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Temperaturmessung beim Schmieden von Messingrohlingen mit elektrischen Pressen

Kurzwellige Infrarot-Pyrometer ermöglichen eine präzise Temperaturkontrolle von Messingrohlingen in automatisierten Schmiedeprozessen

Herausforderung

Beim Messingschmieden müssen die Rohlinge vor dem Pressvorgang präzise auf etwa 800 °C erwärmt werden. Zu niedrige Temperaturen können Risse oder eine unvollständige Formfüllung verursachen, während Überhitzung die Materialqualität und Werkzeugstandzeit beeinträchtigt. In schnellen, automatisierten Pressprozessen sind manuelle Kontrollen nicht möglich. Wärmestrahlung, Ölnebel und Staub erschweren die Messung zusätzlich. Die reflektierenden Messingoberflächen stellen insbesondere langwellige Pyrometer vor Herausforderungen. Daher sind kurzwellige Sensoren mit hoher optischer Auflösung erforderlich, um präzise und zuverlässige Messergebnisse zu erzielen.

Lösung

Optris CTlaser 2M Pyrometer ermöglichen eine präzise Temperaturüberwachung von Messingrohlingen in automatisierten Schmiedeprozessen. Durch ihren kurzwelligen Messbereich werden emissivitätsbedingte Messfehler reduziert. Die hohe optische Auflösung ermöglicht genaue Messungen aus sicherer Entfernung. Die Doppel-Laservisierung erleichtert die Ausrichtung, während eine Freiblasvorrichtung die Optik vor Verschmutzungen schützt. Dank analoger Echtzeit-Signalübertragung und einer Ansprechzeit von nur einer Millisekunde trägt die Temperaturüberwachung zum Schutz der Anlagen, zur Reduzierung von Ausschuss sowie zur Verbesserung von Qualität, Effizienz und Prozesskonstanz beim Messingschmieden bei.

Vorteile

  • Kurzwellige Optris Pyrometer ermöglichen präzise Temperaturmessungen auf reflektierenden Messingoberflächen.
  • Die Messingrohlinge gelangen mit der richtigen Temperatur in die Presse, wodurch Schmiedequalität und Prozesskonstanz verbessert werden.
  • Die Überprüfung jedes Rohlings auf Einhaltung des optimalen Temperaturbereichs reduziert Schmiedefehler wie unvollständige Formfüllungen oder Rissbildung und steigert Qualität und Ausbringung.
  • Weniger Ausschuss und Nacharbeit erhöhen die Materialausbeute und Prozesseffizienz.
  • Die analoge Echtzeit-Rückmeldung an die Pressensteuerung ermöglicht automatische Prozessanpassungen.
  • Bei Rohlingen außerhalb der vorgegebenen Temperaturgrenzen können Stopps oder Korrekturmaßnahmen ausgelöst werden, um Werkzeuge und Anlagen zu schützen.
  • Die Doppel-Laservisierung vereinfacht die Einrichtung und gewährleistet eine präzise Ausrichtung auf den Messingrohling.

Konstante Temperaturen von Messingrohlingen in automatisierten Schmiedeprozessen sicherstellen

Beim Warmumformen von Messing werden zylindrische Rohlinge auf etwa 800 °C erhitzt, bis das Material ausreichend verformbar ist, um in einer vollautomatischen elektrischen Presse in die gewünschte Form gebracht zu werden. Bei diesen Temperaturen ist die Einhaltung der richtigen Rohlingstemperatur entscheidend. Ist das Messing zu kalt, kann es die Schmiedeform möglicherweise nicht vollständig ausfüllen oder Risse bilden. Eine Überhitzung hingegen kann die Materialeigenschaften beeinträchtigen und die Lebensdauer der Schmiedewerkzeuge verkürzen. Eine konstante Rohlingstemperatur ist daher unerlässlich, um einen optimalen Materialfluss, die gewünschten mechanischen Eigenschaften und fehlerfreie Bauteile sicherzustellen.

Um dies zu gewährleisten, muss die Temperatur jedes einzelnen Rohlings unmittelbar vor dem Schmiedevorgang überprüft werden. Da sich die Rohlinge im automatisierten Prozess mit hoher Geschwindigkeit bewegen, sind manuelle Temperaturkontrollen nicht praktikabel. Erforderlich ist daher ein Sensor mit einer sehr kurzen Ansprechzeit, der innerhalb von Sekundenbruchteilen vor dem Schließen der Presse präzise Messwerte erfasst.

Die Umgebungsbedingungen beim Schmieden stellen zusätzliche Herausforderungen dar. Innerhalb der geschlossenen Fertigungszelle entsteht eine hohe Wärmestrahlung durch die erhitzten Rohlinge und Werkzeuge. Gleichzeitig können Ölnebel, Zunder und Staub ungeschützte Messoptiken verschmutzen. Aus Sicherheits- und Konstruktionsgründen müssen die Pyrometer in einem Abstand von mehreren Hundert Millimetern zu den Rohlingen installiert werden. Die Messung solch kleiner Messobjekte aus größerer Entfernung erfordert eine hohe optische Auflösung. Andernfalls würde der Messfleck über den Rohling hinausragen und kühlere Hintergrundbereiche erfassen, was zu ungenauen Messergebnissen führt.

Auch die Materialeigenschaften von Messing erschweren die berührungslose Infrarot-Temperaturmessung. Der Emissionsgrad ist vergleichsweise niedrig und kann insbesondere im langwelligen Infrarotbereich stark variieren. Glänzende Oberflächen oder teilweise oxidierte Bereiche können bei herkömmlichen breitbandigen Sensoren erhebliche Messabweichungen verursachen. Für eine präzise Temperaturüberwachung heißer Messingrohlinge sind deshalb kurzwellige Pyrometer erforderlich, die emissivitätsbedingte Messunsicherheiten reduzieren und zuverlässige, reproduzierbare Messergebnisse liefern.

 

Präzise Temperaturmessung beim Messingschmieden mit Optris CTlaser 2M Pyrometern

Um die Herausforderungen beim Messingschmieden zu bewältigen, wurde die Schmiedeanlage mit mehreren Optris CTlaser 2M Infrarot-Pyrometern ausgestattet. Typischerweise kommen zwei bis vier Geräte zum Einsatz, die im Bereich des Rohlingtransports positioniert werden. Mit einer Messwellenlänge von 1,6 µm ermöglicht das CTlaser 2M eine präzise Temperaturmessung auf Messingoberflächen. Dadurch werden Messfehler infolge von Veränderungen des Reflexions- und Emissionsverhaltens minimiert. Mit einem Temperaturmessbereich von 250 °C bis 1.600 °C deckt das Pyrometer die relevanten Temperaturen des Schmiedeprozesses zuverlässig ab.

Jedes Pyrometer verfügt über eine Optik mit hoher optischer Auflösung, die präzise Messungen aus sicherer Entfernung ermöglicht. Das hohe Distanz-Messfleck-Verhältnis (D:S) stellt sicher, dass ausschließlich die Oberfläche des Messingrohlings erfasst wird und kühlere Umgebungsbereiche das Messergebnis nicht verfälschen. Für eine einfache und präzise Ausrichtung projiziert die Doppel-Laservisierung des CTlaser zwei Laserpunkte, welche die Position und Größe des Messflecks eindeutig kennzeichnen.

Da die Umgebung beim Schmieden durch hohe Temperaturen, Staub und Ölnebel geprägt ist, wurden die Sensoren mit einer speziell ausgelegten Freiblasvorrichtung ausgestattet. Ein kontinuierlicher Strom sauberer Luft schützt die Optik vor Verschmutzungen und gewährleistet einen zuverlässigen, wartungsarmen Betrieb auch unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen. Die robusten Edelstahl-Messköpfe halten Umgebungstemperaturen von bis zu 85 °C ohne zusätzliche Kühlung stand und eignen sich somit für den Einsatz in anspruchsvollen Pressenumgebungen.

Die Integration in die Pressensteuerung erfolgt unkompliziert über die Analogausgänge des CTlaser 2M (0/4–20 mA oder 0–10 V). Diese übertragen die gemessenen Rohlingstemperaturen direkt an die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Dadurch kann die Anlage die Temperatur jedes einzelnen Rohlings vor dem Schmiedevorgang überprüfen und bei Überschreitung oder Unterschreitung festgelegter Grenzwerte entsprechende Alarme auslösen. Mit einer Ansprechzeit von nur 1 ms erfassen die Pyrometer auch schnell bewegte Rohlinge zuverlässig und erfüllen damit die Anforderungen des vollautomatisierten Schmiedeprozesses.

 

Verbesserte Schmiedequalität und optimierte Maschinenzykluszeiten durch Optris Pyrometer

Optris CTlaser 2M Pyrometer bieten eine zuverlässige Lösung für die Temperaturüberwachung beim Schmieden von Messingrohlingen. Sie vereinen hohe Messgenauigkeit, Robustheit und einfache Systemintegration. Durch die kurzwellige Messtechnik ermöglichen sie präzise Temperaturmessungen auf reflektierenden Messingoberflächen und reduzieren typische Messfehler langwelliger Sensoren. Dank der hohen optischen Auflösung lassen sich auch kleine Messbereiche aus sicherer Entfernung zuverlässig erfassen. Die Doppel-Laservisierung gewährleistet dabei eine präzise Ausrichtung auf die Oberfläche des Rohlings.

Eine kontinuierliche Freiblasung schützt die Optik vor Ölnebel und Staub und ermöglicht einen stabilen Betrieb bei geringem Wartungsaufwand. Die robusten Edelstahl-Messköpfe widerstehen hohen Umgebungstemperaturen und eignen sich somit für die anspruchsvollen Bedingungen in Schmiedepressen. Über standardisierte Analogausgänge lassen sich die Pyrometer direkt mit der Pressensteuerung verbinden und liefern Echtzeit-Temperaturdaten für automatisierte Prozessanpassungen.

Ohne zuverlässige Temperaturmesswerte lässt sich ein gleichbleibend stabiler Anlagenbetrieb nicht gewährleisten. Zu kalte Rohlinge können die Schmiedepresse beschädigen, während überhitzte Rohlinge unnötig Energie verbrauchen und die Lebensdauer der Werkzeuge verkürzen. Eine kontinuierliche und präzise Temperaturüberwachung ist daher sowohl für die Prozessstabilität als auch für den Schutz der Anlagen und Werkzeuge von entscheidender Bedeutung.

Dank ihrer kurzen Ansprechzeit von nur einer Millisekunde erfassen die Sensoren die Temperatur auch bei bewegten Rohlingen und ermöglichen die Überprüfung jedes einzelnen Werkstücks unmittelbar vor dem Schmiedevorgang. Die zuverlässige Einhaltung des optimalen Temperaturbereichs verbessert die Produktqualität, reduziert Ausschuss und Nacharbeit und steigert die Gesamteffizienz des Schmiedeprozesses. Zugleich unterstützt die schnelle Temperaturerfassung kurze, reproduzierbare Maschinenzykluszeiten und einen stabilen, vollautomatisierten Produktionsablauf.

 

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