Forschung für Energieeinsparungen in der Stahlindustrie

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. Das Forscherteam unter Leitung von Prof. Dr. 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 GmbH und automatic Klein GmbH. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert die Hochschule Landshut bei dem Projekt, das noch bis Ende 2023 läuft, im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand“ mit 220.000 Euro.

Messung in Mikrosekunden

„Damit die Energiewende gelingen kann, ist es notwendig, die Energieeffizienz zu steigern und Einsparungen in energieintensiven Branchen voranzutreiben“, so Rödiger. Bei der Stahlverarbeitung sieht der Landshuter Professor 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.“

Qualitätsverlust durch Temperaturschwankung

„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.

Energie sparen und Wirtschaftlichkeit steigern

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. In Kooperation mit den beiden Industriepartnern LKM electronic GmbH und automatic Klein GmbH wollen die Forschenden bis zum Ende des Projekts einen Demonstrator sowie neue Prozessstrategien entwickeln.

Über das Projekt

Das Projekt „AtoFurnace – Entwicklung eines ALTP-Temperatursensors zur Überwachung von Stahlverarbeitungsprozessen“ läuft noch bis Ende 2023. Die Gesamtprojektleitung übernimmt Prof. Dr. Tim Rödiger von der Hochschule Landshut. Projektpartner sind die LKM electronic GmbH aus Geratal und die automatic Klein GmbH aus Essen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert die Hochschule Landshut im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand“ mit 220.000 Euro.

Bildtext (1): Temperaturkalibrierung der schnellen ALTP-Sensoren: Wissenschaftlicher Mitarbeiter Konstantin Huber und Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Tim Rödiger (v.l.).

Bildtext (2): Das Herzstück des schnellen Temperaturmesssytems: ALTP-Prototypensensor mit Kühlsystem.

Quelle und Foto: Hochschule Landshut