Für den Prozess des Sinterns spielen die Temperaturbedingungen im Sinterofen eine tragende Rolle. Diese genauer zu analysieren und zu erforschen ist allerdings eine mehr als heiße Sache. Denn bei Temperaturen bis über 1000°C, offenen Ofenkammern und weiteren schwierigen technischen Gegebenheiten sind in-situ-Messungen der Atmosphäre extrem schwierig. Bislang wurde branchenweit auf Basis von Erfahrungswerten dimensioniert, was häufig Überdimensionierungen und damit einhergehenden erhöhten Energieaufwand zur Folge hatte. Auch eingezieltes Regeln der einzelnen Gasbestandteile war aus diesem Grund bisher nicht machbar. Die Folge sind unnötig lange Anfahrzeiten und eine unvollständige Auslastung der Anlagen. Was bislang für den effizienten Betrieb und die präzise Auslegung von industriellen Öfen fehlte, sind detaillierte Modelle und Simulationsstudien. Mit unserem Beitrag zum Forschungsprojekt EnEffiSint soll hier endlich Abhilfe geschaffen und eine Steigerung der Energieeffizienz um 30 % erzielt werden. Wir sind mehr als heiß auf diese Herausforderung …
In der Pulvertechnologie ist das Sintern ein wesentlicher Prozessschritt zur Herstellung oder Veränderung von Werkstoffen. Dabei werden zuerst feinkörnige keramische oder metallische Stoffe unter sehr hohem Druck zu einem Werkstück geformt. Dieser sogenannte „Grünling“ wird dann in einem Sinterofen zu einem festen und dichten Bauteil gesintert („gebacken“). Erst durch die extreme Temperaturbehandlung erhält das Bauteil seine endgültigen Eigenschaften in Bezug auf Härte, Festigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, die für den jeweiligen Einsatz erforderlich sind.
Um das Thema Sinteröfen mit neuen Forschungsergebnissen anheizen zu können, arbeiten wir im Forschungsprojekts EnEffiSint mit Ofenhersteller, Materiallieferanten, Instituten und Endanwender zusammen. Im Rahmen des Projekts sollen die brachliegenden energetischen Einsparungspotenziale in diesem Industriezweig nutzbar gemacht werden. Die konkrete Zielsetzung ist dabei zweigeteilt: Zum Einen wird bereits die Verbesserung der Ofenauslegung eine direkte Energieeinsparung mit sich bringen. Zum Zweiten lässt sich durch eine präzise Steuerung der Ofenatmosphäre auch der Prozess an sich effizienter gestalten, was höhere Durchsatzraten, weniger Ausschuss und kürzere Prozesszeiten zur Folge hat. All diese Faktoren wirken sich indirekt ebenfalls positiv auf den energetischen Fußabdruck eines Bauteils aus.
Der vom Forschungskonsortium definierte Arbeitsplan besteht aus sechs Arbeitspaketen: Im ersten Schritt sollen im Rahmen des Arbeitspaketes “Datenbasis und Erprobung” die Werkstoffe und Anlagen charakterisiert und die Datenbasis für die Simulation geschaffen werden. In den Arbeitspaketen “Modellbildung und Simulation” geht es darum, die numerischen Grundlagen zu erstellen und Optimierungsstudien in Bezug auf Strömung, Beladung und Lastwechsel durchzuführen – hier kommt HTCO ins Spiel!
Auf der Basis dieser Ergebnisse werden Maßnahmen für die Gestaltung und den Betrieb energieeffizienter industrieller Sinteröfen abgeleitet und im Arbeitspaket “Umsetzung” in realen Öfen umgesetzt. Abschließend wird die erreichte Effizienzsteigerung bewertet.
Dass unser Forschungsprojekt wirtschaftlich mehr als erfolgreich sein wird, darf aus vielen guten Gründen erwartet werden. Die Projektergebnisse werden sowohl beim Bauteilhersteller als auch beim Ofenbauer zur Verbesserung der Energieeffizienz der Produkte eingesetzt, die exemplarisch im Projekt untersucht wurden. Später soll innerhalb der Unternehmen eine Übertragung auf andere Werkstoffklassen (z.B. Keramiken, Feingraphite) und Ofentypen (z.B. Batchöfen, Rollenöfen oder Hubbalkenöfen) erfolgen. Dies würde die Wettbewerbsposition deutscher Unternehmen auch in diesen Bereichen erheblich verbessern.
Wir freuen uns darauf, durch die Zusammenarbeit im Konsortium wertvolle Synergien zu nutzen und neues wissenschaftlich-technisches Know-how über die im Ofen auftretenden Prozesse zu erwerben. Dieses neue Wissen kann in die Entwicklung von innovativen und komplexen Öfen einfließen und eine präzise Steuerung der Ofenatmosphäre ermöglichen.
In diesem Sinne: Ofen an! Für eine noch breitere Akzeptanz für simulationsunterstützte Entwicklungsmethoden und die Erschließung neuer Anwendungsfelder.
GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Eisenmann Thermal Solutions GmbH & Co. KG
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
MESA Industrie-Elektronik GmbH