Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, BayreuthDas Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt kundenspezifische robuste Hochtemperatur-Sensoren für Thermoprozesse. Um den hohen Einsatztemperaturen standzuhalten, werden die Sensoren meistens aus keramischen Komponenten gefertigt. Eine besonders kurze Ansprechzeit wird durch filigrane - im 3D-Druck hergestellte - Strukturen erreicht. Eine besonders hohe Thermoschockbeständigkeit wird durch Schutzhüllen aus CMC (Ceramic Matrix Composites) gewährleistet. Prototypen und Kleinserien können am HTL gefertigt werden. Auch die Messelektronik und Datenauswertesoftware werden bei Bedarf am HTL entwickelt. Das HTL verfügt über Teststände, um das Einsatzverhalten von Hochtemperatur-Sensoren unter definierten Bedingungen zu testen.
Forschungsschwerpunkte:
Wärmeprozesse
Sensorentwicklung
Temperaturmessung
Messlanze
Die Temperaturmessung erfolgt je nach Aufgabenstellung mittels Seebeckeffekt, durch den Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands oder durch Wärmestrahlung. Bei harschen Bedingungen werden gekapselte Messsysteme eingesetzt. Auch Temperaturmesssysteme für kommerzielle Pyrometer werden für den spezifischen Einsatzzweck ausgelegt. Beispielsweise können Pyrometer mittels spezieller Verstärker auch für die sehr schnelle Messung von Temperaturänderungen genutzt werden. Für die Temperaturkalibrierung werden ausgewählte Schmelzeutektika genutzt. Temperaturverteilungen werden durch konditionierte und kalibrierte Testkörper – z.B. Temperaturmessringe erfasst. Temperaturmessungen sind auch noch bei Temperaturen > 2000°C möglich.
Andere Messgrößen
Schalltrichter aus Keramik mit Hörrohr
Die Strömungsgeschwindigkeit im heißen Ofen wird mittels Staudrucksensoren richtungsabhängig gemessen. Die Messung der Wärmestrahlung erfolgt über Differenzthermoelemente ebenfalls in unterschiedlichen Raumrichtungen. Die Ofenatmosphäre, z.B. CO, CO2, SO2, NO2 und CxHy wird in der Abluft mit elektrochemischen Sensoren, durch Entnahme von Gasproben oder im heißen Ofen spektroskopisch bzw. durch Sauerstoffionenleiter gemessen. Die Schallemissionsmessung erfolgt über Schalltrichter und Hörrohre. Bei Bedarf werden auch Sensoren für die optische Überwachung und die Gewichtsmessung im heißen Ofenbereich konzipiert.
Sensorpositionierung und Prozessintegration
Autonomer Sensormodul
Die Sensoren können an Messlanzen temporär in den Ofen eingeführt, in Wärmeschutzbehältern mit dem Erwärmungsgut aufgeheizt oder permanent im Ofen installiert werden. Die Sensorsignale werden mittels Schlüssellochdiagnostik aus dem Ofen geführt, um den Wärmeprozess möglichst wenig zu beeinflussen. Ein autonomer Sensorbetrieb mit kabellose Energieversorgung und Datenaufnahme ist möglich, um die Handhabung im laufenden Ofenbetrieb zu erleichtern. Nach der Digitalisierung werden gängige Industriestandards für die Datenverarbeitung genutzt. Auf Wunsch wird Software erstellt, mit der die Sensoren in die Prozessüberwachung integriert werden.
Leistungsangebot:
- Konzeption und Bau von kundenspezifischen Sensorsystemen für hohe Temperaturen
- Sensoren für Temperatur, Gasströmung, Wärmestrahlung, Gaszusammensetzung etc.
- Sensoren für Hochdruck- und Schmelzprozesse bzw. korrosive Atmosphären
- Schlüsselochdiagnostik für die minimalinvasive Kopplung der Sensoren an den Ofen
- Erstellung von Software zur Datenerfassung und Datenanalyse und Anbindung an Prozessleitsystem