Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Abgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Schnitt durch den Innenbereich des autonomen Sensormoduls mit Multifunktionssensor, Elektronikboard und Vorratsbehälter für das Phasenwechselmaterial
Autonomer Sensormodul vor dem Test des Wärmemanagements mit externen Thermoelementen in einem gasbefeuerten Ofen am HTL
Industrieöfen sind größtenteils eine Black Box, weil nur wenige Ofendaten an zuvor festgelegten Messstellen während des Betriebs erfasst werden. Mittels eines mobilen autonomen Sensormoduls (ASM), der mit dem Erwärmungsgut den Temperaturzyklus durchfährt, können dagegen zahlreiche Daten gewonnen werden. Diese Daten sind eine wertvolle Grundlage für die Optimierung von Wärmeprozessen. Ein erster Prototyp für einen mobilen ASM wurde am Fraunhofer-Zentrum HTL bereits in Vorgängerprojekten entwickelt. Die Elektronik zur Datenerfassung und die Energieversorgung befinden sich im Innenbereich des Moduls, dessen Temperatur über ein Phasenwechselmaterial auf 120°C begrenzt wird. Der Sensorkopf ragt in den Ofen, um Temperaturen und andere Ofendaten unverfälscht zu erfassen.
Zielsetzung
Temperatursimulation des autonomen Sensormoduls während einer virtuellen Ofenfahrt
In diesem Teilprojekt sollte die Funktionalität des ASM für den routinemäßigen Einsatz in Industrieöfen weiterentwickelt und anhand neuer Prototypen nachgewiesen werden.
Folgende Verbesserungen waren geplant:
- Erweiterung des ASM um optische Sensoren (vgl. Teilprojekt 5)
- Erweiterung der Sensorfunktionen z.B. für akustische Detektion
- Robustes Handling des ASM für den Einsatz durch Anwender in der Industrie
- Verbesserung bzw. Flexibilisierung des Wärmemanagements im ASM bezogen auf längere Einsatzzeiten und kompaktere Module
Ergebnisse
Trichter zur Schalldetektion
Multifunktionssensor
- Erstellung und Validierung eines Computermodells zur Simulation der Wärmeströme im ASM
- Aufbau einer Methodik zu Planung und Bau kundenspezifischer Sensormodule in Bezug auf Bauraum, Temperaturzyklus und Ofenatmosphäre
- Konstruktion des Moduls zum einfachen Austausch der Komponenten (Design to Repair)
- Entwicklung einer Hochtemperatur-Schutzschicht mit geringer Absorption von Wärmestrahlung (Low-e-Coating) und hoher Abrasionsbeständigkeit
- Entwicklung eines robusten Multifunktionssensors für richtungsabhängige Differenztemperatur- und Staudruckmessung