlebiger und schonender.

Soll die Oberfläche eine größere Rauigkeit erhalten, können an Stelle von rundem Strahlmittel auch teilweise oder komplett kantige Strahlmittel eingesetzt werden. Auch Aspekte zur Langlebigkeit des Strahlmittels und der Anlage fließen mit ein. Hier spielt neben der Form und der Zusammensetzung des Strahlmittels ebenfalls der Härtegrad des Strahlmittels eine entscheidende Rolle.

Einsatz von Strahltechnik bei wärmebehandelten Teilen

So breit wie die Produktvielfalt wärmebehandelter Teile, ist auch die Varianz der einzusetzenden Maschinen. Aufgrund der Menge der Anfragen und Projekte, sind Getriebeteile, Zahnräder, Ritzel und Verbindungselemente die häufigsten wärmebehandelten Teile, die strahltechnisch zu bearbeiten sind. Massenteile wie Schrauben werden zumeist in Muldenband-Strahlanlagen und Trommel-Strahlanlagen bearbeitet. Dies ist im Chargenbetrieb oder in Linie möglich, um eine kontinuierliche Bearbeitung sicherzustellen.. Das Unternehmen AGTOS besteht seit über 20 Jahren erfolgreich am Markt und hat national und international viele namhafte Kunden, deren Produkte vor dem Strahlprozess eine wärmetechnische Behandlung erfuhren. Ausgehend vom Bedarf des Kunden werden gemeinsam mit ihm Konzepte entwickelt, die seine Produktion möglichst wirtschaftlich und zuverlässig gestalten. Neben dem fertigen Portfolio an Standardmaschinen zeichnet sich AGTOS durch den Sondermaschinenbau aus. So werden die Mengenanforderungen, die zu erzielende Qualität, Größen der Werkstücke und letztendlich auch der zur Verfügung stehende Raum sowie die innerbetriebliche Logistik optimal berücksichtigt, um ein schlüssiges Konzept zu erstellen. Auch in der Projektphase erfolgt eine enge Abstimmung mit dem Kunden. Während und nach der Inbetriebnahme sorgt ein schlüssiger Trainingsplan dafür, dass den Mitarbeitenden des Kunden nicht nur die Bedienung der Maschine vermittelt wird, sondern auch der dahinterstehende Prozess. Auf Wunsch wird eine anfängliche Produktionsbegleitung gestellt. Die kundeneigene Instandhaltung wird mit Rat und Tat unterstützt und im Ernstfall kann in Präsenz und aufgrund digitaler Hilfsmittel wie der AGTOS Service App schnell und kostengünstig geholfen werden.

AGTOS Trommel-Strahlanlage

Satelliten Taktdrehtisch-Strahlanlagen

In automatischen Linien, vornehmlich in der Automobil- und Zulieferindustrie, werden Satelliten-(Takt)Drehtischanlagen, oft auch mit Roboterhandling, eingesetzt. Dies erfolgt z. B. für das Verfestigen von Getriebeteil-Oberflächen. Bei der Bearbeitung der Werkstücke stoppt der Drehtisch, die Türen öffnen sich und ein oder mehrere Werkstücke werden auf den Satelliten gelegt. Die Tür schließt, die Werkstücke werden in den Strahlbereich gedreht und gestrahlt.

In der Strahlanlage werden die zu bearbeitenden Werkstücke bei drehendem Tisch kontinuierlich im hinteren Bereich des Drehtisches gestrahlt, während vorne be- und entladen wird. Der Be- und Entnahmebereich des Drehtisches ist hier durch Schleusen gut gegen vagabundierendes Strahlgut abgedichtet.

Trommel-Strahlanlagen

Für die Bearbeitung von Schüttgütern ist dieser Anlagentyp ideal. Da die Trommel aus einem

AGTOS Trommel-Strahlanlagen im Linienbetrieb.

Teil gefertigt ist, werden Verklemmungen vermieden. Zudem können Trommeln leicht restlos entleert werden, was eine doppelte Bearbeitung einzelner Werkstücke verhindert.

Aus Gründen der Verschleißfestigkeit werden die Trommeln aus gelochtem Manganstahl gefertigt. Die Größe der Löcher richtet sich nach den Dimensionen der Werkstücke sowie nach der Körnung und Menge des abfließenden Strahlmittels. Konstruktiv ausgeklügelte Vorrichtungen begünstigen die Durchmischung der Teile.

Die Werkstücke befinden sich in einem werksüblichen Behälter. Dieser wird in einen Beschicker gestellt oder direkt entleert. Der Beschicker wird angehoben und gelangt so vor die Maschinentür, die sich sofort öffnet. Angekommen auf der richtigen Höhe, schwenkt der Beschicker und entlädt die Werkstücke in die Trommel. Dieser Vorgang kann, angepasst an die Empfindlichkeit der Werkstücke, sehr behutsam erfolgen. Die Steuerung kann per SPS vorgegeben sein oder manuell erfolgen. So werden Beschädigungen verhindert. Die Trommel befindet sich zu diesem Zeitpunkt in der Beladeposition. Vor dem Strahlprozess schließt sich die Maschinentür und die Trommel schwenkt in eine ideale Position vor die Hochleistungsturbine. Gleichzeitig dreht sie sich um die eigene Achse.Der Strahlprozess beginnt und währt solange, bis alle Werkstücke gut durchmischt und rundum gestrahlt wurden. Während des Strahlvorgangs bleibt die Tür dicht verschlossen und kann erst wieder geöffnet werden, nachdem die Strahlkammer staubfrei ist. Der beim Strahlen entstehende Staub wird während des Strahlprozesses durch einen leichten Unterdruck abgesaugt und in der zugehörigen Filteranlage separiert. Nach dem Strahlprozess schwenkt die Trommel in die Entladeposition. Auch hier kann mittels einer dosierten Entleerung die Menge der Werkstücke und die Intensität der Entleerung definiert werden. Die gestrahlten Werkstücke gelangen auf eine Siebförderrinne, die sie vom restlichen Strahlmittel trennt und in bereitstehende Werkstücksammelbehälter transportiert.

Einsatz der Strahltechnik bei wärmebehandelten Teilen

So breit wie die Produktvielfalt wärmebehandelter Teile ist auch die Varianz der einzusetzenden Maschinen. Aufgrund der Anfragen und Projekte bei AGTOS sind Getriebeteile, Zahnräder, Ritzel und Verbindungselemente die häufigsten wärmebehandelten Teile, die strahltechnisch zu bearbeiten sind. Massenteile wie Schrauben werden zumeist in Muldenband-Strahlanlagen und Trommel-Strahlanlagen behandelt. Dies ist im Chargenbetrieb oder in Linie möglich, um eine kontinuierliche Bearbeitung zu gewährleisten. Ausgehend vom Bedarf des Kunden werden gemeinsam mit ihm Konzepte entwickelt, die seine Fertigung wirtschaftlich und zuverlässig gestalten. Dabei werden die Mengenanforderungen, die zu erzielende Qualität, Größe der Werkstücke sowie die innerbetriebliche Logistik optimal berücksichtigt.

AGTOS GmbH

Ulf Kapitza, Head of Business

Developement & Marketing

Gutenbergstr. 14,

48282 Emsdetten

Tel.: + 49-2572 96026-200

info@agtos.de

www.agtos.com

Weiterbildungsangebot JUMO Campus

Zentrale Herausforderungen für Unternehmen sind effiziente Lösungen im Fortbildungsbereich, die auf die jeweiligen Lernanforderungen zugeschnitten sind.

Für die Weiterbildung in der Mess-, Regel- und Automatisierungstechnik setzt JUMO auf einen attraktiven Mix aus komfortablen Onlineangeboten wie Webinar oder E-Learnings und Präsenzschulungen, bei denen praktische Übungen am Gerät im Vordergrund stehen.

Alle Angebote des Jumo-Campus zielen auf hohe Praxis-Relevanz für den industriellen Alltag ab. Die Teilnehmer erhalten Informationen über Neuentwicklungen in der Mess-, Regel- und Automatisierungstechnik und sollen mit hilfreichen Impulsen in ihr Unternehmen zurückkehren.

Seminare

Je nach Thema und Anforderungen sind sowohl Online- als auch Präsenzseminare möglich. Beide Formate haben ihre Vorteile: Online-Seminare bieten eine hohe Flexibilität und Kosteneffizienz. Seminare in Präsenz bieten eine höhere Interaktivität und sind insbesondere für Geräte- und Systemschulungen ideal.

Alle Seminare können auch als Exklusivschulung individuell durchgeführt werden – entweder vor Ort beim Kunden oder ganz einfach online. Der Vorteil: Der Kunde kann verschiedene Themenblöcke ganz nach seinen Anforderungen kombinieren. Auch Online sind praxisorientierte Schulungen an JUMO-Produkten möglich – die Geräte werden den Teilnehmenden entsprechend vorab zugesendet.

Webinare

Bei den JUMO-Webinaren haben Kunden und Interessenten die Möglichkeit, innerhalb einer knappen Stunde einen ersten Einblick in ein ausgewähltes Themengebiet zu erhalten. Der Schwerpunkt liegt hier auf Produktneuheiten und aktuellen Themen – entsprechend werden auch während des laufenden Jahres neue Termine veröffentlicht. Die Teilnahme ist kostenfrei.

E-Learning-Kurse und Fachbücher

Ergänzend zum Seminarangebot sind auf dem JUMO-Campus über 170 E-Learning-Kurse, Webinaraufzeichnungen und Fachbücher auf Deutsch und Englisch zum Selbststudium zu finden. Hier gibt es sowohl für Einsteiger als auch für Experten nützliche Informationen zu Themen wie Temperaturmesstechnik, funktionale Sicherheit, Regelungstechnik und Automatisierungslösungen.

Das komplette Schulungsangebot ist im JUMO-Campus-Portal übersichtlich zusammengefasst. Dank verschiedener Filter- und Suchfunktionen können Interessenten komfortabel die passenden Schulungsangebote für ihr Produkt oder ihr Themengebiet finden.

Detaillierte Informationen sowie die Möglichkeiten zur Anmeldung gibt es auf dem JUMO Campus-Portal campus.jumo.de.

Jumo GmbH & Co. KG

Sabine Hauß

Moritz-Juchheim-Str. 1

36030 Fulda

Tel.: +49 661 6003-2865

sabine.hauss@jumo.net

www.Jumo.net

Messen, Tagungen, Seminare

Am 22./23. 05. 2023 findet bei der Technischen Akademie Esslingen in Ostfildern das Seminar „Werkstofftechnik und Stahlkunde – einfach, anschaulich, greifbar“ statt.

Informationen unter www.tae.de

Vom 22. – 25. 05. 2023 findet bei der WS Werkstoff Service GmbH in Essen das Seminar „Grundlage der Schadensanalyse“ statt.

Informationen unter www.werkstoff-service.de

Vom 22. – 26. 05. 2023 findet bei der Dr. Sommer Werkstofftechnik das Seminar „Was der Härter über seine Arbeit wissen muss – Teil 2“ statt.

Informationen unter www.werkstofftechnik.com

Vom 23. – 25. 05. 2023 findet in Lünen (Ringhotel am Stadtpark) das Seminar „Industrieofentechnik“ der Stahlakademie statt. Inhalt der Veranstaltung: Aufgaben von Industrieöfen, Energieoptimierung, Brennstoffe/Schadstoffe, Brennertechnik, Technik und Aufgaben des H2-Haubenglühens, Wasserstoff als Abschreckungsmedium sowie als alternativer Brennstoff in Vergütungslinien.

www.stahl-akademie.de

Vom 29. – 31. 05. 2023 findet die ECHT 2023, die European Conference on Heat Treatment in Genua (Maggazini del Cotone) statt.

Informationen unter www.aimnet.it/echt2023.htm

Vom 30. 05. – 02. 6. 2023 findet bei der WS Werkstoff Service GmbH in Essen das Seminar „Härteprüfung“ statt.

Informationen unter www.werkstoff-service.de

Am 06./07. 06. 2023 findet bei der Stahlakademie VDEh in Düsseldorf das Seminar „Nichtrostende Stähle – Eigenschaften und Anwendungen“ statt. Inhalt der Veranstaltung u. a.: Werkstoffkunde der nichtrostenden Stähle, Vorgehensweise bei der Auswahl nichtrostender Stähle, Oberflächenbehandlung nach Warm- und Kaltumformung, schweißtechnische Verarbeitung, Werkstoffauswahl für Schmiedeprodukte.

Informationen unter www.stahl-akademie.de

Vom 12. -16. 06. 2023 findet in Stuttgart die Moulding Expo, die Fachmesse für den Werkzeug- und Formenbau statt.

Informationen unter www.messe-stuttgart.de

Am 14./15. 06. 2023 findet im Novotel Köln City das Seminar „Systematische Schadensanalyse“ statt.

Informationen unter www.vdi-wissensforum.de

Am 22./23. 06. 2023 findet im Neckar Forum in Esslinngen die 31. Fachtagung „Industrielle Teilereinigung“ mit Ausstellung statt. Die Tagung stellt Lösungen und Knowhow für aktuelle und künftige Anforderungen in der Bauteilreinigung vor.

Informationen unter www.fairxperts.de

Vom 27. – 30. 06. 2023 findet in München die Laser World of Photonics, die Weltleitmesse und Kongress für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik statt.

Informationen unter www.messe-muenchen.de

Vom 27. – 30. 06. 2023 findet in München die Automatica, die Leitmesse für Automation und Robotik, statt.

Informationen unter www.messe-muenchen.de

Bei der Technischen Akademie Esslingen findet am 29./30. 06. 2023 in Ostfildern das Seminar „Risikobewertung in der Bauteilauslegung“ statt.

Informationen unter www.tae.de

Bei der Technischen Akademie Esslingen findet am 04. 07. 2023 in Ostfilderndas Seminar „Beschichtungen für funktionale und dekorative Anwendungen“ – Galvanische und physikalische Beschichtungen statt.

Informationen unter www.tae.de

Am 05./06. 07. 2023 findet im Expo Parc Mulhouse „The 49^th Congress of Heat Treatments and Surface Treatments” (mit Ausstellung) statt.

Informationen unter www.a3ts.org

Auftrag für ABP Induction

Das im Automotive-Sektor tätige türkische Unternehmen AYD setzt für den Produktionsweg von Bremsscheiben u. a. auf die Induktionsofentechnologie von ABP Induction.

Hierzu lieferte ABP Induction zwei Mittelfrequenz-Induktionsöfen vom Typ IFM 6 und 4800 kW Twin-Power-Versorgung. Hinzu kommt der Gießofen OCC 50.2 mit 5.000 Tonnen Nutzinhalt und 300 kW Induktorleistung. Mit dem automatischen CIP-Positionierungsmodul und mit dem OPTIPOR-Kontrollsystem kann AYD eine Hochgeschwindigkeits-Formanlage mit voller Kapazität nutzen. Bei der Gießspiegelregelung OPTICUR erfolgt die Messung der Füllhöhe mittels Digitalkamera, was ein Übergießen und eine Unterfüllung der Form und damit Schlackeneinschlüsse verhindert.

Der umweltfreundlichere Betrieb der ABP Induktionsöfen vom Typ IFM basiert auf verschiedenen Modulen. Durch das Twin-Power-Prinzip ist die Umrichterleistung frei auf beide Öfen verteilbar. So ergeben sich Szenarien wie ein Aufschmelzen mit dem einen Ofen und gleichzeitigem Sintern oder Warmhalten mit dem anderen Ofen. Das Prinzip beinhaltet einen erhöhten Nutzungsgrad des Umrichters, geringere Wartungskosten und geringere Investitionskosten im Vergleich zu getrennten Energieversorgungen.

ABP Induction verweist auf die Potenziale zur Anpassung an die Möglichkeiten der Industrie 4.0 mit dem Schmelzprozessor PRODAPT Enterprise und dem ABP Kundenportal myABP, die Lösungen für die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung der Prozesse bei AYD ermöglichen. Der Schmelzprozessor PRODAPT Enterprise übernimmt die bedarfsgerechte Steuerung der Energiezufuhr für Schmelz-, Warmhaltebetrieb, Kalt-Anfahren und Sintern.

Betriebsdaten werden im myABP Portal erfasst und dargestellt sowie für den zielgerichteten Datenaustausch mit dem Plant Management-System aufbereitet. Die technischen Ofenparameter werden außerdem über die digitale Umrichtersteuerung erfasst. Beim Anfahren einer Charge mit einer Teilfüllung an ferromagnetischem Schmelzgut werden kleine Portionen dieses Materials automatisch nachgefüllt.

Damit werden im täglichen Produktionsbetrieb messbare Energieeinsparungen und Produktionssteigerungen gegenüber einer ungesteuerten Chargierung erzielt. Erhebungen zeigen nach ABP-Angaben, dass Induktionsöfen weniger als die Hälfte an CO₂-Emissionen für das Schmelzen einer Tonne Gusseisen im Vergleich zu Kupolöfen erzeugen.

Die Schmelzöfen bieten nach ABP-Angaben bekannt stabile und hohe Wirkungsgrade und verfügen zudem über Sicherheitsmerkmale, die eine zuverlässige und sichere Produktion ermöglichen. Dazu gehören die aus den ABP Safety Packages bekannten Module, die bei allen ABP-Neuanlagen Standard sind. Darüber hinaus ist das „ABP Basic Safety Paket“ ein wichtiger Basisschutz für den Anlagenbestand.

ABP Induction Systems GmbH

Kanalstr. 25

44147 Dortmund

Tel.: +49 231 997-0

till.schreiner@abpinduction.com

www.abpinduction.com

Quotientenpyrometer-Serie von Optris

Eine Spanne von 300 °C bis 3000 °C: Mit der neuen Quotientenpyrometer-Serie CSvision von Optris ist es laut Anbieterangaben möglich, die Temperatur von Metallen, Schmelzen und Keramik berührungslos, sicher und zuverlässig aus unterschiedlichen Entfernungen zu messen.

Infrarotpyrometer müssen großen Ansprüchen gerecht werden. Speziell in der Metallurgie kommen sie häufig unter widrigen Bedingungen zum Einsatz, in denen sie zuverlässige Ergebnisse liefern sollen. Oft erschweren Rauch, Dampf oder Staub die freie Sicht auf das Messobjekt und beeinflussen das Messsignal. Quotientenpyrometer liefern nach Angaben von Optris unter diesen Bedingungen trotzdem stabile Messwerte – im Vergleich zu Einkanalpyrometern sogar bei einer verschmutzten Optik oder bei Objekten, die sich innerhalb des Messfeldes bewegen (z. B. Metallstäbe oder -drähte).

Das neue CSvision ist mit dem Smart Ratio Mode (SRM) ausgestattet und kann damit auch heraufordernde Anwendungen mit veränderlichem Emissionsgradverhältnis meistern. Über das eingebaute Videovisier und den per Software oder App bedienbaren Motorfokus können die CSvision-Pyrometer komfortabel auf das jeweilige Objekt fokussiert werden. Der schaltbare zweistufige Helligkeitsreduzierungsfilter sorgt auch bei sehr heißen und damit hellen Objekten für optimale Sichtbedingungen. Gemeinsam mit dem ebenfalls serienmäßigen Fadenkreuzlaser ist damit eine einfache Sensorausrichtung unter allen Bedingungen gewährleistet. Das CSvision R1M biete eine optische Auflösung von bis zu 150 : 1 und einen Messbereich von 600 °C bis 3000 °C bei einem Spektralbereich von 0,8 bis 1,1 μm – und das in einer rauen Industrieumgebung bis zu 65 °C ohne Kühlung. Das R2M hat eine optische Auflösung von 75 : 1 und einen Spektralbereich von 1,45 bis 1,75 μm. Damit können Temperaturen bereits ab 300 °C bis 1400 °C gemessen werden (bis zu 60° ohne Kühlung).

Optris schafft mit der CSvision-Serie eine einfach zu handbabende Lösung, die schnell und unkompliziert eingerichtet werden kann. Die Infrarot-Thermometer verfügen über eine Schnittstelle zur IRmobile Android App und der CompactPlusConnect Software. Das erlaubt eine einfache Videoausrichtung und Prozessüberwachung in Echtzeit.

Für die Prozessüberwachung stehen zwei Analogausgänge sowie Digitalschnittstellen wie RS485 oder Modbus RTU zur Verfügung. Ein variabel programmierbarer I/O Pin kann wahlweise als Alarmausgang, zur Signaltriggerung oder z. B. für externe Emissionsgrad-/Slop-Einstellungen genutzt werden.

OPTRIS GmbH

Ferdinand-Buisson-Str. 14

13127 Berlin

Tel.: 49 30 500 197-0

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PVD-Technologie der RÜBIG Gruppe

Gemeinsam entwickelten RÜBIG Technologie und RÜBIG Anlagentechnik die PVD-Technologie MICROPULS Lotus. Die Kunden haben die Möglichkeit, den Beschichtungsservice in Anspruch zu nehmen oder eine speziell auf ihre Anforderungen ausgelegte Anlage zu beziehen.

RÜBIG Technologie GmbH & CO. KG

Schafwiesenstr. 56

A-4600 Wels

Tel.: +43 7242 666 60

te.office@rubig.com

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Emissionsarme Brennertechnologie für eine Feuerbeschichtungsanlage

Anlagenbild FBA 10, thyssenkrupp Quelle: Steel

Die kürzlich für thyssenkrupp Steel in Dortmund errichtete Feuerbeschichtungsanlage 10 (FBA 10) setzt nach Angaben der WS Wärmeprozesstechnik GmbH einen globalen Benchmark in Energieeffizienz und emissionsarmer Beheizung. Durch den Einsatz moderner Regenerativbrenner des Unternehmens in Doppel-P Strahlrohren spart die Anlage nach Anbieterangaben gegenüber konventionell beheizten Anlagen typischerweise zwischen 15 % und 30 % Brennstoff ein. Gleichzeitig werden dank des patentierten FLOX-Verfahrens besonders niedrige NO_x Emissionswerte erreicht. Das Beheizungssystem schafft aufgrund der hohen Effizienz und der hervorragenden Temperaturgleichmäßigkeit der verwendeten Strahlrohre zudem die Grundlage für einen späteren Umstieg auf grüne Brennstoffe wie Wasserstoff.

Mit insgesamt drei vertikalen Bandanlagen zählt das thyssenkrupp Werk in Dortmund zu den modernsten Standorten für das Glühen und die Oberflächenveredelung von Stahlband. In den Anlagen können zusammen pro Jahr bis zu 2 Millionen Tonnen Stahl veredelt werden. WS lieferte allein für den Standort Dortmund bereits insgesamt knapp 800 effiziente und emissionsarme Brenner. Der konsequente Einsatz umweltschonender Technologie hat damit nicht zuletzt auch eine wichtige strategische Dimension. So sagt Dr. Clemens Trachternach, Teamleiter der FBA 10, zu den eingesetzten Regenerativbrennern von WS: „Es ist die beste am Markt verfügbare Technologie, die wir einbauen, um wirklich die Anlage zukunftssicher zu gestalten und auch in vielen, vielen Jahren immer noch die Emissionsgrenzwerte sicher zu unterschreiten.“

Entscheidend, um diesem Ziel gerecht zu werden, ist die jahrzehntelange Erfahrung bei WS mit der vielfach prämierten und patentierten FLOX-Technologie, welche bereits in zehntausenden Brennern weltweit erfolgreich im Einsatz ist. Die FLOX-Technologie erlaubt es, hocheffiziente Brenner bei gleichzeitig besonders niedrigen NO_x-Emissionswerten zu betreiben. „Unser Anspruch bei WS ist es, Lösungen für alle kontinuierlich betriebenen Bandanlagen anbieten zu können, die über einen breiten Temperaturbereich zuverlässig NO_x Werte unterhalb von 100 mg/Nm³erreichen, bei einem gleichzeitig sehr hohen feuerungstechnischen Wirkungsgrad von über 80 %, die bereits heute für grüne Brennstoffe der Zukunft gerüstet sind“, so Dr.-Ing. Joachim G. Wünning, Geschäftsführer der WS Wärmeprozesstechnik GmbH.

REGEMAT 250 im Doppel-P-Rohr, Quelle: WS Wärmeprozesstechnik GmbH

WS Wärmeprozesstechnik GmbH

Dornierstr. 14

71272 Renningen

Tel.: 7159 16320

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Ölschichtmessung für Bleche

In der Karosserie- und Teilefertigung stellt der Pressvorgang eine wachsende Herausforderung an die Prozesssteuerung und die Reduzierung des Ausschusses dar.

Stahlsorten mit hohen Festigkeitswerten und geringen Dicken reagieren empfindlich auf kleinste Störungen im Pressprozess. Neben der Rauheit und Zugfestigkeit des verarbeiteten Materials spielt die exakte Beölung der umzuformdenden Bleche eine entscheidende Rolle für die Qualität und den Ertrag der Presslinie.

Automobilhersteller und Presslinienbetreiber prüfen nicht nur die Beölung des Bandes vor dem Stanzprozess, sondern bringen stattdessen oder zusätzlich eine maßgeschneiderte Beölung auf die gestanzten Bleche auf. Die Soll-Ölschichtdicke variiert über die gestanzte Blechfläche und kann z. B. an Kanten oder Ausschnitten geringer sein als auf dem Rest des Bleches.

Eine vergleichbare Anforderung wurde von einem Automobilhersteller und einem Pressenstraßenbetreiber in China an die EMG Automation herangetragen Traditionell sind die Ölschichtmessgeräte in den Abhaspel- und Stanzeinheiten der Presswerke angeordnet. Der Hauptgrund für eine solche Positionierung war bisher die Schwierigkeit, Ölschichtabweichungen online in der Presse zu erkennen.

Seit geraumer Zeit hat die EMG Automation (Beijing) damit begonnen, die Einsatzmöglichkeiten von EMG Online-Ölschichtmesslösungen in verschiedenen Automobilpresswerken zu untersuchen. Das grundlegende Verständnis der jeweiligen Anforderungen führte zu einem ersten Systemauftrag eines Presswerkes in China für die Ölschichtmessung an einzelnen Blechen im Pressprozess. Seit der Installation befindet sich die Anlage im normalen Produktionseinsatz. Mit dem stetig steigenden Bekanntkeitsgrad dieser Technologie in der Pressenlandschaft widmen immer mehr Automobilunternehmen der Online-Ölschichtmessung hohe Aufmerksamkeit.

Im Vergleich zu einer Messung an Endlosbändern erforderte die Software dieser Anlage umfangreiche Anpassungen und Sonderlösungen. Die Programmierarbeiten wurden vorwiegend von EMG Beijing mit fachlicher Unterstützung von EMG Deutschland durchgeführt. EMG SOLID IR, die auf Infrarotspektroskopie basierende EMG-Lösung wird aktuell nun sukzessive in zwei Presswerken eines bekannten Automobilherstellers eingesetzt. Sie ermöglicht die Online-Messung der Ölschichtdicke entlang der Presslinie, um in Echtzeit Ölschichtdickenwerte an jeder beliebigen Stelle des Materials zu erfassen und die Ergebnisse zu visualisieren. Mit der Möglichkeit, die Ölschicht auf der Oberfläche zu messen, bevor das Material in das Presswerkzeug eingeführt wird, kann das System auch die Messung des Restöls auf der Materialoberfläche in Echtzeit verwenden. Dank der Visualisierung von Echtzeitwerten, Durchschnittswerten und statistischen Werten in Abhängigkeit von Zeit und Materialnummer bietet es zusätzliche Unterstützung bei der Prozess- und Qualitätsverfolgung.

EMG Solid-Systeme sind sowohl auf Basis der Infrarotspektroskopie als auch der laserinduzierten Fluoreszenztechnologie erhältlich. Durch den gezielten Einsatz dieser beiden Technologien ist EMG nach eigenen Angaben in der Lage, dem Anwender die optimale Lösung für seine Anforderungen zu bieten.

EMG Automation

Industriestr. 1

57482 Wenden

Tel.: +49 2762 612-0

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Laserhärten – ein Verfahren mit interessanten Vorzügen

Das Laserhärten ist kein neues Verfahren mehr und doch ist die Akzeptanz ihm gegenüber immer noch zurückhaltend.

Seit ca. 1990 beschäftigt sich STIEFELMAYER mit dem Laserhärten und hat alle Höhen und Tiefen der Technologie durchlaufen. „Zu Beginn gab es sehr große Probleme mit dem Prozess und den Strahlquellen“ betont Dieter Bulling, Geschäftsführer bei Stiefelmayer Lasertechnik. Die anfänglich verwendeten Strahlquellen waren durch ihre Wellenlänge nicht gut geeignet, sehr teuer, problematisch in der Lebensdauer und hatten einen schlechten Wirkungsgrad.

Diese Zeiten sind laut Dieter Bulling vorbei und das Laserhärten hat sich vielfach bewiesen und funktioniert zuverlässig.

Prozesstechnologie des Laserhärtens

Härtespurgeometrie

Für das Laserhärten werden Festkörperlaser eingesetzt, die Licht in der Wellenlänge von ca 1.060 nm emittieren (Bild 1). Durch die Strahlquelle gibt es heute nahezu keine Leistungsbegrenzung mehr. Mit entsprechender Leistung können auch größere Härtespuren erzeugt werden. Es muss dabei die erforderliche Intensität zum Härten erreicht werden. Die Härteoptik kann unterschiedlich konfiguriert werden. Somit erhält man unterschiedliche Geometrien der Härtespur.

Bild 1

Laserhärtemaschine STIEFELMAYER HC5

Bild 2

Laserhärtbare Werkstoffe

Hauptsächlich werden runde oder rechteckige Querschnitte eingesetzt. Mit diesen lassen sich die meisten Härteaufgaben lösen. Ein rechteckiger Fokus kann zum Beispiel in Richtung der langen Achse, oder in der Querachse bewegt werden. In Längsrichtung kann eine höhere Härtegeschwindigkeit erreicht werden, da die Interaktionszeit innerhalb des Fokus länger ist. In Querrichtung erreicht man bei langsameren Geschwindigkeit eine breitere Härtespur.

Als Faustformel, kann man davon ausgehen, dass mit 1 kW ca 1 cm Spurbreite erreicht wird. 2 oder 3 cm breite Spuren sind übliche Grössen. Mit höherer Laserleistung können auch Spurbreiten von 80 oder 100 mm erreicht werden.

Temperaturüberwachung

Beim Laserhärten handelt es sich um einen geregelten Prozess.

Die Temperatur des Härtebereichs wird sehr fein durch einen Pyrometer überwacht. In die Härteoptik werden die Sensoren zur Regelung integriert. Die Oberflächentemperatur wird aufgenommen und danach die Laserleistung geregelt. Da man an der Grenze der Schmelztemperatur arbeitet, muss diese Regelung sehr präzise arbeiten. Kanten zum Beispiel, an denen sich die Wärme staut, haben eine höherer Temperatur. Dies wird erkannt und die Laserleistung entsprechend geregelt, damit keine Beschädigung des Bauteils durch Anschmelzung erfolgt.

Laserhärten und Verzug

Mit den Laserhärten kann sehr präzise funktionsgerecht gehärtet werden. Dadurch wird der Energieeintrag minimiert, was letztendlich zu geringerem Verzug führt. Die präzise, funktionsgerechte Energieeinbringung ist der Vorteil des Verfahrens.

Um die Vorzüge des Laserhärtens wirklich umsetzen zu können, ist es sehr wichtig, nur die für die Funktion notwendige Zone, zu härten. Laut Dieter Bulling hat eine kleine Härtezone an einem soliden Bauteil keine Auswirkung auf den Verzug. Wenn dann noch unter Schutzgas gehärtet wird, entfällt die aufwendige und teure Nacharbeit. Der optimale Fertigungsablauf umfasst Weichbearbeitung mit allen erforderlichen Toleranzen und danach verzugsfreie Laserhärtung unter Schutzgas.

Laserhärten in der Praxis – die Maschine STIEFELMAYER HC5

STIEFELMAYER Lasertechnik orientiert sich mit ihren Laserhärtemaschinen an klassischen CNC Maschinen. Orthogonale Achsen, kombiniert mit rotatorischen Achsen bewegen die Härteoptik präzise über das Bauteil.

Die Standardmaschine STIEFELMAYER HC5 ist eine Härtemaschine mit 5 Achsen. Die kompakte Bauweise und die Anordnung der Achsen, erlaubt bei geringer Aufstellfläche Bauteile mit einem Würfelmaß von 500 mm in einer Aufspannung auf 5 Seiten zu bearbeiten. Durch die Achsanordnung ist auch eine Drehachse für rotationssymmetrische Bauteile integriert. Im Maschinengehäuse sind der Schaltschrank, der Laser und der Kühler zu einer Einheit vereint. In der Regel wird mit 3 kW Diodenlaser gearbeitet. Damit werden Härtespuren bis ca. 30 mm erzeugt.

Anwendungen

In den letzten Jahren gab es einige Installationen des Laserhärtens in der Großserie. Teile im Bereich des Verbrennungsmotors und des Getriebes, wie zum Beispiel Kurbelwellen, werden lasergehärtet. Hier geht es um die präzise Abgrenzung der Härtezone hin zur seitlichen Wange. An Nockenwellen werden Mitnehmerflächen gehärtet, ohne dass Nacharbeit erforderlich wird. Die Anwendungsgebiete der STIEFELMAYER HC 5 sind jedoch nicht die Massenprodukte. Mit der Maschine werden Teile in kleinen bis mittleren Stückzahlen gehärtet. Das sind Teile für den eigenen Bedarf oder Teile, die der Dienstleister im Auftrag für Kunden härtet.

Neue Generation Wärmebildkameras

Die Wärmebildkameras ImageR 8100 und ImageR 9100 von InfraTec wurden speziell für thermografische Messaufgaben entwickelt, die durch sehr hohe Temperaturen und herausfordernde Materialien gekennzeichnet sind. Beide Thermografiesysteme arbeiten im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) und erweitern das Portfolio der thermografischen Temperaturmessung von InfraTec. Sie ermöglichen z. B. emissionsgradoptimierte Messungen von Temperaturen auf metallischen Oberflächen – in Hochtemperaturbereichen zwischen 300 °C und 1.700 °C. Weitere Einsatzgebiete finden sich beispielsweise in der additiven Fertigung, bei Laseranwendungen und in der metallbearbeitenden Industrie im Bereich Schweißprozesse und Presshärten.

Die Messgeräte sind vergleichsweise kostengünstig und bieten eine hohe Abbildungsgüte. In Verbindung mit der radiometrischen Kalibrierung der Wärmebildkameras lassen sich in beiden Formaten Thermografieaufnahmen mit hoher geometrischer und thermischer Auflösung erzielen. Im SXGA-Bildformat können auch kleinste Details auf großflächigen Objekten optimal aufgelöst werden.

Die Kameras benötigen keinen mechanischen Kühler und sind für den wartungsfreien Dauerbetrieb geeignet. Laut InfraTec erhalten Anwender Thermografiekameras, die mit einer hohen Messgenauigkeit sowie einer sehr guten Kurz- und Langzeitstabilität ausgestattet sind. Die neuen SWIR -Wärmebildkameras

von InfraTec sind ein vielseitiges Werkzeug für zahlreiche Überwachungs- und Messaufgaben. Dank des kompakten Designs und dem geringen Gewicht sind sie zudem bestens für die Integration in vorhandene Systemumgebungen geeignet. Auch unter widrigen Umgebungsbedingungen arbeiten die Wärmebildkameras zuverlässig. Mit dem dazugehörigen Software Development Kit (SDK) sind alle Funktionen der Kameras einfach zugänglich.

InfraTec GmbH

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01217 Dresden

Tel.: +49 351 82876-600

thermo@infratec.de

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Auslegung induktiver Randschichthärteprozesse mittels numerischer Simulation

Die induktive Wärmebehandlung basiert auf der Erzeugung von Wirbelströmen durch zeitlich veränderliche Magnetfelder. Aufgrund der materialspezifischen Gegebenheiten der betrachteten Stähle fließen die Wirbelströme dabei vornehmlich nahe der Bauteiloberfläche im Randschichtbereich. Diese Eigenschaft prädestiniert das Induktionsprinzip für den Einsatz bei Randschichthärteprozessen, weil die durch die Wirbelströme erzeugte Wärme genau in dem Bereich generiert wird, in welchem die Materialbeeinflussung stattfinden soll. Grundsätzlich stellt das Induktionshärten einen Wärmebehandlungsprozess dar, der das Zusammenspiel aus Elektromagnetik, Thermik und Mechanik über einem großen Temperaturbereich umfasst. Zur Auslegung und Analyse dieser Prozesse wird seit vielen Jahren die numerische Simulation eingesetzt. Die stetige Weiterentwicklung der Modelle ermöglicht mittlerweile die Berücksichtigung metallurgischer Effekte und weiterer Prozessschritte wie Vor- und Nachbearbeitungen des wärmebehandelten Bauteils. Darüber hinaus können Projektionsalgorithmen verwendet werden, um die berechneten elektromagnetischen und thermischen Feldergebnisse für eine Systemsimulation aufzubereiten. Über eine (Linear-) Kombination der daraus ermittelten Basen lassen sich die physikalischen Domänen auf Systemebene koppeln, wodurch die Anforderung nach einer sehr schnellen Berechnung erfüllt wird.

1 Gekoppelte Feldsimulation

Zur numerischen Simulation eines induktiven Randschichthärteprozesses werden zunächst elektromagnetische und thermische Analysen bidirektional gekoppelt. Die elektromagnetischen Wärmequellen werden der thermischen Simulation als Eingangsgröße bereitgestellt und die sich ergebende Temperaturverteilung wird zur Anpassung der elektromagnetischen Materialdaten (meist in einer sequentiellen Kopplung) an die elektromagnetische Berechnung übergeben. Diese bidirektionale Kopplung ist nötig, da die elektromagnetischen Materialdaten temperaturabhängig sind [1, 2]. Insbesondere bei der für das

Abbildung 1

Typisches Verhalten der BH-Kennlinien über der Temperatur bei Stählen [4]

Induktionshärten großen Temperaturspanne von ca. 1000 K und dem enthaltenen Übergang bei Curie-Temperatur erfahren die Materialdaten eine sehr große Änderung. Während der elektrische Widerstand mit der Temperatur ansteigt, fällt die relative magnetische Permeabilität von sehr großen Werten (10² bis 104) für den ferromagnetischen Temperaturbereich auf 10 ab, wenn die Curie-Temperatur überschritten und damit ein paramagnetischer Zustand eingenommen ist. [3] Diese Materialdaten beeinflussen insbesondere auch den Bereich des Bauteils, in welchem Wirbelströme und damit Wärmeverluste umgesetzt werden, wodurch im kalten Zustand vornehmlich die Zahnspitzen geheizt und im Heißbereich deutlich größere Bauteilbereiche direkt erwärmt werden. Das beeinflusst wiederum die Aufheizraten an jedem Ort und letztlich das resultierende Temperaturfeld und die inneren Temperaturunterschiede, die für die später folgende Strukturmechanikanalyse relevant werden. Neben den Effekten innerhalb des zu härtenden Bauteils müssen auch die globalen, rückwirkenden Effekte auf den Induktor und den Generator berücksichtigt werden. Eine durch die Temperatur veränderten Stromverteilung im Bauteil bedingt wiederum eine andere Ausprägung des Stroms im Induktor, was auf den sogenannten Proximity-Effekt zurückgeführt werden kann. Demzufolge ändert sich der effektive Querschnitt des Induktorstroms und damit die Verlustleistung im Kupferprofil [5]. Auch die globalen Prozessparameter wie die Impedanz, die Wirkleistung, Blindleistung oder der Wirkungsgrad werden durch die beschriebenen Effekte beeinflusst und spätestens an dieser Stelle wird deutlich, dass eine analytische Herangehensweise zur Auslegung des Prozesses mit sehr großen Ungenauigkeiten behaftet ist.

Neben den elektromagnetischen Materialdaten sind auch die thermischen Materialdaten (Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität) abhängig von der vorliegenden Temperatur. Grundsätzlich resultiert die Temperaturverteilung entsprechend der Wärmeleitungsgleichung aus Wärmequellen (hier: elektromagnetisch induzierte Joulesche Verluste), der Zeit, der Wärmekapazität, der Dichte und der Wärmeleitfähigkeit.

Die Simulationsmodelle arbeiten dabei nach dem Gesetz der Energieerhaltung, sodass sich die eingebrachte Wärme aufteilt in einen kapazitiven Term, der die Wärmespeicherung und damit die Temperaturerhöhung des Materials beschreibt, und einen resistiven Term, der die Wärmeabgabe von der Bauteiloberfläche an die Umgebung bzw. an das Kühlmedium charakterisiert. Die meisten induktiven Randschichthärteprozesse haben dabei den besonderen Charme, dass die Aufheizung des Materials auf die gewünschte Temperatur so schnell passiert, dass den Wärmeverlusten über die üblichen Wärmeübertragungsarten Konvektion und Strahlung kaum Zeit bleibt, um einen nennenswerten Anteil an thermischer Energie aus dem Bauteil zu ziehen [6]. Die Aufteilung der eingebrachten Wärmemenge erfolgt somit mit einem deutlichen Überhang zum wärmespeichern den kapazitiven Anteil. Im darauffolgenden zweiten Prozessschritt der forcierten Abkühlung wird ein Abkühlmedium auf die Bauteiloberfläche aufgebracht, welches die thermischen Randbedingungen auf eine Konvektionseigenschaft mit einem sehr hohen Wärmeübergangskoeffizienten reduziert [7]. Diese Eigenarten des induktiven Randschichthärtens erlauben es deshalb, dass eine genaue Definition der sonst relevanten Größen des Wärmeübergangskoeffizienten bei freier Konvektion oder des Emissionskoeffizienten zur Beschreibung der thermischen Strahlungsverluste obsolet wird. Während die Abbildung der thermischen Eigenschaften an der Oberfläche unter legitimen Voraussetzungen also vereinfacht werden darf, so sind die inneren Temperaturänderungen abhängig von der Wärmekapazität und den Wärmestromdichten, welche aus der Wärmeleitfähigkeit und den Temperaturgradienten resultieren. Insbesondere der Aspekt der Temperaturgradienten führt über die thermischen Materialdaten (Leitfähigkeit, Kapazität) zu Wärmeausgleichsprozessen, wobei diese Materialdaten wiederum temperaturabhängig sind und somit den örtlichen Wärmestrom selbst beeinflussen. Die FE-Simulation bietet die Möglichkeit der inneren Iterationsprozesse zur Berücksichtigung all dieser sich gegenseitig beeinflussenden Effekte und zeigt an dieser Stelle nochmals deutlich die Sinnhaftigkeit ihrer Verwendung bei der Auslegung dieser Prozesse.

Abbildung 2

Auswertung Temperaturfeld einer induktiv im Vorschub gehärteten Zahnstange (Längsschnitt)

Insbesondere bei Härteprozessen ist aber nicht nur die aktuell vorliegende Temperaturverteilung und der damit zusammenhängende aktuelle Zustand der örtlich variierenden Materialdaten von Interesse, sondern auch deren Historie. Der induktive Härteprozess bedingt im Material Umwandlungsprozesse. Dementsprechend besitzt das Material während der Aufheizphase unterschiedliche Eigenschaften im Vergleich zur Abkühlphase. Innerhalb der Temperaturfeldsimulation sollten diese Effekte berücksichtigt werden, da die Abkühlzeit ein maßgeblicher Indikator für die Entstehung von z. B. Martensit, Perlit oder Bainit darstellt und Simulationsmodelle nur dann akkurate Werte generieren können, wenn sich diese Eigenschaften auch in den definierten Materialparametern widerspiegeln. Neben der Berücksichtigung der gefüge- und damit historienabhängigen Materialdaten stellt die Energiebilanz während der Umwandlung selbst einen physikalischen Prozess dar, der ebenfalls in den Materialdaten abgebildet sein sollte. Die Effekte einer Phasenumwandlung können mittels stark nichtlinearer Temperaturabhängigkeit der Enthalpie im Bereich des Phasenwechsels berücksichtigt werden. Bei großen Bauteilen und Einhärtetiefen und/ oder bei Verwendung bestimmter Materialien entstehen durch die Phasenumwandlungen so große innere Wärmegenerationen, dass sie nicht vernachlässigt werden dürfen. Die meisten Simulationsmodelle von Randschichthärteprozessen verzichten aber auf diese latente Wärme. Bei kleinen Bauteilen fällt das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen im Vergleich zu großen Bauteilen deutlich zugunsten der Oberfläche aus, weshalb der von außen angesetzte Abschreckvorgang so stark auf das innere Temperaturfeld einwirkt, dass eine zusätzliche Energie durch die Wärmegeneration aus einer Phasenumwandlung einen untergeordneten Einfluss auf das Temperaturfeld hat. Der Innenbereich von großen Bauteilen erfährt durch die Materialdicke nur eine deutlich gedämpfte Abkühlung, weshalb es bei dortiger Phasenumwandlung zu einer nennenswerten Temperaturerhöhung kommen kann. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Begriffe „große“ und „kleine“ Bauteile nur schwer zu definieren und nicht trennscharf sind, da die beschriebenen Effekte auch vom Prozess und der Legierungszusammensetzung abhängen.

Unter Annahme einer legitimen Vernachlässigung der zusätzlichen, inneren Wärmegenerationen werden zur Umsetzung der Gefügeauswertung analytische Ansätze verwendet, welche in der „Koistinen-Marburger-Gleichung“ oder der „Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorow-Gleichung“ (kurz: JMAK oder Avrami-Gleichung) zu finden sind. Diese Gleichungen beinhalten neben der Zeit zusätzlich parametrische Größen, die die jeweiligen Umwandlungen von Ferrit zu Austenit, Austenit zu Martensit u.a. beschreiben [8]. Je länger sich das Material in einem gewissen Temperaturbereich befindet, bei welchem eine Umwandlung stattfinden kann, desto höher ist am Ende der Anteil am Gesamtgefüge. Die Koistinen-Marburger-Gleichung verwendet in Ihrem Ansatz zusätzlich die Martensitstarttemperatur als Beeinflussungsgröße. Innerhalb des verwendeten FE-Simulationsmodells werden die transienten, dreidimensionalen Temperaturfelder herangezogen und es wird an jedem Berechnungsknoten der Temperaturverlauf über der Zeit ausgewertet. Aus den Temperaturprofilen können mithilfe der oben genannten Gleichungen die Gefügeanteile berechnet werden.

Abbildung 3

Auswertung Martensitanteil einer induktiv im Vorschub gehärteten Zahnstange (Längsschnitt)

Es handelt sich hierbei also um ein reines Post-Processing der Temperaturfeldergebnisse. Das bedeutet, dass – wie schon beschrieben – keine aus der Umwandlung resultierende Wärmegeneration ermittelt und an die Temperaturfeldanalyse übergeben wird. Zusätzlich bedeutet das aber auch, dass keine Anpassung der Materialdaten (thermische Leitfähigkeit und Kapazität) durchgeführt wird. Die Temperaturfeldanalyse berücksichtigt jeweils zwei Kurven über der Temperatur, wobei eine Kurve den Aufheizfall und die andere Kurve den Abkühlpfad beschreibt. Die Kurve des Abkühlpfades verwendet gemittelte Größen und berücksichtigt dabei nicht die gefügebedingte Variation in den thermischen Materialdaten. Ebenso wird auch keine Rückkopplung der Gefügeanteile an die Elektromagnetik durchgeführt. Diese Vorgehensweise ist legitim, da typischerweise im Prozessverlauf der Abkühlung keine Induktionserwärmung mehr eingesetzt wird.

Nach Abschluss der Gefügeauswertung an den Berechnungspunkten, welche die Ecken der finiten Elemente darstellen, werden für das jeweilige Element Mischgefüge bestimmt, die sich aus dem Mittel der Gefügeauswertungen an den Knoten ergeben. Diese Mischgefüge werden entsprechend ihrer Anteile in gemittelte Spannungs-Dehnungs-Kurven und Dilatogramme übersetzt und können somit wiederum unter Berücksichtigung der als Lastgröße verwendeten transienten Temperaturfelder in eine strukturmechanische Simulation übergeben werden. Daraus lassen sich abschließend unter Wahl geeigneter mechanischer Randbedingungen Erkenntnisse über den verbleibenden Verzug und die Eigenspannungen aus dem Härteprozess gewinnen. Auch an dieser Stelle muss wiederum erwähnt werden, dass es sich um eine unidirektionale Kopplung handelt. Die Verformungen des Bauteils während des Prozesses haben ihrerseits prinzipiell einen Einfluss auf den elektromagnetischen Koppelspalt zum Induktor, was wiederum die induzierten Wärmeleistungen beeinflusst. Allerdings darf auch dieser Effekt durch die vorliegenden Bauteilsteifigkeiten und geometrischen Abmessungen in den meisten Analysen vernachlässigt werden.

Abbildung 4

Elektromagnetisch-thermisch bidirektionale Kopplung auf Systemebene