Prozessüberwachung und Regelung von Niederdruck-Aufkohlungsprozessen∗
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H. Altena
Kurzfassung
Derzeit werden Niederdruck-Aufkohlungen nach vorgegebenen, rechneroptimierten Behandlungsprogrammen gesteuert. Dies stellt eine gewisse Beschränkung bei der Prozessüberwachung und Qualitätssicherung dar, da bislang keine In-situ-Kontrolle des Kohlungsprozesses möglich war. Unzureichende Aufkohlung auf Grund fehlerhafter Begasung konnte demnach während des Prozesses weder erkannt noch korrigiert werden.
Es wird über die Entwicklung eines Niederdruck-Kohlungssensors berichtet, der den Umsetzungsgrad von Acetylen durch Messung der Wasserstoffkonzentration im Reaktionsraum bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die Wasserstoffkonzentration erheblich von der Chargenoberfläche, der Beladungsdichte, der Behandlungstemperatur und der Begasungsmenge abhängig ist. Die gefundenen Zusammenhänge erlauben eine Prozesskontrolle sowie Prozessregelung der Niederdruck-Aufkohlung. Durch den vorgestellten Niederdruck-Sensor wird somit erstmals eine In-situ-Überwachung der Pyrolysereaktion bei der Niederdruck-Aufkohlung ermöglicht, was einen wesentlichen Fortschritt in der Qualitätssicherung von Niederdruck-Prozessen darstellt. Weiter lassen sich durch die Wasserstoffmessung Rückschlüsse auf die Reaktion an der Bauteiloberfläche ziehen und Probleme bei der Aufkohlung erkennen bzw., über die Regelung der Begasungsmenge, vermeiden.
Abstract
Today computer optimized, prefixed temperature profiles and gasifying amounts are used for low pressure carburizing (LPC) processes. Monitoring and process control are limited since no in-situ control of the carburizing reaction can be done up to now. Insufficient carburizing due to incorrect gasifying or insufficient process gas flow cannot be recognized nor corrected.
The development of a LPC probe will be reported, which allows controlling the decomposition rate of acetylene by means of hydrogen-measurement in the furnace. It will be shown that the hydrogen-concentration is significantly depending on the surface of the load, the load density, the temperature and the gas flow of the carburizing media. The correlations which were found allow the closed-loop control of LPC processes. The hydrogen-probe enables an in-situ monitoring of the pyrolysis of the process gas, leading to an important improvement in quality control of LPC processes. Furthermore the hydrogen-concentration allows a drawback to the carburizing behaviour of the parts' surface, finds out possible carburizing problems respectively helps to avoid these by regulation of the gasifying amount in a closed loop.
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© 2006, Carl Hanser Verlag, München
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