Wärmebehandlungsprozesse sind ein entscheidender Bestandteil vieler Herstellungsprozesse, und thermische Kreislauflösungen sind immer beliebter geworden, um eine verbesserte Temperaturregelung und konsistente Ergebnisse zu erzielen. Aber viele OEMs verpassen Möglichkeiten, bei denen thermische Regelkreislösungen mehr bieten als nur eine größere Regelung. In diesem Artikel erforschen Peter Sherwin und Thomas R ücker, Lieferant der industriellen Heiztechnik Watlow, die Möglichkeiten von thermischen Kreislauflösungen.
Eine thermische Regelkreislösung ist ein geschlossenes Regelkreissystem mit mehreren wesentlichen Komponenten, einschließlich einer elektrischen Stromversorgung, einem Leistungsregler, einem Heizelement, einem Temperatursensor und einem Prozessregler. Die elektrische Stromversorgung liefert die zum Heizen benötigte Energie, der Leistungsregler regelt die Leistungsabgabe an das Heizelement, das Heizelement erwärmt das Material und der Temperatursensor misst die Temperatur. Schließlich passt der Prozessregler den Leistungsausgang an, um die gewünschte Temperatur für die angegebene Dauer beizubehalten, was eine bessere Temperaturregelung und konsistente Ergebnisse bietet.
Leistungsvorteile
Wärmebehandlungs-Thermokreislauflösungen bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Wärmebehandlungsmethoden, einschließlich verbesserter Temperaturregelung und erhöhter Effizienz. Das thermische Regelkreissystem bietet präzise Temperaturregelung, ermöglicht schnelleres Heizen und Kühlen und optimierte Einweichzeiten. Darüber hinaus umfasst das komplette Design moderner thermischer Kreislauflösungen energieeffizientes Heizen und allgemeine Benutzerfreundlichkeit.
Thermoschleifenlösungen können auch in Industrie 4.0-Frameworks und Datenmanagementsysteme integriert werden, um Echtzeitinformationen zur Leistung zu liefern. Die Kombination von KI- und maschinellen Lernalgorithmen kann auch zusätzliche Leistungsvorteile bieten, wie z. B. die Fähigkeit, Daten zu analysieren und Muster zur weiteren Optimierung zu identifizieren.
Abb. 1. Watlow Industrie 4.0-Lösung
Die Effektivität von Wärmebehandlungs-Thermoschleifenlösungen kann anhand von Metriken wie der Gesamtanlageneffektivität (OEE) gemessen werden. OEE kombiniert Metriken für Verfügbarkeit, Leistung und Qualität, um einen umfassenden Überblick über die Effizienz eines Herstellungsprozesses zu erhalten. Durch die Verfolgung von OEE- und Kontextdaten können Unternehmen die Effektivität ihrer Wärmebehandlungs-Thermokreislauflösungen bewerten und fundierte Entscheidungen über die Optimierung ihres Betriebs treffen.
Nachhaltigkeit unterstützen
Wärmebehandlungs-Thermokreislauflösungen bieten mehrere Nachhaltigkeitsvorteile, einschließlich reduziertem Energieverbrauch und Abfall. Der Leistungsregler reguliert die Leistungsabgabe, um Energieverschwendung zu minimieren, und die mögliche Integration in erneuerbare Energiequellen bietet eine komplette Energielösung, die vom Elementdesign bis zum Recycling reicht. Die thermischen Kreislauflösungen in Kombination mit Isolierungsdesign und -materialien bieten energieeffiziente Lösungen, die zur Nachhaltigkeit beitragen und die Umweltauswirkungen von Wärmebehandlungsprozessen reduzieren.
Bei der Diskussion dieser Systeme im Zusammenhang mit Treibhausgasemissionen und den Umweltauswirkungen ist es wichtig, Scope 1 (direkte Emissionen), 2 (indirekte Emissionen aus Energie) und 3 (andere indirekte Emissionen) sowie den weniger verbreiteten Scope 4 (vermeidbare Emissionen) zu berücksichtigen.
Auf Komponentenebene können Energieeinsparungen mit der aktuellen Technologie realisiert werden. Advanced Selective Catalytic Reduction (SCRs) bieten prädiktive Lastmanagementfunktionen und hybride Brennalgorithmen tragen zur Nachhaltigkeit bei, indem sie den Energieverbrauch von Wärmebehandlungsprozessen optimieren. Diese SCRs bieten Echtzeit-Überwachung und Steuerung des Energieverbrauchs, während prädiktive Lastmanagementsysteme spezifische Algorithmen verwenden, um Spitzenlasten zu verwalten und sich an lokale Bedingungen wie Lastabwurf oder Lastverteilung anzupassen.
Abb. 2. Eurotherm EPower™ Predictive Load Management.
Lösungen für adaptive thermische Systeme (ATS) sind die nächste Grenze der thermischen Regelkreislösungen. Watlow verfügt über jahrzehntelange Erfahrung mit thermischen Systemen , um Ingenieuren und Designern zu helfen, die ATS-Technologie in eine Vielzahl von industriellen Prozessen und Produkten zu integrieren.
ATS, das Sensor-, Heiz- und Steuerungstechnologien kombiniert, stellt einen anderen und innovativeren Ansatz zur Regelung der thermischen Leistung für komplexe Systeme dar und bietet ein fusioniertes Design zwischen Heiz- und Steuerungssystemen.
Abb. 3. Watlow Adaptive Thermal Systems (ATS ™).
Einhaltung gesetzlicher Vorschriften
NADCAP, das National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program, ist ein branchenorientiertes Programm, das Akkreditierung für spezielle Prozesse in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie bietet. Die Wärmebehandlung wird unter NADCAP als „besonderer Prozess“ betrachtet, da sie spezifische Eigenschaften aufweist, die für die Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungskomponenten von entscheidender Bedeutung sind. Diese Eigenschaften umfassen Prozessempfindlichkeit, begrenzte Rückverfolgbarkeit, kritische Leistungsanforderungen und potenzielle Risiken.
Die NADCAP-Wärmebehandlungsakkreditierung stellt sicher, dass Lieferanten die Industriestandards und Best Practices für Wärmebehandlungsprozesse erfüllen. Der Akkreditierungsprozess umfasst Audits, gründliche Dokumentation und laufende Prozesskontrollüberwachung, um hohe Qualitäts-, Sicherheits- und Leistungsniveaus aufrechtzuerhalten.
Die AMS2750TMG Pyrometrie-Spezifikation der Luft- und Raumfahrtindustrie und die CQI-9 Issue-4-Vorschriften der Automobilindustrie sind entscheidend für die Gewährleistung konsistenter und hochwertiger wärmebehandelter Komponenten. Die Einhaltung dieser Vorschriften ist unerlässlich, um die strengen Qualitätsanforderungen der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie sowie anderer Branchen mit anspruchsvollen Spezifikationen zu erfüllen.
Die kontinuierliche Verbesserung wird auch durch AMS2750G und CQI-9 Ausgabe 4 betont, wonach Hersteller ein System zur Überwachung, Messung und Analyse der Leistung ihrer Wärmebehandlungssysteme einrichten müssen. Diese Entwicklung ermöglicht es den Herstellern, Verbesserungsbereiche zu identifizieren und Korrekturmaßnahmen zu implementieren, um sicherzustellen, dass sich die Wärmebehandlungsprozesse kontinuierlich verbessern und die notwendigen Leistungs- und Sicherheitsstandards erfüllen.
Durch die Integration dieser Regelungen in einen Präzisionsregelkreis können thermische Regelkreislösungen die notwendige Steuerungsebene bieten und die Einhaltung von AMS2750G und CQI-9 Ausgabe 4 gewährleisten, was zur Herstellung hochwertiger, wärmebehandelter Komponenten führt, die die erforderlichen Leistungs- und Sicherheitsstandards erfüllen.
Wärmebehandlungs-Thermokreislauflösungen bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Wärmebehandlungsmethoden, einschließlich verbesserter Temperaturregelung, erhöhter Effizienz und verbesserter Nachhaltigkeitsergebnisse. Die Integration mit Industrie 4.0 und Datenmanagementsystemen sowie die Verwendung von OEE-Metriken tragen zur Verbesserung der Leistung von Wärmebehandlungsprozessen bei. Während sich die digitale Transformation von Industrie 4.0 ständig weiterentwickelt, werden thermische Kreislauflösungen für die Wärmebehandlung eine immer wichtigere Rolle in der Zukunft der Wärmebehandlung spielen.
Peter Sherwin und Thomas Ruecker sind bei Watlow