Temperaturregelkreislösungen: Ein Weg zu verbesserter Leistung, Nachhaltigkeit und Compliance in der Wärmebehandlung

Wärmebehandlungsverfahren sind eine entscheidende Komponente vieler Fertigungsprozesse, und Temperaturregelkreise finden aufgrund der mit ihnen erreichbaren besseren Temperaturregelung und konsistenten Ergebnisse zunehmend breitere Anwendung. Vielen OEMs entgehen jedoch Gelegenheiten, wo Temperaturregelkreislösungen mehr als nur ein größeres Maß an Kontrolle bieten.

In diesem Artikel untersuchen Peter Sherwin, Leiter der globalen Geschäftsentwicklung für Wärmebehandlung und Thomas Ruecker, Leiter der Geschäftsentwicklung für Wärmebehandlung, bei dem Anbieter von Industrieheiztechnik Watlow, die von Temperaturregelkreislösungen gebotenen Möglichkeiten.

Thomas Ruecker

Peter Sherwin

Bei einem Temperaturregelkreis handelt es sich um ein geschlossenes System, das mehrere maßgebliche Komponenten wie Stromversorgung, Leistungsregler, Heizelement, Temperatursensor und Prozesssteuerung umfasst. Die Stromversorgung stellt die zum Heizen benötigte Energie bereit, der Leistungsregler regelt die Leistungsabgabe an das Heizelement, das Heizelement erwärmt das Material und der Temperatursensor misst die Temperatur. Die Prozesssteuerung regelt schließlich die zur Beibehaltung der Solltemperatur über die vorgegebene Zeitdauer benötigte Leistungsabgabe und bewirkt eine bessere Temperaturregelung sowie konsistente Resultate.

Leistungsvorteile

Der Einsatz von Temperaturregelkreisen bei der Wärmebehandlung bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren, unter anderem eine verbesserte Temperaturregelung und höhere Effizienz. Ein Temperaturregelkreis ermöglicht eine präzise Temperaturregelung, was in kürzeren Heiz- und Kühlzyklen sowie optimierten Haltezeiten resultiert. Energieeffiziente Heiztechnik und eine insgesamt einfachere Bedienbarkeit sind weitere Merkmale moderner Temperaturregelkreislösungen.

Für die Bereitstellung von Echtzeit-Leistungsdaten lassen sich Temperaturregelkreise auch mit Industrie 4.0 Frameworks und Datenmanagementsystemen integrieren. Die Kombination von KI und Maschinenlernalgorithmen kann weitere Vorteile bieten, wie zum Beispiel die Möglichkeit der Datenanalyse und Identifizierung von Mustern für eine weitere Optimierung.

Die Wirksamkeit von Temperaturregelkreislösungen für die Wärmebehandlung lässt sich anhand von Metriken wie etwa der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE) quantifizieren. OEE kombiniert Metriken für Verfügbarkeit, Leistung und Qualität für das Angebot einer umfassenden Sicht der Effizienz eines Fertigungsprozesses. Die Verfolgung der OEE- und kontextuellen Daten ermöglicht Unternehmen die Bewertung ihrer zur Wärmebehandlung eingesetzten Temperaturregelkreislösungen und erlaubt ihnen, fundierte Entscheidungen zur Optimierung ihrer Betriebsabläufe zu treffen.

Förderung von Nachhaltigkeit

Der Einsatz von Temperaturregelkreisen bei der Wärmebehandlung bietet eine Reihe von Vorteilen im Hinblick auf Nachhaltigkeit, zum Beispiel einen reduzierten Energieverbrauch und geringere Verluste. Der Leistungsregler regelt die Energieabgabe zur Minimierung von Energieverschwendung, und die mögliche Integration mit erneuerbaren Energiequellen reicht vom Elementdesign bis hin zum Recycling. Temperaturregelkreise stellen in Kombination mit dem Isolationsdesign und der Materialwahl energieeffiziente Lösungen bereit, die zur Nachhaltigkeit beitragen und die Umweltauswirkungen von Wärmebehandlungsprozessen mindern.

Bei der Betrachtung dieser Systeme im Kontext von Treibhausgasemissionen und Umweltauswirkungen ist die Erwägung von Scope 1 (direkte Emissionen), 2 (indirekte Emissionen aus Energie) und 3 (sonstige indirekte Emissionen) sowie dem weniger häufigen Scope 4 (vermiedene Emissionen) wichtig.

Eurotherm EPower Advanced SCR Controller — Eurotherm EPower Thyristorsteller mit Lastmanagementprognose

Auf Komponentenebene sind Energieeinsparungen mithilfe gegenwärtiger Technologie realisierbar. Fortschrittliche Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR) bieten prädiktive Verwaltungsfunktionen, und Hybridheizungsalgorithmen tragen mit der Optimierung des Energieverbrauchs von Wärmebehandlungsprozessen zur Nachhaltigkeit bei. Diese SCR-Verfahren ermöglichen die Echtzeit-Überwachung und -Regelung des Energieverbrauchs, während prädiktive Lastmanagementsysteme spezifische Algorithmen für die Handhabung von Spitzenlasten und die Optimierung für lokale Bedingungen wie Lastabwurf oder Lastteilung nutzen.

ATS-Lösungen (Adaptive Thermal System) sind die nächste Front für Temperaturregelkreislösungen. Watlow verfügt über jahrzehntelange Erfahrung mit thermischen Systemen, um Ingenieuren und Designern zu helfen, ATS-Technologie in eine Vielzahl von industriellen Prozessen und Produkten zu integrieren.

ATS, das Sensorik-, Heizungs- und Steuerungstechnologien kombiniert, folgt einem neuen und innovativeren Ansatz zur Regelung der thermischen Leistung komplexer Systeme und bietet ein einheitliches Design des Heizungs- und Regelsystems.

Regelkonformität

NADCAP, das National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program, ist ein industrieverwaltetes Akkreditierungsprogramm für spezielle Prozesse in der Luft-und-Raumfahrt- und Rüstungsindustrie. Die Wärmebehandlung wird im Rahmen von NADCAP als ein „spezieller Prozess“ betrachtet, da sie spezifische, für die Luft-und-Raumfahrt- und Rüstungsindustrie entscheidende Merkmale aufweist. Bei diesen Merkmalen handelt es sich unter anderem um Prozesssensibilität, begrenzte Rückverfolgbarkeit, kritische Leistungsanforderungen und potenzielle Risiken.

Die NADCAP-Akkreditierung für Wärmebehandlung gewährleistet die Einhaltung von Industriestandards und bewährten Praktiken für Wärmebehandlungsprozesse durch die Lieferanten. Der Akkreditierungsprozess umfasst Audits, ausführliche Dokumentation und die fortlaufende Überwachung der Prozessregelung zur Wahrung hoher Qualitäts-, Sicherheits- und Leistungsniveaus.

Die AMS2750™G-Pyrometriespezifikation der Luft- und Raumfahrtindustrie und die Bestimmungen nach CQI-9 Issue 4 der Automobilindustrie sind für die Gewährleistung konsistenter und hochwertiger wärmebehandelter Teile von entscheidender Bedeutung. Die Einhaltung dieser Bestimmungen ist maßgeblich für die Erfüllung der strengen Qualitätsanforderungen der Luft-und-Raumfahrt- und der Automobilindustrie sowie anderer Branchen mit anspruchsvollen Spezifikationen.

Sowohl AMS2750™G als auch CQI-9 Issue 4 unterstreicht die Bedeutsamkeit kontinuierlicher Verbesserungen und fordert von Herstellern die Etablierung eines Systems für die Überwachung, Messung und Analyse der Leistung ihrer Wärmebehandlungssysteme. Dieser Entwicklungsprozess ermöglicht Herstellern die Identifizierung verbesserungsfähiger Bereiche und die Implementierung von Korrekturmaßnahmen, um die fortlaufende Verbesserung von Wärmebehandlungsprozessen und die Erfüllung der nötigen Leistungs- und Sicherheitsstandards zu gewährleisten.

Die Einbeziehung dieser Bestimmungen in einen Präzisionsregelkreis ermöglicht die Realisierung von Temperaturregelkreislösungen für die Wärmebehandlung, die das erforderliche Maß an Kontrolle bereitstellen und die Konformität mit AMS2750™G und CQI-9 Issue 4 gewährleisten und so in der Produktion hochwertiger, wärmebehandelter Bauteile resultieren, welche die geforderten Leistungs- und Sicherheitsstandards erfüllen.

Der Einsatz von Temperaturregelkreisen bei der Wärmebehandlung bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren, unter anderem eine verbesserte Temperaturregelung, höhere Effizienz und bessere Nachhaltigkeit. Die Integration mit Industrie 4.0 und Datenverwaltungssystemen sowie die Nutzung von OEE-Metriken tragen weiter zur Leistungssteigerung von Wärmebehandlungsprozessen bei. Temperaturregelkreislösungen wird im Zuge des fortschreitenden digitalen Wandels von Industrie 4.0 eine zunehmend wichtige Rolle in der zukünftigen Wärmebehandlung zufallen.

Die vollständige Fassung dieses Artikels erschien am 30. Juni 2023 auf energylive.com