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Wärmebehandlungen - Instrumentierung, TUS und SAT (AMS2750, CQI-9)

Was sind Wärmebehandlungen und wofür werden diese benötigt?

Wärmebehandlungen sind Verfahren, bei denen Werkstücke kontrolliert erwärmt und anschließend wieder abgekühlt werden, um gezielt Einfluss auf deren Materialeigenschaften zu nehmen. Diese Techniken werden vielseitig eingesetzt, insbesondere bei metallischen Werkstoffen, aber auch bei Kunststoffen.

Zu den vielfältigen Wärmebehandlungsverfahren gehören unter anderem das Temperieren, Weichglühen oder auch das Ausscheidungshärten. Unabhängig vom gewählten Verfahren ist die präzise Temperaturkontrolle von entscheidender Bedeutung, da sie die resultierenden Materialeigenschaften maßgeblichen beeinflusst.

Die Wärmebehandlung eines Materials stellt häufig einen der letzten Schritte im Produktionsprozess dar. Fehlgeschlagene Wärmebehandlungen können daher erhebliche Kosten verursachen. Regelmäßige Kontrollen der Wärmebehandlungsprozesse gewährleisten die gleichbleibende Qualität der Produkte, reduzieren die Ausschussquote und vermeiden so unnötige Mehrausgaben.

Kalibrierung nach AMS2750 und CQI-9

In Branchen wie der Luftfahrt und der Automobilindustrie sind Wärmebehandlungen besonders verbreitet. Daher existieren spezielle Standards zur Kontrolle dieser Prozesse.

Zu den am häufigsten genutzten Standards gehören die AMS2750 (Aerospace Material Specifications) für die Luftfahrt und CQI-9 (Heat Treat System Assessment) für die Automobilindustrie. Beide Spezifikationen stellen Anforderungen an die Instrumentierung der Wärmebehandlungsanlagen, sowie an die Prüfung der Temperaturgleichmäßigkeit (Temperature Uniformity Survey, TUS) und der Systemgenauigkeit (System Accuracy Test, SAT).

Instrumentierung

Die Spezifikation AMS2750 definiert fünf Instrumentierungstypen, die jeweils den Einsatz bestimmter Sensoren sowie Mess- und Regeleinrichtungen erfordern. Außerdem legt sie sechs Ofenklassen fest, die sowohl die Toleranzen der Temperaturgleichmäßigkeit als auch die Güte der eingesetzten Instrumentierung bestimmen.

Im Gegensatz zur AMS2750 stellt die Spezifikation CQI-9 zwar weniger strenge Anforderungen an die Instrumentierung, dennoch bleibt die präzise Kalibrierung der Mess- und Regeleinrichtungen auch hier von entscheidender Bedeutung. Die Kalibrierungsfrequenzen und Anforderungen an die Messgenauigkeit sind abhängig vom jeweiligen Wärmebehandlungsverfahren und werden in detaillierten Prozesstabellen festgelegt.

Sowohl die AMS2750 als auch die CQI-9 schreiben vor, dass der Dienstleister für die Kalibrierungen über eine Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025 verfügen muss.

Als akkreditiertes Kalibrierlabor erfüllen wir diese Anforderung und übernehmen die Kalibrierung Ihrer Instrumente, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit Ihrer Mess- und Regeleinrichtungen sicherzustellen. Bei Abweichungen außerhalb der Spezifikation führen wir zudem eine Justage durch.

Temperaturgleichmäßigkeitsprüfung (TUS)

Bei der Wärmebehandlung von Bauteilen für die Automobil- und Luftfahrtindustrie ist der Nachweis einer gleichmäßigen

Temperaturverteilung in der Wärmebehandlungsanlage von größter Bedeutung. Um Temperaturschwankungen im Nutzraum der Anlage zu identifizieren, werden Temperaturgleichmäßigkeitsprüfungen durchgeführt.

Die TUS-Messung kann sowohl im beladenen als auch im unbeladenen Zustand durchgeführt werden. Dabei ist es entscheidend, dass die Messbedingungen während der Prüfung möglichst genau den normalen Prozessbedingungen entsprechen. Die Anzahl, Einbauposition und Einbauart der Temperaturfühler werden durch die Abmessungen und die Bauform der Wärmebehandlungsanlage bestimmt.

Bei einer Prüfung im beladenen Zustand können die Sensoren direkt an der Beladung befestigt werden. Erfolgt die TUS-Messung im unbeladenen Zustand, werden die Sensoren an einem entsprechend vorbereiteten Gestell fixiert.

Die folgende Abbildung zeigt die typischen Positionen von Thermoelementen an einem kubischen und an einem zylindrischen Aufbau:

Schaubild für die Anbringung von Thermoelementen für eine TUS Messung

Die Daten der Sensoren werden anschließend mit speziellen Feldtest-Instrumenten aufgezeichnet. Sowohl die eingesetzten Messgeräte als auch die verwendeten Sensoren müssen unabhängig von der Instrumentierung der Wärmebehandlungsanlage arbeiten.

Handelt es sich bei der Wärmebehandlungsanlage um einen Durchlaufofen, kann die TUS-Messung in Form einer Schleppmessung durchgeführt werden. Hierbei werden die Sensoren entweder direkt an der Beladung oder – wie bereits beschrieben - an einem speziell vorgesehenen Gestell fixiert und so während des Betriebs durch die Ofenlinie geführt. Abhängig von der Ofenkonfiguration können die Sensoren in einem definierten Volumen oder entlang einer Fläche angeordnet werden. Es ist sicherzustellen, dass das gesamte Arbeitsvolumen des Durchlaufofens vollständig geprüft wird.

Systemgenauigkeitstest (SAT)

Bei einem Systemgenauigkeitstest wird die Präzision der gesamten Regelmessstrecke mit einem speziellen Gerätesystem geprüft, das aus einem Feldtest-Instrument und kalibrierten SAT-Thermoelementen besteht. Diese SAT-Messgeräte und -Sensoren müssen unabhängig von der Ofeninstrumentierung arbeiten.

Für die SAT-Messung gelten klare Vorgaben bezüglich des Abstandes zwischen den Messspitzen der SAT-Thermoelemente und den zu prüfenden Sensoren. Laut AMS2750 und CQI-9 darf dieser Abstand maximal 50 mm betragen. Zudem muss die SAT-Messung im laufenden Betrieb der Wärmebehandlungsanalage bei typischen Arbeitstemperaturen durchgeführt werden.

Die SAT-Messung stellt abschließend fest, ob die gemessenen Temperaturabweichungen (SAT-Differenzen) den Anforderungen nach AMS2750 oder CQI-9 entsprechen.

Messung Ihrer Wahl

Unsere Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025 befähigt uns, umfassende Untersuchungen an Ihren Wärmebehandlungsanlagen und Öfen gemäß AMS2750 und CQI-9 durchzuführen. Die Konformität Ihrer Anlage mit diesen Standards wird anschließend in einem Zertifikat dokumentiert. Dank jahrzehntelanger Erfahrung in den Bereichen Wärme-, Kälte-, Temperier-, Härte- und Schmelzanlagen sind unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter hervorragend qualifiziert, um Ihre spezifischen Anforderungen zu erfüllen - ob stationär oder im Rahmen von Schleppversuchen.