Temperatur­messung beim Induktions­härten

Um beim Induktionshärten bestmögliche Resultate zu erhalten, wird das metallische Werkstück schnell für einen definierten Zeitraum über ein mehrstufiges Temperaturprofil erhitzt und dann mit einer Kühlflüssigkeit abgeschreckt. Hierbei spielen Genauigkeit und Stabilität der benötigten Prozesstemperatur vor dem Abschrecken eine entscheidende Rolle zur Gewährleistung einer hohen Qualität, z. B. des gewünschten Härtegrades eines zu bearbeitenden Bauteils.

Grundsätzlich müssen beim sogenannten Oberflächenhärten von Präzisionsteilen aus Stahl, Stahlguss oder Gusseisen folgende Aufgabenstellungen erfüllt werden:

• Das Werkstück muss an allen gewünschten Stellen die entsprechende Härte erreichen
• Die gewünschte bzw. notwendige Härtetiefe muss erreicht werden
• Das Werkstück darf nicht beschädigt werden
• Der Verzug des Werkstückes soll so gering wie möglich sein
• Der Prozess soll in einer möglichst kurzen Zeit erfolgen
• Die Ergebnisse müssen reproduzierbar sein

Die Kontrolle und Steuerung der Temperatur spielt eine entscheidende Rolle für das Erreichen dieser Ziele. Während eine zu tiefe Temperatur zu einer zu geringen Oberflächenhärte  führt, kann eine zu hohe Temperatur das Werkstück beschädigen. Auch die Dauer der induktiv eingekoppelten Energie, sprich Temperatur, ist von entscheidender Bedeutung.

Der Erwärmungsprozess sowie der korrespondierende Energiebedarf kann durch den Einsatz von berührungsloser Temperaturmessung und entsprechender Regler optimiert werden. Für die Optimierung der Induktionsleistung und Heizgeschwindigkeit haben sich Thermografiekameras bewährt, da diese das Temperaturprofil des Werkstücks während der Aufwärmphase exakt messen können.

Zur Erreichung einer hohen Wiederholgenauigkeit beim Induktionshärten werden Pyrometer mit schnellster Erfassungszeit zur Überwachung des laufenden Produktionsprozesses sowie Regler zur Steuerung der Induktionsleistung eingesetzt.

Somit kann durch den kombinierten Einsatz von Pyrometern, Wärmebildkameras und schnellen Reglern zur Temperaturüberwachung und Prozesskontrolle die Qualität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit von zahlreichen Wärmebehandlungsprozessen optimiert werden.

Temperaturmessbereich zwischen 300 und 1200 °C

Die Verwendung von Pyrometer mit einem kurzwelligen Spektralbereich wird empfohlen. Folgende Auswahl an Pyrometer mit unterschiedlichen Optiken, Messfeldgrößen und Erfassungszeiten stehen zur Verfügung:

MIKRON Wärmebildkameras für die Temperaturmessung in Härtereiprozessen ab 600 °C.

•  MCS640 Series

Folgende Pyrometer mit unterschiedlichen Optiken, Messfeldgrößen und Erfassungszeiten sind für Applikationen mit Temperaturen ab 50 °C geeignet:

MIKRON Wärmebildkameras für die Temperaturmessung in Härtereiprozessen ab 150 °C.

•  MC320 Series

Z.B. bei unbekanntem oder sich änderndem Emissionsgrad des Messobjektes, einem Messobjekt, das kleiner ist als das Messfeld des Pyrometers, sich während der Messung bewegendem Messobjekt oder Messung durch Wasserdampf, Rauch oder Staub.

Einsatz von Quotientenpyrometern empfohlen bzw. nötig:

Die Optikköpfe der Lichtleiterpyrometer sind bis 250 °C Umgebungstemperatur einsetzbar. Sie sind ferner unempfindlich gegen elektromagnetische Strahlung und können daher problemlos in unmittelbarer Nähe des Induktors eingesetzt werden. Die kleine Bauform ermöglicht Messungen an schwer zugänglichen Orten und sehr nahes Anbringen am Werkstück. Lichtleiterlänge bis zu 30 Meter.

Lichtleiterpyrometer:

Der Induktionsprozess und die Leistung von Induktionsgeneratoren können z. B. mit digitalen IMPAC Pyrometer in Kombination mit dem extrem schnellen, digitalen, programmierbaren PID-Regler PI 6000 gesteuert werden. Dieser extrem schnelle Regler (Abtastzeit von nur 250 µs) wurde speziell für Anwendungen, bei denen eine schnelle Temperaturerfassung und Steuerung erforderlich sind wie z.B. bei Induktionshärteverfahren, entwickelt.

• PI 6000

IMPAC Pyrometer zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus: