DE102017125337A1

DE102017125337A1 - System zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge in einer Temperiervorrichtung

Info

Publication number: DE102017125337A1
Application number: DE102017125337.8A
Authority: DE
Inventors: Robert Ebner; Andreas Sauschlager; Leopold Götsch; Christian Beck
Original assignee: Ebner Industrieofenbau GmbH
Current assignee: Ebner Industrieofenbau GmbH
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-02
Also published as: AT525692A5; WO2019081695A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge (101) in einer Temperiervorrichtung (120). Das System (100) weist ein Messelement (102) auf, wobei das Messelement (102) innerhalb der Temperiervorrichtung (120) derart platzierbar ist, dass das Messelement (102) derselben Temperatur wie die Charge (101) aussetzbar ist. Das Messelement (102) weist eine Kontaktierungsstelle (103) auf. Das System (100) weist ferner eine Auslesevorrichtung (104) auf, welche selektiv an die Kontaktierungsstelle (103) derart koppelbar ist, dass die Temperatursignale von der Kontaktierungsstelle (103) auslesbar sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge in einer Temperiervorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
In heutigen Anwendungsbereichen für Metallbauteile werden hohe Anforderungen an die Güte und die Materialkennwerte der Materialbauteile gestellt. So werden beispielsweise Toleranzbereiche für beispielsweise die Härte oder für das Verformungsverhalten immer enger. Dies hat zur Folge, dass bereits in der Herstellung der Metallbauteile neben der Zusammensetzung ebenfalls der Vergütungsprozess bzw. der thermische Herstellungsprozess der Metallbauteil immer exakter eingestellt werden muss. Zudem muss im Rahmen der Qualitätssicherung ein exakter Nachweis über den Temperaturverlauf der Herstellung des Bauteils geführt werden.
Um gerade im Hochtemperaturbereich den exakten Temperaturverlauf zu überprüfen, werden beispielsweise Referenzelemente eingesetzt, welche aus einer ähnlichen Geometrie und einem identischen Material wie das herzustellende Metallbauteil bestehen. Die Referenzelemente durchlaufen zusammen mit dem herzustellenden Bauteil den Vergütungsprozess. Von diesen Referenzelementen wird im Anschluss oder während des Vergütungsprozesses die Temperatur gemessen, um so einen Referenz-Temperaturverlauf bereitzustellen.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Temperaturverlauf eines herzustellenden Bauteils während eines thermischen Behandlungsprozesses genau festzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem System und einem Verfahren zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge in einer Temperiervorrichtung gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge (bzw. eines Bauteils einer Charge) in einer Temperiervorrichtung beschrieben. Das System weist ein Messelement auf, wobei das Messelement innerhalb der Temperiervorrichtung derart platzierbar ist, dass das Messelement und die Kontaktierungsstelle derselben Temperatur wie die Charge aussetzbar sind. Das Messelement weist eine Kontaktierungsstelle auf. Das System weist ferner eine Auslesevorrichtung auf, welche selektiv an die Kontaktierungsstelle derart koppelbar ist, dass die Temperatursignale von der Kontaktierungsstelle auslesbar sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Temperieranlage beschrieben. Die Temperieranlage weist eine Temperiervorrichtung zum Durchführen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge und ein oben beschriebenes System auf. Das Messelement ist innerhalb der Temperiervorrichtung derart platziert, dass das Messelement (und die Kontaktierungsstelle) derselben Temperatur wie die Charge aussetzbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge in einer Temperiervorrichtung beschrieben. Das Verfahren weist ein Platzieren eines Messelements und speziell dessen Kontaktierungsstelle innerhalb der Temperiervorrichtung auf, derart, dass das Messelement und dessen Kontaktierungsstelle derselben Temperatur wie die Charge aussetzbar ist. Ferner weist das Verfahren ein selektives Koppeln einer Auslesevorrichtung an eine Kontaktierungsstelle des Messelements auf, derart, dass die Temperatursignale von der Kontaktierungsstelle auslesbar sind.
Die Temperiervorrichtung weist beispielsweise einen Temperierraum auf, in welchem die Charge auf eine gewünschte Temperatur gebracht wird bzw. einem vordefinierten Temperaturverlauf unterzogen wird. Dabei kann die Temperiervorrichtung als Ofenvorrichtung zum Erwärmen der Charge ausgebildet sein. Entsprechend kann die Temperiervorrichtung ebenfalls als Kühlvorrichtung (z.B. als Abschreckbecken oder Kühlkammer) ausgebildet sein, in welcher eine Charge mit einem gewünschten Temperaturverlauf abgekühlt wird. Die Temperiervorrichtung kann als Durchlaufvorrichtung ausgebildet sein, durch welche die Charge kontinuierlich oder sequenziell hindurchgeführt wird, wobei während des Durchführens bestimmte Temperierzonen durchlaufen werden. Alternativ kann die Temperiervorrichtung als Standvorrichtung (beispielsweise als Kammerofen oder Haubenofen) ausgebildet sein, wobei die Charge während des thermischen Behandlungsprozesses nicht verfahren wird.
Die Charge beschreibt vorliegend ein einzelnes zu temperierendes Metallbauteil oder ein Los mit einer Vielzahl von Metallbauteilen. Beispielsweise können die Metallbauteile einer Charge Platten mit einer gewissen Wandstärke, Schüttgut oder vorgeformte Metallbauteile aufweisen. Die Metallbauteile können beispielsweise aus Stahl, Aluminium, Edelstahl oder anderen metallischen Materialien bestehen.
Das Messeelement dient als Referenzelement, um einen Temperaturverlauf, welches das Messelement während des thermischen Behandlungsprozesses ausgesetzt ist, zu messen und entsprechend auf den Temperaturverlauf der Charge bzw. der Bauteile der Charge zu schließen. Das Messelement ist insbesondere aus demselben Material ausgebildet wie die Bauteile der Charge. Ferner ist das Messelement mit zumindest einer Kontaktierungsstelle mit einem oder mehreren Kontaktbereichen ausgebildet, an welcher Temperatursignale, welche indikativ für die Temperatur des Messelements und somit der Charge sind, ausgelesen werden können. Das Messelement ist beispielsweise aus einem metallischen Material ausgebildet und entsprechend elektrisch leitend. Das Messelement weist beispielsweise, wie weiter unten beschrieben, zwei Thermoelemente auf, um somit beispielsweise basierend auf dem Prinzip der Thermoelektrizität, insbesondere dem Seebeck-Effekt, die Temperatur des Messelemente und somit der Charge zu messen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Messelement zwei Kontaktierungsstellen aufweisen, an welchen ein Stromfluss induziert werden kann. In Abhängigkeit von dem Widerstand des Messelements zwischen den beiden Kontaktierungsstellen kann auf die Temperatur des Messelements geschlossen werden. Das Messelement fungiert somit nach Art eines Widerstandsthermometers.
Das Messeelement ist z.B. in Plattenform ausgebildet hat z.B. genau die Dicke, bzw. Blechstärke, wie die dickste Wandstärke des Bauteils der Charge das wärmebehandelt werden soll.
Die Auslesevorrichtung ist derart ausgebildet, dass diese selektiv an die Kontaktierungsstelle bzw. der ersten und zweiten Kontaktbereichen des Messelements ankoppelbar ist, um die Temperatursignale (bzw. Spannungen) auszulesen. Die Auslesevorrichtung weist dabei einen Auslesekontakt auf, welcher selektiv an die Kontaktierungsstelle koppelbar ist. Der Auslesekontakt kann beispielsweise mit der Kontaktierungsstelle einen Schleifkontakt ausbilden, damit die Temperatursignale austauschbar sind. Ferner können der Auslesekontakt und die Kontaktierungsstelle eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise eine Stecker/Buchsen-Verbindung ausbilden. Der Auslesekontakt kann dabei ebenfalls innerhalb der Temperiervorrichtung (insbesondere im Warmbereich) vorliegen und beispielsweise in der Temperiervorrichtung während der Temperier- bzw. Wärmebehandlung an die Kontaktierungsstelle ankoppelbar sein. Die Auslesevorrichtung kann die Temperatursignale verarbeiten und einen exakten Temperierverlauf des Messelements und entsprechend der Charge bestimmen.
Unter einer selektiven Kopplung der Auslesevorrichtung an die Kontaktierungsstelle wird verstanden, dass temporär, d.h. zu einem gewünschten Zeitpunkt bzw. an einem bestimmten Ort in der Temperiervorrichtung, die Auslesevorrichtung mit der Kontaktierungsstelle gekoppelt wird. Entsprechend kann die Auslesevorrichtung beispielsweise bewegbar an der Temperiervorrichtung oder wie unten beschrieben an einem Handhabungsroboter angeordnet sein. Ferner kann die Auslesevorrichtung in einem Temperierraum (z.B. Ofenraum) der Temperiervorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise ist die Auslesevorrichtung an einem Gehäuse der Temperiervorrichtung angebracht, sodass nach dem Verschließen des Gehäuses die Auslesevorrichtung an die Kontaktierungsstelle gekoppelt ist. Ist die Temperiervorrichtung nach Art einer Durchlaufvorrichtung ausgebildet, so kann die Auslesevorrichtung derart in der Temperiervorrichtung angeordnet werden, dass bei Passieren der Charge die Auslesevorrichtung selbsttätig in Kontakt mit der Kontaktierungsstelle tritt, sodass die Temperatursignale ausgetauscht werden können.
Beispielsweise kann das Messelement eine Identifikationseinheit, wie beispielsweise ein RFID-Element, aufweisen. In der Identifikationseinheit können Zuordnungsdaten abgespeichert werden, welche das Messelement einer Charge, in welchen sich das Messelement befindet, zuordnen. Die Identifikationseinheit ist zum Austausch der Identifikationssignale mit der Kontaktierungsstelle gekoppelt, sodass ebenfalls mit der Auslesevorrichtung die Identifikationssignale auslesbar sind. Somit kann in einfacher Art und Weise das ausgelesene Temperatursignal mittels der Identifikationssignale einer bestimmten Charge zugeordnet werden.
Durch das Anbringen des Messelements im Bereich der Charge und der Möglichkeit, eine Auslesevorrichtung selektiv an eine Kontaktierungsstelle des Messelement zu koppeln, wird ein Überwachungssystem bereitgestellt, mit welchem genau ein Temperierverlauf eines Bauteils während eines thermischen Behandlungsprozesses untersucht und nachgeprüft werden kann. Insbesondere ist das System in einer Temperiervorrichtung zum Durchführen eines thermischen Behandlungsprozesses gekoppelt, sodass bereits während des Behandlungsprozesses die aktuellen Temperaturdaten der Bauteile verfügbar sind. Somit kann beispielsweise der thermische Behandlungsprozess exakt nachjustiert werden oder Vergütungsfehler frühzeitig erkannt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System ein Thermoelement mit einem elektrisch leitenden ersten Thermoelementbereich und einem elektrisch leitenden zweiten Thermoelementbereich auf, welche an dem Messelement elektrisch leitend miteinander angeordnet sind. Die Kontaktierungsstelle weist einen ersten Kontaktbereich auf, welcher mit dem ersten Thermoelementbereich elektrisch leitend gekoppelt ist. Ferner weist die Kontaktierungsstelle einen zweiten Kontaktbereich auf, welcher mit dem zweiten Thermoelementbereich elektrisch leitend gekoppelt ist. Der erste Thermoelementbereich und der zweite Thermoelementbereich können beispielsweise aus Platin, Nickel, Wismut, Kupfer, Aluminium, Gold, Silber oder Eisen bestehen. Dabei kann gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sich das Material des ersten Thermoelementbereichs von dem Material des zweiten Thermoelementbereichs unterscheiden.
Der erste und der zweite Thermoelementbereich sind beispielsweise nebeneinander auf dem Messelement angeordnet. Der erste und der zweite Thermoelementbereich berühren sich beispielsweise, um somit einen elektrischen Kontakt bereitzustellen. Der erste und der zweite Thermoelementbereich sind beispielsweise mittels einer Schraubenverbindung an dem Messelement befestigt. Ferner können die Thermoelementbereiche mittels einer Schweißverbindung an dem Messelement befestigt sein. Ferner kann ebenfalls ein thermisch leitfähiger Kleber verwendet werden, um die Thermoelementbereiche an dem Messelement zu befestigen.
Beispielsweise kann mit den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Temperaturmessung basierend auf dem Prinzip der Thermoelektrizität und insbesondere des Seebeck-Effekts ausgeführt werden. Zwischen den beiden Thermoelementbereichen entsteht bei einer Temperaturdifferenz zwischen einem Bereich der Thermoelementbereiche an dem Messelement und einem anderen Bereich der Thermoelementbereiche entfernt von dem Messelement, beispielsweise im Bereich der Kontaktierungsstelle bzw. in der Auslesevorrichtung, an welchen die Thermoelementbereiche elektrisch leitend ankoppelbar sind, eine Thermospannung. Basierend auf der entstehenden Thermospannung kann auf die Temperatur der Thermoelementbereiche an dem Messelement und entsprechend auf die Temperatur der Charge geschlossen werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zwischen dem ersten Thermoelementbereich und dem ersten Kontaktbereich ein erster elektrischer Leiter ausgebildet, welcher insbesondere aus einem Material des ersten Thermoelementbereichs ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist zwischen dem zweiten Thermoelementbereich und dem zweiten Kontaktbereich ein zweiter elektrischer Leiter ausgebildet, welcher insbesondere aus einem Material des zweiten Thermoelementbereichs ausgebildet ist. Der elektrische Leiter ist beispielsweise als Draht ausgebildet. Besteht der elektrische Leiter aus demselben Material wie die entsprechenden Thermoelementbereiche, so kann eine Messungenauigkeit reduziert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest ein Kontaktbereich der Kontaktierungsstelle eine Auslesebuchse und die Auslesevorrichtung einen Auslesestecker auf. Der Auslesestecker ist in die Auslesebuchse selektiv steckbar. Alternativ kann die Kontaktierungsstelle einen Auslesestecker und die Auslesevorrichtung eine Auslesebox aufweisen. Die Auslesebuchsen und/oder der Auslesestecker können beispielsweise aus demselben Material bestehen wie das entsprechend elektrisch gekoppelte Thermoelement bzw. dessen Thermoelementbereiche. Somit kann eine genauere Temperaturmessung durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen der die Ausleseeinrichtung auf. Die Antriebsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Ausleseeinrichtung selektiv an die Kontaktierungsstelle koppelbar ist. Insbesondere kann die Antriebsvorrichtung die Ausleseeinrichtung zwischen einer Koppelposition, in welcher die Auslesevorrichtung mit der Kontaktierungsstelle gekoppelt ist, und einer inaktiven Position, in welcher die Ausleseeinrichtung von der Kontaktierungsstelle entkoppelt ist, bewegt werden. Dabei kann die Ausleseeinrichtung schwenkbar und/oder linear verfahrbar in Richtung der Charge angeordnet werden. Entsprechend kann die Antriebsvorrichtung die Ausleseeinrichtung schwenken oder linear verfahren. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise einen Servomotor aufweisen oder hydraulische oder pneumatische Antriebselemente aufweisen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Chargenträger auf, in welchem die Charge aufnehmbar ist, wobei das Messelement in dem Chargenträger angeordnet ist. Der Chargenträger ist beispielsweise als Aufnahmebehälter ausgebildet, in welchem die Bauteile, wie beispielsweise Stück- oder Schüttgut, aufgenommen werden können. Ferner kann der Chargenträger eine Haltevorrichtung (zum Beispiel Bundträger) aufweisen, in welcher beispielsweise ein Bund, wie beispielsweise ein Aluminiumbund, befestigt werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Kontaktierungsstelle an dem Chargenträger angeordnet. Beispielsweise bildet die Kontaktierungsstelle einen Schleifkontakt oder einen entsprechenden Steckkontakt, wie beispielsweise ein Steckerelement oder eine Buchse, auf. Der Chargenträger kann beispielsweise einen Behälter bzw. eine Aufbewahrungsbox ausbilden, wobei an der Trägerwand des Chargenträgers die Kontaktierungsstelle ausgebildet ist. Die Auslesevorrichtung kann beispielsweise eine Andockstation für die Kontaktierungsstelle ausbilden und an einem bestimmten Ort in der Temperiervorrichtung angebracht sein. Der Chargenträger kann selbsttätig oder manuell an einer bestimmten Messposition in der Temperiervorrichtung platziert werden, wobei an dieser Messposition die Kontaktierungsstelle an dem Chargenträger einen Kontakt zum Austauschen der Temperatursignale mit der Auslesevorrichtung herstellt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Kontaktierungsstelle mittels zumindest einer elektrischen Leitung mit dem Messelement gekoppelt. Beispielsweise weist das Messelement einen Grundkörper auf, wobei die Kontaktierungsstelle örtlich getrennt von den Grundkörper angebracht wird. So kann beispielsweise die Kontaktierungsstelle an dem Chargenträger angeordnet sein, während der Grundkörper des Messelements innerhalb der Charge vorliegt, um somit die Temperatur im Zentrum der Charge zu messen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Messelement aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Messelement zwei Kontaktierungsstellen aufweisen, an welchen ein Stromfluss induziert werden kann. Das Messelement fungiert somit nach Art eines Widerstandsthermometers oder nach Art eines thermoelektrizitätsbasierten Thermometer (Seebeck-Effekt).
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System eine Haltevorrichtung auf, in welcher das Messelement, insbesondere austauschbar, aufnehmbar ist. Die Haltevorrichtung kann beispielsweise aus einem Material bestehen, welches temperaturbeständiger als das Material des Messelements ist. Ferner kann die Haltevorrichtung stabiler ausgebildet sein als das Messelement. Dabei kann das Material der Haltevorrichtung sich von dem zu erwärmenden Bauteil unterscheiden. Die Haltevorrichtung kann beispielsweise an einer bestimmten Position in der Temperiervorrichtung angeordnet werden. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung ebenfalls an dem Chargenträger befestigt werden. Das Messelement kann beispielsweise mittels einer Klemmverbindung oder mittels einer Schraubverbindung an der Haltevorrichtung befestigt werden. Insbesondere ist das Messelement austauschbar bzw. lösbar an der Haltevorrichtung befestigt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Handhabungsroboter auf, welcher einen Greifer zur Handhabung der Charge aufweist. Die Auslesevorrichtung ist an dem Handhabungsroboter ausgebildet. Der Handhabungsroboter ist ausgebildet, die Charge bzw. den Chargenträger mittels der Greifvorrichtung zu greifen und in die Temperiervorrichtung zu befördern oder aus dieser herauszunehmen. Die Greifvorrichtung kann beispielsweise nach Art einer Zange die Charge bzw. den Chargenträger tragen. Zusätzlich kann der Handhabungsroboter die Auslesevorrichtung aufweisen. Somit kann die Auslesevorrichtung zusammen mit dem Handhabungsroboter bewegt und verfahren werden. Die Auslesevorrichtung kann dabei derart an dem Handhabungsroboter angeordnet werden, dass eine Kopplung zwischen der Kontaktierungsstelle und der Auslesevorrichtung unabhängig von dem Greifen der Charge durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten kann in einem ersten Schritt mittels des Handhabungsroboters die Charge in die Temperiervorrichtung eingeführt werden. In einem nachfolgenden Schritt kann der Handhabungsroboter dann derart bewegt werden, dass die Auslesevorrichtung in Kontakt mit der Kontaktierungsstelle kommt, um die Temperatursignale auszulesen. Alternativ kann bereits während des Greifens der Charge ein Kontakt zwischen Auslesevorrichtung und der Kontaktierungsstelle durchgeführt werden. Somit kann zusätzlich in dem Schritt des Greifens ein Auslesen der Temperatursignale erzeugt werden, ohne dass der Handhabungsroboter weiter verfahren werden muss.
An der Haltevorrichtung kann in einer beispielhaften Ausführungsform neben dem Messelement ebenfalls die Charge befestigt werden. Entsprechend kann der Handhabungsroboter die Haltevorrichtung greifen und somit neben einem Durchführen der Temperaturmessung ebenfalls ein Transportieren bzw. Handhaben der Charge durchführen. So kann beispielsweise die Haltevorrichtung zusammen mit dem Messelement und der Charge aus der Temperiervorrichtung herausgenommen werden, wobei während des Transportvorgangs permanent die Temperatur und somit der Temperaturverlauf der Charge gemessen werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Handhabungsroboter derart ausgebildet, dass der Handhabungsroboter die Charge zusammen mit dem Messelement, insbesondere mittels Greifens einer Haltevorrichtung, greift, um die Charge zusammen mit dem Messelement zu einer weiteren Temperiereinrichtung zu befördern. Beispielsweise kann der Handhabungsroboter die Haltevorrichtung aus einem Ofen als Temperiervorrichtung herausnehmen und in ein Abschreckbecken als weitere Temperiervorrichtung eintauchen. Somit kann während des gesamten Wärmebehandlungsprozesses bzw. Temperierprozesses der Charge der Temperierverlauf gemessen und nachvollzogen werden. Gerade in der modernen Metallverarbeitung sind exakte Kontrollen der Temperaturverläufe während der Herstellung von Metallbauteil einer Charge notwendig, um exakte Festigkeitseigenschaften der Metalle einzustellen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Auslesevorrichtung an der Temperiervorrichtung derart anordbar, dass die Auslesevorrichtung selektiv an die Kontaktierungsstelle koppelbar ist. Beispielsweise kann, wie eingangs erörtert, die Auslesevorrichtung bewegbar an der Temperiervorrichtung angeordnet sein. Ferner kann die Auslesevorrichtung in einem Temperierraum der Temperiervorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise ist die Auslesevorrichtung an einem Gehäuse der Temperiervorrichtung angebracht, sodass nach dem Verschließen des Gehäuses die Auslesevorrichtung an die Kontaktierungsstelle gekoppelt ist. Ist die Temperiervorrichtung nach Art einer Durchlaufvorrichtung ausgebildet, so kann die Auslesevorrichtung derart in der Temperiervorrichtung angeordnet werden, dass bei Passieren der Charge die Auslesevorrichtung selbsttätig in Kontakt mit der Kontaktierungsstelle tritt, sodass die Temperatursignale ausgetauscht werden können.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Figurenliste
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge in einer Temperiervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines Messelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine schematische Darstellung einer Haltevorrichtung mit einem Messelement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
4 eine schematische Darstellung eines Handhabungsroboters mit der Haltevorrichtung aus 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.
1 zeigt ein System 100 zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge in einer Temperiervorrichtung 120. Das System 100 weist ein Messelement 102 auf, wobei das Messelement 102 innerhalb der Temperiervorrichtung 120 derart platzierbar ist, dass das Messelement 102 derselben Temperatur wie die Charge 101 aussetzbar ist. Das Messelement 102 weist eine Kontaktierungsstelle 103 auf. Das System 100 weist ferner eine Auslesevorrichtung 104 auf, welche selektiv an die Kontaktierungsstelle 103 derart koppelbar ist, dass die Temperatursignale von der Kontaktierungsstelle 103 auslesbar sind.
Die Temperiervorrichtung 120 weist beispielsweise einen Temperierraum auf, in welchem die Charge 101 auf eine gewünschte Temperatur gebracht wird bzw. einem vordefinierten Temperaturverlauf unterzogen wird. Die Temperiervorrichtung 120 ist in der beispielhaften Ausführungsform aus 1 als Durchlaufvorrichtung ausgebildet, durch welche die Charge 101 kontinuierlich oder sequenziell hindurchgeführt wird, wobei während des Durchführens bestimmte Temperierzonen durchlaufen werden.
Die Charge 101 beschreibt ein einzelnes zu temperierendes Metallbauteil oder ein Los mit einer Vielzahl von Metallbauteilen. Beispielsweise können die Metallbauteile einer Charge 101 Platten mit einer gewissen Wandstärke, Schüttgut oder vorgeformte Metallbauteile ausbilden. Die Bauteile einer Charge 101 sind beispielsweise in einem Chargenträger 110 angeordnet. Der Chargenträger 110 ist auf einem Förderband 111 angeordnet, welches sich beispielsweise entlang der Förderrichtung 109 bewegt.
Das Messelement 102 dient als Referenzelement, um einen Temperaturverlauf, welches das Messelement 102 während des thermischen Behandlungsprozesses ausgesetzt ist, zu messen und entsprechend auf den Temperaturverlauf der Charge 101 bzw. der Bauteile der Charge zu schließen.
Ferner ist das Messelement 102 mit zumindest einer Kontaktierungsstelle 103 ausgebildet, an welcher Temperatursignale, welche indikativ für die Temperatur des Messelements 102 sind, ausgelesen werden können. Das Messelement 102 ist beispielsweise aus einem metallischen Material ausgebildet und entsprechend elektrisch leitend. Das Messeelement 102 ist z.B. in Plattenform ausgebildet hat z.B. genau die Dicke, bzw. Blechstärke, wie die dickste Wandstärke des Bauteils der Charge 101 das wärmebehandelt werden soll.
Die Auslesevorrichtung 104 ist derart ausgebildet, dass diese selektiv an die Kontaktierungsstelle 103 des Messelements 102 ankoppelbar ist, um die Temperatursignale auszulesen. Der Auslesekontakt und die Kontaktierungsstelle 103 weisen eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise eine Stecker/Buchsen-Verbindung auf. Die Auslesevorrichtung 104 kann die Temperatursignale verarbeiten und einen exakten Temperierverlauf des Messelements 102 und entsprechend der Charge 101 bestimmen.
Unter einer selektiven Kopplung der Auslesevorrichtung 104 an die Kontaktierungsstelle 103 wird verstanden, dass temporär, d.h. zu einem gewünschten Zeitpunkt bzw. an einem bestimmten Ort in der Temperiervorrichtung 120, die Auslesevorrichtung 104 mit der Kontaktierungsstelle 103 gekoppelt wird. Entsprechend kann die Auslesevorrichtung 104 beispielsweise bewegbar an der Temperiervorrichtung 120 oder angeordnet sein. Insbesondere ist in dem Ausführungsbeispiel aus 1 die Auslesevorrichtung 104 in einem Temperierraum der Temperiervorrichtung 120 angeordnet. Beispielsweise ist die Auslesevorrichtung 104 an einem Gehäuse der Temperiervorrichtung 120 angebracht. Die Auslesevorrichtung 104 ist derart in der Temperiervorrichtung 120 angeordnet, dass bei Passieren der Charge 101 entlang der Förderrichtung 109 die Auslesevorrichtung 104 selbsttätig in Kontakt mit der Kontaktierungsstelle 103 tritt, sodass die Temperatursignale ausgetauscht werden können.
Das System 100 weist ferner ein Thermoelement aufweisend einen elektrisch leitenden ersten Thermoelementbereich 112 und einen elektrisch leitenden zweites Thermoelementbereich 113 auf, welche an dem Messelement 102 elektrisch leitend miteinander angeordnet sind (siehe 2). Die Kontaktierungsstelle 103 weist einen ersten Kontaktbereich 115 auf, welcher mit dem ersten Thermoelementbereich 112 elektrisch leitend gekoppelt ist. Ferner weist die Kontaktierungsstelle 103 einen zweiten Kontaktbereich 115 auf, welcher mit dem zweiten Thermoelementbereich 113 elektrisch leitend gekoppelt ist. Der erste und das zweite Thermoelementbereich 112, 113 sind beispielsweise nebeneinander auf dem Messelement 102 angeordnet. Der erste und der zweite Thermoelementbereich 112, 113 berühren sich beispielsweise, um somit einen elektrischen Kontakt bereitzustellen. Mit den Thermoelementbereichen 112, 113 kann eine Temperaturmessung basierend auf dem Prinzip der Thermoelektrizität und insbesondere des Seebeck-Effekts ausgeführt werden. Zwischen den beiden Thermoelementbereichen 112, 113 entsteht bei einer Temperaturdifferenz zwischen einem Bereich der Thermoelementbereiche 112, 113 an dem Messelement 102 und einem anderen Bereich der Thermoelementbereiche 112, 113 entfernt von dem Messelement 102, beispielsweise im Bereich der Kontaktierungsstelle 103 bzw. in der Auslesevorrichtung 104, an welchen die Thermoelementbereiche 112, 113 elektrisch leitend ankoppelbar sind, eine Thermospannung. Basierend auf der entstehenden Thermospannung kann auf die Temperatur der Thermoelementbereiche 112, 113 an dem Messelement 102 und entsprechend auf die Temperatur der Charge 101 geschlossen werden.
In dem Ausführungsbeispiel aus 1 weist die Kontaktierungsstelle 103 bzw. der erste und/oder zweite Kontaktbereich 115, 116 eine Auslesebuchse 106 und die Auslesevorrichtung 104 einen Auslesestecker 105 auf. Der Auslesestecker 105 ist in die Auslesebuchse 106 selektiv steckbar.
Eine Antriebsvorrichtung 107 ist zum Bewegen der die Ausleseeinrichtung 104 angeordnet. Die Antriebsvorrichtung 107 verfährt die Ausleseeinrichtung 104 entlang der dargestellten Pfeile zwischen einer Koppelposition, in welcher die Auslesevorrichtung 104 mit der Kontaktierungsstelle 103 gekoppelt ist, und einer inaktiven Position, in welcher die Ausleseeinrichtung 104 von der Kontaktierungsstelle 103 entkoppelt ist.
Das Messelement 102 ist, wie in 1 dargestellt, in dem Chargenträger 110 angeordnet. Der Chargenträger 110 ist beispielsweise als Aufnahmebehälter ausgebildet, in welchem die Charge an Bauteilen, wie beispielsweise als Stück- oder Schüttgut, aufgenommen werden kann. Die Kontaktierungsstelle 103 ist an einer Trägerwand des Chargenträgers 110 angeordnet. Beispielsweise bildet die Kontaktierungsstelle 103 bzw. die ersten und/oder zweiten Kontaktbereiche eine Auslesebuchse 106 aus. Die Auslesevorrichtung 104 kann beispielsweise eine Andockstation für die Kontaktierungsstelle 103 ausbilden und an einem bestimmten Ort in der Temperiervorrichtung 120 angebracht sein.
Die Kontaktierungsstelle 103 ist mittels zumindest einer elektrischen Leitung 108 mit dem Messelement 102 gekoppelt. Beispielsweise weist das Messelement 102 einen Grundkörper auf, wobei die Kontaktierungsstelle 103 örtlich getrennt von den Grundkörper angebracht wird. So kann beispielsweise die Kontaktierungsstelle 103 an dem Chargenträger 110 angeordnet sein, während der Grundkörper des Messelements 102 innerhalb der Charge 101 vorliegt, um somit die Temperatur im Zentrum der Charge 101 zu messen.
Zwischen dem ersten Thermoelementbereich 112 und dem ersten Kontaktbereich 115 ist insbesondere ein erster elektrischer Leiter 108 ausgebildet, welcher insbesondere aus einem Material des ersten Thermoelementbereichs 112 ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist zwischen dem zweiten Thermoelementbereich 113 und dem zweiten Kontaktbereich 116 ein zweiter elektrischer Leiter 108' ausgebildet, welcher insbesondere aus einem Material des zweiten Thermoelementbereichs 113 ausgebildet ist. Der elektrische Leiter 108, 108' ist beispielsweise als Draht ausgebildet.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Messelements 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Messelement 102 weist dabei einen Grundkörper mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Der Grundkörper kann dabei eine Dicke aufweisen, welche dem zu erwärmenden Bauteil entspricht, um eine exakte Referenzmessung durchzuführen Ein elektrisch leitendes erstes Thermoelement 112 und ein elektrisch leitendes zweites Thermoelement 113 sind an dem Messelement 102 elektrisch leitend miteinander angeordnet. Die Kontaktierungsstelle 103 weist einen ersten Kontaktbereich 115 auf, welcher mit dem ersten Thermoelement 112 elektrisch leitend gekoppelt ist. Ferner weist die Kontaktierungsstelle 103 einen zweiten Kontaktbereich 115 auf, welcher mit dem zweiten Thermoelement 113 elektrisch leitend gekoppelt ist. Entsprechend können elektrische Leiter 108, 108' beabstandet voneinander an den Grundkörper elektrisch leitend gekoppelt werden. An entgegengesetzten Enden der elektrischen Leiter 108, 108' sind beispielsweise Auslesebuchsen 106 ausgebildet. Entsprechend können Auslesestecker 105 der Auslesevorrichtung 104 in die Auslesebuchsen 106 gesteckt werden, um eine Temperaturmessung durchzuführen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Haltevorrichtung 301 mit einem Messelement 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Haltevorrichtung 301 ist nach Art eines Trägers ausgebildet. Die Haltevorrichtung 301 weist beispielsweise einen S-förmigen Träger auf. An einem Ende des Trägers kann beispielsweise ein Handhabungsbereich 303 ausgebildet werden, an welchen beispielsweise eine Greifvorrichtung einer Handhabungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Handhabungsroboter 401 (siehe 4), gekoppelt werden kann, um die Haltevorrichtung 301 zu bewegen. Die Haltevorrichtung 301 kann ferner beispielsweise in einem Ofenraum der Temperiervorrichtung 120 befestigt werden.
An einem weiteren Bereich der Haltevorrichtung 301 sind Halteelemente 302 angeordnet. Die Halteelemente 302 können beispielsweise wie in 3 dargestellt aus mehreren Haltepins bestehen, wobei zwischen gegenüberliegenden Haltepins ein Spalt definiert wird, in welchem das Messelement 102 austauschbar eingeschoben werden kann.
Ferner ist an einen weiteren Bereich der Haltevorrichtung 301 die Kontaktierungsstelle 103 ausgebildet. An der Kontaktierungsstelle werden beispielsweise die Auslesebuchsen 106, 106' an entsprechenden ersten und zweiten Kontaktierungsbereichen 115, 116 angeordnet.
4 eine schematische Darstellung eines Handhabungsroboters 401 mit der Haltevorrichtung aus 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Handhabungsroboter 401 weist einen Greifer 402 zur Handhabung der Charge bzw. der Haltevorrichtung 301 auf. Die Auslesevorrichtung 104 und deren Auslesestecker 105 sind an dem Handhabungsroboter 401 angeordnet. Der Handhabungsroboter 401 ist ausgebildet, die Charge 101 bzw. die Haltevorrichtung 301 an deren Handhabungsbereich 303 mittels der Greifvorrichtung 402 zu greifen und in die Temperiervorrichtung 120 zu befördern oder aus dieser herauszunehmen. Die Greifvorrichtung 402 kann beispielsweise nach Art einer Zange die Charge 101 bzw. die Haltevorrichtung 301 tragen.
An der Haltevorrichtung 301 kann neben dem Messelement 102 ebenfalls die Charge 101 befestigt werden. Entsprechend kann der Handhabungsroboter 401 die Haltevorrichtung 301 mit einem Greifer 402 greifen und somit neben einem Durchführen der Temperaturmessung ebenfalls ein Transportieren bzw. Handhaben der Charge 101 durchführen. So kann beispielsweise die Haltevorrichtung 301 zusammen mit dem Messelement 102 und der Charge 101 aus der Temperiervorrichtung 120 herausgenommen werden, wobei während des Transportvorgangs permanent die Temperatur und somit der Temperaturverlauf der Charge 101 gemessen werden kann.
Der Handhabungsroboter 401 ist derart ausgebildet, dass der Handhabungsroboter 401 die Charge 101 zusammen mit dem Messelement 102 greift, um die Charge 101 zusammen mit dem Messelement 102 zu einer weiteren Temperiereinrichtung zu befördern. Beispielsweise kann der Handhabungsroboter 401 die Haltevorrichtung 301 aus einem Ofen als Temperiervorrichtung 120 herausnehmen und in ein Abschreckbecken als weitere Temperiervorrichtung eintauchen. Somit kann während des gesamten Wärmebehandlungsprozesses bzw. Temperierprozesses der Charge 101 der Temperierverlauf gemessen und nachvollzogen werden.
Die Auslesevorrichtung 104 ist ebenfalls an dem Handhabungsroboter 401 angeordnet und kann zusammen mit dem Handhabungsroboter 401 bewegt und verfahren werden. Die Auslesevorrichtung 104 kann dabei derart an dem Handhabungsroboter 401 angeordnet werden, dass eine Kopplung zwischen der Kontaktierungsstelle 103 und der Auslesevorrichtung 104 unabhängig von dem Greifen der Charge 101 durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten kann in einem ersten Schritt mittels des Handhabungsroboters 401 die Charge 101 in die Temperiervorrichtung 120 eingeführt werden. In einem nachfolgenden Schritt kann der Handhabungsroboter 401 dann derart bewegt werden, dass die Auslesevorrichtung 104 in Kontakt mit der Kontaktierungsstelle 103 kommt, um die Temperatursignale auszulesen. Alternativ kann bereits während des Greifens der Charge 101 bzw. der Haltevorrichtung 301 ein Kontakt zwischen Auslesevorrichtung 104 und der Kontaktierungsstelle 103 durchgeführt werden.
Vor allem bei Stückgutvergütung als Charge 101 können Handhabungsroboter 401 eingesetzt werden, die die heiße Charge 101 aus der Temperiervorrichtung 120 holen. Die Auslesevorrichtung 104 kann als Andocksystem an dem Handhabungsroboter 401 montiert sein und es wird die Temperatur bei der Entnahme der Charge 101 aus der Temperiervorrichtung 120 gemessen.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

100: System
101: Charge
102: Messelement
103: Kontaktierungsstelle
104: Auslesevorrichtung
105: Auslesestecker
106: Auslesebuchse
107: Antriebsvorrichtung
108: erster elektrischer Leiter
109: Förderrichtung
110: Chargenträger
111: Förderband
112: erster Thermoelementbereich
113: zweiter Thermoelementbereich
114: zweiter elektrischer Leiter
115: erster Kontaktbereich
116: zweiter Kontaktbereich
120: Temperiervorrichtung
301: Haltevorrichtung
302: Halteelement
303: Handhabungsbereich
401: Handhabungsroboter
402: Greifer

Claims

System (100) zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge (101) in einer Temperiervorrichtung (120), das System (100) aufweisend ein Messelement (102), wobei das Messelement (102) innerhalb der Temperiervorrichtung (120) derart platzierbar ist, dass das Messelement (102) derselben Temperatur wie die Charge (101) aussetzbar ist, wobei das Messelement (102) eine Kontaktierungsstelle (103) aufweist, eine Auslesevorrichtung (104), welche selektiv an die Kontaktierungsstelle (103) derart koppelbar ist, dass die Temperatursignale von der Kontaktierungsstelle (103) auslesbar sind.
System (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein Thermoelement aufweisend einen elektrisch leitenden ersten Thermoelementbereich (112) und einen elektrisch leitenden zweiten Thermoelementbereich (113), welche an dem Messelement (102) elektrisch leitend miteinander angeordnet sind, wobei die Kontaktierungsstelle (103) einen ersten Kontaktbereich (115), welcher mit dem ersten Thermoelementbereich (112) elektrisch leitend gekoppelt ist, und einen zweiten Kontaktbereich (116), welcher mit dem zweiten Thermoelementbereich (113) elektrisch leitend gekoppelt ist, aufweist.
System (100) gemäß Anspruch 2, wobei sich das Material des ersten Thermoelementbereichs (112) von dem Material des zweiten Thermoelementbereichs (113) unterscheidet.
System (100) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen dem ersten Thermoelementbereich (112) und dem ersten Kontaktbereich (115) ein erster elektrischer Leiter (108) ausgebildet ist, welches insbesondere aus einem Material des ersten Thermoelementbereichs (112) ausgebildet ist, und/oder wobei zwischen dem zweiten Thermoelementbereich (113) und dem zweiten Kontaktbereich (116) ein zweiter elektrischer Leiter (114) ausgebildet ist, welcher insbesondere aus einem Material des zweiten Thermoelementbereichs (113) ausgebildet ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Auslesevorrichtung (104) konfiguriert ist, eine Temperaturmessung basierend auf dem Seebeck-Effekt durchzuführen.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zumindest ein Kontaktbereich (115, 116) der Kontaktierungsstelle (103) eine Auslesebuchse (106) aufweist, wobei die Auslesevorrichtung (104) einen Auslesestecker (105) aufweist, welcher in die Auslesebuchse (106) selektiv steckbar ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 , ferner aufweisend eine Antriebsvorrichtung (107) zum Bewegen der Ausleseeinrichtung derart, dass die Ausleseeinrichtung selektiv an die Kontaktierungsstelle (103) koppelbar ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend einen Chargenträger (110), in welchem die Charge (101) aufnehmbar ist, wobei das Messelement (102) in dem Chargenträger (110), angeordnet ist.
System (100) gemäß Anspruch 8, wobei die Kontaktierungsstelle (103) an dem Chargenträger (110), angeordnet ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kontaktierungsstelle (103) mittels zumindest einer elektrischen Leitung mit einem Grundkörper des Messelements (102) gekoppelt ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Messelement (102) aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend eine Haltevorrichtung (301), in welcher das Messelement (102), insbesondere austauschbar, aufnehmbar ist.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend einen Handhabungsroboter (401), welcher einen Greifer (402) zur Handhabung der Charge (101) aufweist, wobei die Auslesevorrichtung (104) an dem Handhabungsroboter (401) ausgebildet ist.
System (100) gemäß Anspruch 13, wobei der Handhabungsroboter (401) derart ausgebildet ist, dass der Handhabungsroboter (401) die Charge zusammen mit dem Messelement (102), insbesondere mittels Greifens einer Haltevorrichtung (301), greift, um die Charge zusammen mit dem Messelement (102) zu einer weiteren Temperiereinrichtung zu befördern.
System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Auslesevorrichtung (104) an der Temperiervorrichtung (120) derart anordbar ist, dass die Auslesevorrichtung (104) selektiv an die Kontaktierungsstelle (103) koppelbar ist.
Temperieranlage, aufweisend eine Temperiervorrichtung (120) zum Durchführen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge (101), und ein System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Messelement (102) innerhalb der Temperiervorrichtung (120) derart platziert ist, dass das Messelement (102) derselben Temperatur wie die Charge (101) aussetzbar ist.
Verfahren zum Überwachen eines thermischen Behandlungsprozesses einer Charge (101) in einer Temperiervorrichtung (120), das Verfahren aufweisend Platzieren eines Messelements innerhalb der Temperiervorrichtung (120) derart, dass das Messelement (102) derselben Temperatur wie die Charge (101) aussetzbar ist, selektives Koppeln einer Auslesevorrichtung (104) an eine Kontaktierungsstelle (103) des Messelements derart, dass die Temperatursignale von der Kontaktierungsstelle (103) auslesbar sind.