Optischer Randzonensensor zur Prozessüberwachung und Steuerung von Nitrier- und Nachoxidierbehandlungen von Stahl
Die Wärmebehandlung von Stahl ist ein unverzichtbarer Bestandteil moderner Industrie – von der Automobilproduktion bis zur Luft- und Raumfahrt. Besonders das Nitrieren erhöht die Verschleiß- und Schwingfestigkeit von Bauteilen erheblich. Gleichzeitig zählt es zu den energieintensiven Verfahren der Metallverarbeitung und birgt hohe Risiken für Ausschuss, wenn die Qualität der Randschicht nicht exakt kontrolliert wird. Damit wächst der Bedarf an Lösungen, die Qualitätssicherung, Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit miteinander verbinden.
Das Projekt Ostenit entwickelt hierfür einen neuartigen optischen Sensor, der die beim Nitrierprozess entstehende Verbindungsschicht erstmals direkt am Bauteil im Ofen während des Wärmebehandlungsprozesses erfasst. Während herkömmliche Gassensoren lediglich die Zusammensetzung der Prozessatmosphäre überwachen und im Zusammenhang mit der Prozessdauer einen Rückschluss auf die Erwartungswerte erlauben, liefert die optische Sensorik unmittelbare Informationen über die tatsächliche Randschichtentwicklung. Damit wird ein zentrales Problem der industriellen Gasnitrierung adressiert: die Inline-Überwachung und Qualitätsprüfung während des Prozesses ohne auf aufwendige ex-situ Prüfmethoden wie Härtemessungen oder Schliffbilder angewiesen zu sein.
Die direkte Messung eröffnet neue Möglichkeiten für die Prozesssteuerung. Anstelle starrer Zeit-Temperaturprofile oder indirekter Gasanalysen können Parameter wie Ammoniakzufuhr, Temperatur oder Behandlungsdauer dynamisch an die gemessene Schichtdicke angepasst werden. Abweichungen werden frühzeitig erkannt, sodass Ergebnisabweichungen vermieden werden können. Das steigert die Prozesssicherheit, reduziert Ausschuss und spart Energie, Zeit und Material.
Darüber hinaus eröffnet die kontinuierliche Erfassung der Schichtentwicklung ein erhebliches Automatisierungspotenzial. Sie bildet die Grundlage für selbstoptimierende Wärmebehandlungsanlagen und macht den Sensor zu einer Schlüsselkomponente für intelligente, adaptive Prozesse. Damit leistet Ostenit nicht nur einen Beitrag zur Digitalisierung im Sinne von Industrie 4.0, sondern auch zur ressourcenschonenden Fertigung. Da es bislang keine etablierten Technologien gibt, die Nitrierschichten direkt in-situ analysieren können, besitzt der Sensor ein klares Alleinstellungsmerkmal.
