Präzise Temperaturkalibrierung für laserbasierte Wärmebehandlungsprozesse

Prozess des Laserstrahlhärtens Foto: Fraunhofer IWS Dresden

Prozess des Laserstrahlhärtens
Foto: Fraunhofer IWS Dresden

Für eine Vielzahl von Kurzzeit-Wärmebehandlungsprozessen ist die exakte Temperaturregelung qualitätsbestimmend. Wie die beim Härten mit dem Laserstrahl eingesetzten Temperaturmessgeräte in Zukunft vor Ort direkt beim Anwender kalibriert und nachkalibriert werden können, zeigt das Fraunhofer IWS Dresden im Rahmen der Hannover Messe Industrie in Halle 6 (Industrial Supply), Stand B33.

Die beim Härten mit dem Laserstrahl eingesetzten berührungslosen Temperatur-messgeräte wie Pyrometer oder Kamerasysteme sind mechanisch, optisch und elektrisch meist voll in die Fertigungsanlagen integriert. Somit muss unmittelbar am Standort der Laserhärteanlage, also vor Ort beim Nutzer, die Erst- und regelmäßige Nachkalibrierung der Messgeräte erfolgen. Ein Problem dabei ist die meist unbe-kannte Dämpfung des Temperatursignals durch Schutzgläser, Linsen und andere op-tische Baugruppen, die sich zudem im Laufe des Einsatzes durch Verunreinigungen oftmals wesentlich verändert.

Die derzeit genauesten Kalibrierverfahren für berührungslose Temperaturmessgeräte basieren auf dem Einsatz sogenannter Fixpunktzellen. Für den Hochtemperaturbe-reich sind das in der Regel kleine Hohlraumstrahler aus Graphit, die mit hochreinen Metalllegierungen bekannter Schmelztemperaturen befüllt sind. Werden diese Fix-punktzellen in Öfen auf Temperaturen nahe der Schmelztemperatur der Metalllegie-rung aufgeheizt, können aus den sich ausbildenden Temperaturplateaus während der Schmelz- bzw. Erstarrungsphase präzise Kalibrierpunkte bestimmt werden.

Mit den konventionellen Fixpunktzellen lassen sich prinzipiell extrem hohe Genauig-keiten erreichen, eine Kalibrierunsicherheit kleiner als 100 mK ist realisierbar. Nach-teilig sind die begrenzte Flexibilität und Mobilität der Kalibrieröfen sowie die langen Zyklenzeiten bei der Aufheizung und Abkühlung.

Durch den Einsatz einer kompakten induktiven Wärmequelle können diese Nach-teile nun überwunden werden. An der PTB Berlin wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWS Dresden ein mobiles induktiv geheiztes Fixpunktgerät zur Kalib-rierung von Pyrometern und Wärmebildkameras entworfen, gefertigt und getestet. Damit kann die Erwärmung einer Fixpunktzelle bis zu 1500 °C innerhalb von weni-gen Minuten erfolgen. Im Verlauf einer Stunde sind mehrere Messzyklen zur Auf-nahme von Kalibrierpunkten möglich.

Das Kalibrierverfahren für den Hochtemperaturbereich von 1000 bis 1500 °C wird gemeinsam mit anderen europäischen Forschungs- bzw. Prüfinstituten im Rahmen des EMRP-Projektes »HiTeMS« entwickelt. Das Projekt wird gefördert durch die Eu-ropäische Union und EURAMET-Partnerländer (http://projects.npl.co.uk/hitems/).

Neben dem neuen Kalibrierverfahren präsentiert das Fraunhofer IWS Dresden am Messestand zahlreiche Applikationen für das Laserstrahlhärten und Auftragschwei-ßen sowie systemtechnische Komponenten für die beiden Prozesse. Darüber hinaus erhalten die Besucher Information zu thermisch gespritzten Heizleiterschichten, zu lasergeschweißten Crashbauteilen sowie zum Know-how des IWS im Bereich Werk-stoff- und Bauteilcharakterisierung.

Internet:

http://www.iws.fraunhofer.de

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