Anwendungen
Wärmebehandlung: Schlüsseltechnologie für höchste Performance
Wärmebehandlungsöfen sind wichtige Industrieanlagen, die in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden: von den anspruchsvollsten Bereichen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zu den gängigsten Anwendungen in der Präzisionsmechanik und der Werkzeugherstellung. Diese Anlagen spielen eine entscheidende Rolle bei der Transformation metallischer Werkstoffe . Durch kontrollierte Zyklen aus Erwärmung und Abkühlung verändert das Metall seine innere Struktur und erhält die mechanischen und physikalischen Eigenschaften, die für hohe Leistung, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erforderlich sind.
Bedürfnisse:
Temperaturregelung des Wärmebehandlungsprozesses
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Digitale Erfassung der Prozessvariablen
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Sicherheitsschwelle für hohe Ofentemperaturen
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Steuerung der elektrischen Heizlasten
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Messung der Prozesstemperatur
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Bedürfnis:
Temperaturregelung des Wärmebehandlungsprozesses
Die Temperatur ist die kritischste Variable bei der Wärmebehandlung von Metallen.
Eine präzise und wiederholbare Regelung ist unerlässlich, um eine konstante und qualitativ hochwertige Produktion zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo die Genauigkeit Vorschriften wie AMS2750 und CQI-9 entsprechen muss.
In Durchlauföfen besteht das Temperaturregelsystem aus mehreren PID-Reglern, die jede einzelne Zone des Ofens genau steuern. Auf diese Weise wird das geforderte thermische Profil eingehalten, das die metallurgischen Eigenschaften des Endprodukts definiert — und damit dessen Normkonformität sicherstellt.
Lösung:
Der PID-Regler 1850 ist die ideale Lösung für die präzise und zuverlässige Temperaturregelung industrieller Öfen.
Dank seines hoch effizienten Regelalgorithmus gewährleistet er die Einhaltung der thermischen Spezifikationen der behandelten Materialien.
Die AMS2750- und CQI-9-Zertifizierungen machen ihn besonders geeignet für Anwendungen in der Luftfahrt- und Automobilindustrie, wo ein sehr hohes Maß an Temperaturgenauigkeit gefordert ist.
Hauptmerkmale:
- Steuerausgänge für SSR und motorisierte Ventile;
- Farb-LCD-Display;
- Ethernet- und serielle Konnektivität (Master/Slave);
- Mehrsprachige Diagnosemeldungen;
- Logik- und mathematische Funktionen.
Bedürfnis:
Digitale Erfassung der Prozessvariablen
Die Aufzeichnung der Temperaturen während der Wärmebehandlung ist unerlässlich, um die Qualität und Sicherheit der behandelten Materialien zu gewährleisten. Eine lückenlose Dokumentation stellt sicher, dass der Prozess den geforderten Spezifikationen entspricht und keine Abweichungen oder Fehler im Endprodukt auftreten.
Darüber hinaus ist die Temperaturerfassung eine grundlegende Voraussetzung für die Einhaltung von Vorschriften und Industriestandards wie AMS2750 und CQI-9, die insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie sehr streng sind. Dieser Prozess ermöglicht auch die vollständige Rückverfolgbarkeit jedes Produktionsloses und garantiert damit maximale Prozesssicherheit.
Lösung:
Gefran bietet für die Aufzeichnung von Temperaturvariablen den Multifunktionsregler 3850T an. Dieser integriert eine leistungsstarke Datenerfassungsfunktion, die vollständig mit AMS2750 und CQI-9 konform ist.
Dank der integrierten Echtzeituhr können Prozessdaten, digitale Ein-/Ausgänge und Alarmzustände sicher gespeichert und rückverfolgbar exportiert werden.
Hauptmerkmale:
- Grafische Touchscreen-Oberfläche;
- Speicherung im offenen oder verschlüsselten Format;
- Datenexport lokal oder über Ethernet;
- Export im CSV- oder PDF-Format;
- Fernzugriff über VNC.
Bedürfnis:
Sicherheitsschwelle für hohe Ofentemperaturen
Um die Anlage und das Bedienpersonal bei Übertemperatur zu schützen, sind spezielle Sicherheitseinrichtungen erforderlich.
Ein Temperaturanstieg über den zulässigen Grenzwert kann Heizelemente, Sensoren oder feuerfeste Auskleidungen beschädigen und zu Brand-, Explosions- oder mechanischen Risiken führen.
Bei einem Ausfall des Primärregelsystems lösen die Sicherheitsgeräte automatisch Alarme aus und schalten die Anlage ab, um Schäden zu verhindern.
In den USA schreibt die Norm Factory Mutual (FM) den Einsatz zertifizierter Sicherheitsindikatoren vor.
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Die Sicherheitsanzeigen 650L (Format 48×48) und 1250L (48×96) sind FM-zertifizierte Geräte zur zuverlässigen Erkennung von Übertemperaturen. Sie lösen ein Sicherheitssignal aus, das den Ofen in einen sicheren Zustand versetzt.
Um die Installation und Verwendung zu vereinfachen, werden sie werkseitig betriebsbereit geliefert, einschließlich einer Alarmspeicherfunktion, die vom Bediener bestätigt werden muss. Die Bestätigung kann über eine spezielle Taste an der Vorderseite (rote R-Taste), einen optionalen Digitaleingang oder eine serielle Schnittstelle erfolgen. Das LCD-Display zeigt klare Meldungen an, die den Bediener bei der Ermittlung des Anlagenstatus unterstützen und so ein einfaches und sofortiges Eingreifen ermöglichen.
Hauptmerkmale:
- FM-Zertifizierung für den Einsatz als Sicherheitsindikator;
- Standard-Industrieformate: 48×48 (650L) und 48×96 (1250L);
- Alarm-Speicherfunktion mit Quittierung durch den Bediener;
- Hochauflösendes LCD-Display;
- Werkseinstellungen für sofortige Inbetriebnahme;
- Alarmquittierung per Fronttaste, Digitaleingang oder serielle Schnittstelle.
Bedürfnis:
Steuerung der elektrischen Heizlasten
In der elektrischen Wärmebehandlung ist die Leistungssteuerung entscheidend, um eine gleichmäßige Temperatur, Energieeffizienz und Prozessstabilität sicherzustellen.
Systeme müssen sich flexibel an unterschiedliche Lasttypen — von linearen Heizungen bis zu Transformatorlasten — anpassen können. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind Lösungen erforderlich, die eine flexible Konfiguration, erweiterte Diagnosefunktionen für die vorausschauende Wartung und Kompatibilität mit den neuesten Kommunikationsprotokollen bieten.
Eine effektive I/O-Integration ermöglicht die Verwaltung von Signalen, von der Weiterleitung von Befehlen bis zur Überwachung von Prozessvariablen.
Schließlich macht die Notwendigkeit von Installationen auf engem Raum kompakte und robuste Systeme unverzichtbar, die Sicherheit, Effizienz und eine Reduzierung der Anlagenstillstände gewährleisten.
Für elektrische Heizsysteme mit Temperaturen über 1000 °C bietet Gefran die Power-Controller-Serie GRC an — intelligente Geräte, die die elektrische Leistung präzise und effizient steuern.
Hauptmerkmale:
- Stromstärken von 25 bis 150 A;
- Ein-, zwei- und dreiphasige Konfigurationen;
- Konfigurierbare Steuerungsmodi;
- Integrierte Diagnose;
- Feldbus-Konnektivität.
Bedürfnis:
Messung der Prozesstemperatur
Die Temperatur ist die kritischste Variable in der Wärmebehandlung und muss präzise überwacht werden, um mechanische Eigenschaften, Qualitätsstandards und Prozesssicherheit sicherzustellen.
Temperatursensoren müssen stabil, zuverlässig und beständig gegenüber hohen Temperaturen und aggressiven Prozessatmosphären — z. B. bei der Nitrierung — sein.
Die Wahl des Schutzmantels (meist Edelstahl oder Inconel) ist entscheidend für die Lebensdauer und Messqualität.
Die Thermoelemente der Serie TC6M sind eine ideale Lösung für Wärmebehandlungsanwendungen mit Temperaturen bis zu 1000 °C. Die Möglichkeit, den Thermoelementtyp, den Messbereich, die Einbaulänge und das Mantelmaterial zu wählen, ermöglicht eine große Vielseitigkeit im Einsatz. Beispielsweise eignet sich ein Mantel aus Edelstahl AISI 316 für mittlere Temperaturen in nicht aggressiven Umgebungen, während die Legierung INCONEL 600 (auf Nickel-Chrom-Eisen-Basis) aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber reaktiven Gasen besser für hohe Temperaturen in aggressiven Umgebungen geeignet ist.
Hauptmerkmale:
- Messbereich bis 1000 °C;
- Schutzmantel aus AISI 316 oder INCONEL 600, je nach Prozessatmosphäre;
- Hohe Stabilität und Messgenauigkeit auch unter extremen thermischen Bedingungen.
Das Funktionsprinzip:
Kontinuierliche Öfen sind im Bereich der Wärmebehandlung besonders verbreitet und geschätzt, da sie eine sehr hohe Produktivität ermöglichen – insbesondere bei der Verarbeitung großer Stückzahlen.
In diesen Anlagen werden die Werkstücke in einem kontinuierlichen Fluss durch die Heizkammer transportiert. Durchlauföfen bestehen aus einem isolierten Tunnel, der in mehrere unabhängige Heizzonen unterteilt ist, und einem Förderband- oder Schubsystem, das den Transport des Materials innerhalb der Anlage ermöglicht und einen unterbrechungsfreien und effizienten Wärmebehandlungsprozess gewährleistet. Mit Prozesstemperaturen von bis zu 1000 °C eignen sich kontinuierliche Öfen für ein breites Spektrum an Wärmebehandlungen wie Härten, Glühen, Anlassen oder Normalisieren.
Jeder Prozess folgt einem exakt definierten Temperaturprofil,das durch den Durchlauf des Materials durch die verschiedenen einzeln geregelten Temperaturzonen erreicht wird, eine grundlegende Eigenschaft, um die gewünschten metallurgischen Eigenschaften zu erzielen.
Anforderungen und Technologie:
In der Wärmebehandlung ist die Temperatur der entscheidende Parameter: Sie muss mit absoluter Präzision und hoher Stabilität geregelt werden, um reproduzierbare und normkonforme Ergebnisse zu erzielen.
Aus diesem Grund setzen moderne Anlagen auf fortschrittliche PID-Regler mit optimierten Algorithmen und Autotuning-Funktionen, die die Steuerung vereinfachen und eine effiziente, intuitive Prozessführung ermöglichen.
Die Erwärmung kann über elektrische Heizelemente oder Gasbrenner erfolgen:
Bei elektrischer Beheizung kommuniziert der Regler mit Power Controllern, die die Energiezufuhr äußerst präzise modulieren.
Bei Gasbrennern steuert er direkt die Gasventile – für maximale Reaktionsschnelligkeit und Sicherheit.
Neben der Regelung ist das Aufzeichnen und Überwachen des Temperaturverlaufs unerlässlich – vor allem in Branchen wie Luft- und Raumfahrt sowie Automotive, in denen Prozesstransparenz und Rückverfolgbarkeit zwingende Qualitätsanforderungen sind.
Um die Anlage und das Bedienpersonal zu schützen, müssen zudem Sicherheitsvorrichtungen integriert werden, etwa Übertemperaturschutzsysteme, die bei kritischen Bedingungen sofort eingreifen.
