18.10.2021

Rasante Temperaturmessung im Stahl

Neuer Sensor misst kontaktlos Wärmeströme binnen Mikrosekunden.

Um Maschinen oder Werkzeuge herzustellen, braucht es Stahl. Die Bearbeitung, das Verformen und Pressen des Stahls erfolgen bei hohen Temperaturen. Zudem gilt es, die Temperatur während vieler Verarbeitungs­prozesse konstant zu halten und genau zu überwachen. Ist dies nicht der Fall, kann das zu fehlerhaften Bauteilen und hohen Kosten für die Nach­bearbeitung führen. Um dies zu verhindern und die Prozesse in der Stahlindustrie zu verbessern, entwickelt die Hochschule Landshut im Rahmen des Forschungsprojekts „AtoFurnance“ einen neuen berührungs­losen Temperatur­sensor. Dieser ermöglicht eine wesentlich schnellere und präzisere Messung als bisher.

Abb.: Das Herzstück des schnellen Temperatur­messsytems:...
Abb.: Das Herzstück des schnellen Temperatur­messsytems: ALTP-Prototypen­sensor mit Kühlsystem. (Bild: HS Landshut)

Das Forscherteam unter Leitung von Tim Rödiger von der Fakultät Maschinenbau will damit die Stahl­verarbeitung effizienter gestalten, die Material­qualität verbessern sowie Energie- und Produktions­kosten senken. Als Industriepartner beteiligen sich die beiden Unternehmen LKM electronic und automatic Klein. „Damit die Energiewende gelingen kann, ist es notwendig, die Energie­effizienz zu steigern und Einsparungen in energie­intensiven Branchen voranzutreiben“, so Rödiger. Bei der Stahlverarbeitung sieht er im neuen Messsystem daher großes Potenzial. Das Gerät auf der Basis von ALTP-Sensoren – Atomlagen­thermosäulen – ermöglicht die Messung von Temperaturen und Wärmeströmen in einer Zeitauflösung von Mikrosekunden und hebt sich damit von bisherigen Messgeräten ab. Der Sensor wird so modifiziert und kalibriert, dass er als Strahlungs­thermometer agiert. „Das funktioniert ähnlich wie bei einem Fieber­thermometer für die Stirn“, erklärt Rödiger, „wir messen damit die Oberflächen­temperatur, nur viel schneller und in viel größerer Entfernung.“

„Die schnelle und präzise Messung soll in Zukunft helfen, Abläufe in der Prozess­kette schneller und effizienter ablaufen zu lassen“, erläutert Rödiger. Langsame Prozessa­bläufe führen in der Regel dazu, dass viel Energie verloren geht, die Oberflächen oxidieren und sich die Qualität der Bauteile dadurch oftmals verschlechtert. Die Folge: Das Material muss entweder mechanisch mit viel Aufwand nachbearbeitet werden oder entspricht nicht den Qualitäts­anforderungen und wird als Ausschussware entsorgt. Beides kostet die Industrie viel Geld. Das neue Messgerät soll ermöglichen, die Vorgänge in den Stahlheiß­pressen zu optimieren und beispielsweise die Temperatur oder den Anpressdruck entsprechend anzupassen. Die Geschwindigkeit der Messung hat dabei einen unmittelbaren Einfluss auf die Material­qualität. „Damit könnten die Unternehmen ihre Kosten senken und gleichzeitig die Produkt­qualität erhöhen“, fasst Rödiger die Vorteile des neuen Messsystems zusammen. 

HS Landshut / JOL

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