GASWÄRME International Messen, Steuern, Regeln, Automatismen (Vorschau)
ISSN 0020-9384 VULKAN-VERLAG Ausgabe 3/2011 THERMPROCESS 2011 28. Juni bis 2. Juli 2011 in Düssseldorf Vorschau zum Event des Jahres Informationen – Programm – Interview www.gaswaerme-online.de Schwerpunkt Messen, Steuern, Regeln, Automatisieren Sind Sie sicher? Informationen zur funktionalen Sicherheit an Thermoprozessanlagen erhalten Sie hier: www.k-sil.de Elster GmbH Postfach 2809 49018 Osnabrück T +49 541 1214-0 F +49 541 1214-370 info@kromschroeder.com www.kromschroeder.de Halle 9 Stand D22
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ISSN 0020-9384<br />
VULKAN-VERLAG<br />
Ausgabe<br />
3/2011<br />
THERMPROCESS 2011<br />
28. Juni bis 2. Juli 2011<br />
in Düssseldorf<br />
<strong>Vorschau</strong> zum Event des Jahres<br />
Informationen – Programm –<br />
Interview<br />
www.gaswaerme-online.de<br />
Schwerpunkt<br />
<strong>Messen</strong>, <strong>Steuern</strong>, <strong>Regeln</strong>, Automatisieren<br />
Sind Sie sicher?<br />
Informationen zur funktionalen Sicherheit an<br />
Thermoprozessanlagen erhalten Sie hier:<br />
www.k-sil.de<br />
Elster GmbH<br />
Postfach 2809<br />
49018 Osnabrück<br />
T +49 541 1214-0<br />
F +49 541 1214-370<br />
info@kromschroeder.com<br />
www.kromschroeder.de<br />
Halle 9<br />
Stand D22
smart meter<br />
smart grid<br />
smart energy 2.0<br />
Intelligente Wege der<br />
effizienten Energieverteilung<br />
18.05.2011, Essen • 09:00 – 17:30 Uhr • Atlantic Congress Hotel Essen • www.gwf-smart-metering.de<br />
Programm-Höhepunkte<br />
Wann und Wo?<br />
Moderation: Dr.-Ing. Ulrich Wernekinck,<br />
Technischer Geschäftsführer der RWE<br />
Westfalen-Weser-Ems-Verteilnetz GmbH<br />
Rahmenbedingungen für Smart Meter +<br />
Smart Grid in Deutschland<br />
Alexander Kleemann (Bundesministerium<br />
für Wirtschaft und Technologie)<br />
Neue Konzepte dezentral vernetzter Energiesysteme<br />
– Bestandsaufnahme und Ausblick<br />
Prof. Michael Laskowski (RWE Metering GmbH)<br />
DVGW Innovationsoffensive – Anforderungen an<br />
das Netzmanagement bei Konvergenz von Gas<br />
und Strom<br />
Dr.-Ing. Hartmut Krause (DBI Gas- und<br />
Umwelttechnik GmbH)<br />
Smart Metering aus metrologischer Sicht<br />
Dr. Helmut Többen (Physikalisch-Technische Bundesanstalt)<br />
Konzepte der europäischen<br />
Gaswirtschaft Smart Gas Grid<br />
Roger Kohlmann (Bundesverband der<br />
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.)<br />
Gasnetze als Energiespeicher der Zukunft<br />
Dr. Gerald Linke (E.ON Ruhrgas AG)<br />
Thema: smart meter – smart grid –<br />
smart energy 2.0<br />
Intelligente Wege der effizienten<br />
Energieverteilung<br />
Veranstalter: gwf Gas / Erdgas, figawa<br />
Termin: Mittwoch, 18.05.2011,<br />
9:00 – 17:30 Uhr<br />
Ort: Atlantic Congress Hotel Essen<br />
Zielgruppe: Mitarbeiter von Stadtwerken,<br />
Energieversorgungs unternehmen,<br />
Dienstleistern und der Geräteindustrie<br />
Teilnahmegebühr:<br />
gwf-Abonnenten /<br />
figawa-Mitglieder: 600,00 €<br />
Firmenempfehlung: 650,00 €<br />
Nichtabonnenten/-mitglieder: 680,00 €<br />
Im Preis enthalten sind die Tagungsunterlagen sowie das<br />
Catering (2x Kaffee, 1x Mittagessen)<br />
Veranstalter<br />
Mehr Information und Online-Anmeldung unter<br />
www.gwf-smart-metering.de<br />
Fax-Anmeldung: 089 - 450 51-207 oder Online-Anmeldung: www.gwf-smart-metering.de<br />
Ich bin gwf-Abonnent<br />
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Telefax<br />
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E-Mail<br />
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Land, PLZ, Ort<br />
Nummer<br />
✘<br />
Ort, Datum, Unterschrift
E d i t o r i a l<br />
Innovationen und Verbesserungen<br />
in der Mess- und Regeltechnik<br />
Das vorliegende Heft beschäftigt sich mit einem breiten<br />
Spektrum von Innovationen und Verbesserungen<br />
der Mess- und Regeltechnik von Thermoprozessanlagen;<br />
darüber hinaus werden Änderungen im Regelwerk<br />
sowie neue Erkenntnisse aus der Forschung<br />
behandelt.<br />
Der Beitrag „Vorausschauende Instandhaltung von<br />
Thermoprozessanlagen – Sind Abnutzung und Ausfallpunkt<br />
eines Betriebsmittels berechenbar“ stellt<br />
ein Expertensystem vor, das die Ausfallwahrscheinlichkeiten<br />
von Betriebsmitteln aufgrund von statistischen<br />
Methoden vorhersagt. Derartige Verfahren<br />
erlauben es, die Lebensdauer von Komponenten möglichst auszureizen, jedoch einen Ausfall und damit einen<br />
Stillstand der Anlage zu vermeiden (S. 141).<br />
Zwei Beiträge beschäftigen sich mit der Erkennung bzw. den Auswirkungen von Fehlmessungen. Der Artikel<br />
„Referenzmessungen in der Aufkohlungsatmosphäre“ zeigt auf, wie durch Referenzmessungen Messfehler<br />
erkannt und Qualitätsmängel vermieden werden können (S. 169). Der Beitrag „Auswirkung von Messfehlern<br />
auf das Behandlungsergebnis beim Nitrieren und Nitrocarburieren“ schätzt ab, in welcher Größenordnung mit<br />
Qualitätsverlusten durch Messabweichungen zu rechnen ist (S. 133).<br />
Ofenführungssysteme werden immer wichtiger für die Qualitätskonstanz bei gleichzeitiger Reduzierung der<br />
eingesetzten Energie. Während die ersten Ofenführungssysteme vor über 30 Jahren auf einfachen Simulationsmodellen<br />
beruhten, können heutige Systeme auf hohe Rechenleistung und eine größere Zahl von Messdaten<br />
aufbauen. Entsprechend komplexer und realitätsnäher kann die Modellierung sein. Dies beschreibt<br />
eindrucksvoll der Artikel „Dreistufiges Ofenführungssystem mit Optimierung der Sollwertbestimmung durch<br />
Betrachtung des Wärmeguts“ (S.175).<br />
An die Steuerung einer Thermoprozessanlage werden hohe Anforderungen bezüglich Sicherheit, Verfügbarkeit<br />
und Wirtschaftlichkeit gestellt. Bei der Gestaltung von Steuerungsanlagen muss eine Vielzahl von<br />
EG-Richtlinien und Normen, wie z.B. die Maschinen-, Niederspannungs-, EMV- und Gasverbrauchsrichtlinie<br />
beachtet werden. Der Artikel „Steuerungs- und Schutzsysteme an industrielle Thermoprozessanlagen“<br />
beschreibt das vielfältige Regelwerk und zeigt zudem auf, wie so genannte SIL/LP-Level von Sicherheitsfunktionen<br />
ermittelt werden können (S. 153).<br />
Zwei Beiträge aus der Wissenschaft runden das Bild ab. Der Beitrag „Numerische Berechnung der Lärmemission<br />
einer nicht vorgemischten Flamme“ zeigt den heutigen Stand der Computational Fluiddynamics (CFD),<br />
die nicht mehr nur eine Berechnung von Strömungs- und Verbrennungsvorgängen ermöglicht, sondern auch<br />
die Bestimmung der Lärmemission einer Flamme erlaubt (S. 179). Der Artikel „Hyperselect – eine alternative<br />
Bewertungsmethode im Innovationsmanagement“ beschreibt eine Methode, die das Management bei der<br />
Bewertung und Priorisierung von Innovationsideen unterstützen kann (S. 189).<br />
Zudem berichtet das Engler-Bunte-Institut über neuste Entwicklungen in seiner wissenschaftlichen Einrichtung<br />
(S. 195).<br />
Wir wünschen Ihnen viel Spaß und hoffen auf reiche Anregungen für Ihre tägliche Praxis beim Lesen dieser<br />
umfangreichen und hoch interessanten Ausgabe der Gaswärme <strong>International</strong>.<br />
Dr. Dieter Stirnberg<br />
greEn-C Consulting<br />
Dr. Norbert Burger<br />
FIGAWA e. V.<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
113
F a c h b e r i c h t e<br />
Heft 3<br />
April 2011<br />
www.gaswaerme-online.de<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
Schwerpunkt:<br />
<strong>Messen</strong>, <strong>Steuern</strong>, <strong>Regeln</strong>, Automatisieren<br />
N a c h r i c h t e n<br />
Unternehmen und Wirtschaft<br />
Chinesischer Hartmetallproduzent bestellt drei<br />
Sinter-HIP-Öfen bei ALD Vacuum Technologies .............. 118<br />
ANDRITZ liefert Gasifizierungsanlage für das<br />
Metsä-Botnia-Werk Joutseno ............................. 118<br />
Mangels Aços erweitert bestehende Haubenofenanlage<br />
von Ebner ......................................... 118<br />
Auspackanlage der Schmolz + Bickenbach Guss<br />
erhöht Effektivität ......................................... 118<br />
Kooperationsvereinbarung der E.ON Ruhrgas mit<br />
Viessmann für Mikro-KWK-Anlagen ...................... 119<br />
SMS group weitet sein Engagement für VDI-Initiative<br />
„Sachen Machen“ aus .................................... 119<br />
Neuer RWE-Energiekatalog für Geschäftskunden ......... 120<br />
Schwank erhält Auszeichnung zum Weltmarktführer ..... 120<br />
WELTEC BIOPOWER setzt auf Mikrogasturbinen<br />
von Greenvironment ...................................... 120<br />
Siemens modernisiert Stranggießanlage bei<br />
ThyssenKrupp Steel ....................................... 120<br />
Linde erneut „TÜV Service tested“ ....................... 122<br />
Aus actogas wird Bayerngas Energy Trading .............. 122<br />
Positive Einschätzung der Trimet Aluminium AG für<br />
den Aluminiummarkt ..................................... 122<br />
E.ON-Konzernstrategie „Cleaner & better energy“ ....... 123<br />
ABP startet erfolgreich in 2011 ........................... 123<br />
Deutscher Weiterbildungspreis 2010 ..................... 124<br />
50 Jahre GVS ............................................. 124<br />
Institut für Innovatives Prozessmanagement gegründet .. 125<br />
F a c h b e r i c h t e<br />
Karl-Michael Winter<br />
Auswirkungen von Messfehlern auf das Behandlungsergebnis<br />
beim Nitrieren und Nitrocarburieren<br />
Impact of measurement errors on the results of nitriding and<br />
nitrocarburizing treatments ............................................................................... 133<br />
Hartmut Steck-Winter<br />
Vorausschauende Instandhaltung von Thermoprozessanlagen<br />
Predictive maintenance of thermal processing installation.................................. 141<br />
142<br />
Inspektion einer Rollenherdofenanlage –<br />
Vorausschauende Instandhaltung von<br />
Thermoprozessanlagen<br />
Klaus Kroner<br />
Steuerungs- und Schutzsysteme an industriellen<br />
Thermoprozessanlagen<br />
Control- and protective systems on industrial thermal processing installations ... 153<br />
Džo Mikulović, Dragan Zivanović, Florian Ehmeier<br />
Referenzmessungen in der Aufkohlungsatmosphäre – Teil 2<br />
Reference measurements in a carburizing atmosphere: part 2 ........................... 169<br />
Steuerungs- und Schutzsysteme an<br />
industriellen Themoprozessanlagen –<br />
welche Rolle spielen zukünftig SIL/PL-<br />
Zertifizierungen?<br />
153<br />
Lorenzo Croce, Uta Leifgen<br />
Dreistufiges Ofenführungssystem mit Optimierung der<br />
Sollwertbestimmung durch Betrachtung des Wärmeguts<br />
Three-level furnace control system including optimization of setpoint<br />
via holistic charge analysis ................................................................................. 175<br />
Feichi Zhang, Peter Habisreuther, Matthias Hettel, Henning Bockhorn<br />
Numerische Berechnung der Lärmemission einer nicht<br />
vorgemischten Flamme<br />
Numerical simulation of noise emission from a non-premixed flame .................. 179<br />
114<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
www.thermprocess.de<br />
N a c h r i c h t e n<br />
Messe/Kongresse/Tagungen ............................. 124<br />
Veranstaltungen ........................................ 125<br />
Fortbildung ............................................. 126<br />
GWI-Seminare .......................................... 128<br />
Personalien ............................................. 128<br />
Medien ................................................. 130<br />
Düsseldorf,<br />
Germany<br />
28 June –<br />
02 July 2011<br />
T e r m p r o c e s s 2011<br />
Beste Aussichten für „The Bright World of Metals“ ...... 185<br />
THERMPROCESS Symposium ............................ 186<br />
Interview: „Aussteller kommen mit Produktneuheiten<br />
und Highlights nach Düsseldorf” ........................ 187<br />
W i r t s c h a f t & Management<br />
Hyperselect – eine alternative Bewertungsmethode<br />
im Innovationsmanagement ............................. 189<br />
E r f a h r u n g s b e r i c h t e<br />
Wärmebehandlungsanlage für neues<br />
Achtgang-Automatikgetriebe .......................... 193<br />
Kälte aus dem Industrieofen reduziert CO 2<br />
-Emission .. 194<br />
I m Profil<br />
Lehrstuhl und Bereich Verbrennungstechnik im Engler-<br />
Bunte-Institut am Karlruher Institut für Technologie ...... 195<br />
T e c h n i k Aktuell<br />
Mobiles Gasanalysegerät prüft Schutzgas gemäß<br />
CQI 9-Leitfaden .......................................... 201<br />
Neues Funktelemetriesystem zur Echtzeit-<br />
Temperaturprofilmessung in Industrieprozessen .......... 201<br />
Wärmebildkameras der E-Serie ........................... 201<br />
Dezentrale Automation über TCP/IP ...................... 202<br />
Mischgeräte für technische Gase online überwachen ..... 202<br />
Sauerstoffinjektor optimiert Oxidationsprozesse .......... 202<br />
Mehrgaswarngerät jetzt mit Baumusterprüfbescheinigung<br />
nach ATEX 94/9/EC ....................... 203<br />
Energiespareffekt in der Abgasreinigung ................. 203<br />
F i r m e n p o r t r ä t<br />
celano GmbH ........................................... 205<br />
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
Markübersicht 2011 ......................................... 207<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
R u b r i k e n<br />
Herzlich willkommen zur 10. <strong>International</strong>en<br />
Fachmesse und Symposium für die Thermoprozesstechnik!<br />
Ausgestellte Industrieöfen,<br />
industrielle Wärmebehandlungsanlagen,<br />
Bauelemente und Ausrüstungen, Prüftechnik<br />
und Feuerfestbau sowie das Symposium für<br />
die Thermoprozesstechnik bringen Ihnen den<br />
aktuellen Stand der Technik für erfolgreiches<br />
Business.<br />
Im Fokus stehen Innovationen in Energieund<br />
Ressourceneffizienz sowie Nachhaltigkeit<br />
insbesondere bei Ausstellern der ecoMetals-<br />
Initiative.<br />
Editorial ................................................ 113<br />
Inserentenverzeichnis ................................... 206<br />
Impressum ............................................. 3. US
Faszi nati o n Tech n i k
Eine nicht alltägliche Aufgabe für ein Messgerät: Ein Datenlogger<br />
nimmt über Thermoelemente Temperaturen auf und wird dabei von einem TS02<br />
Hitzeschutzbehälter vor der Ofentemperatur (hier 1.080 °C, bis zu 1.350 °C sind möglich)<br />
geschützt. In vielen Öfen ist dies die einfachste Möglichkeit, Werkstücktemperaturen<br />
aufzuzeichnen. (Quelle: PhoenixTM GmbH)
N a c h r i c h t e n<br />
UNTERNEHMEN UND WIRTSCHAFT<br />
Chinesischer Hartmetallproduzent bestellt drei<br />
Sinter-HIP-Öfen bei ALD Vacuum Technologies<br />
Xiamen Golden Egret Special<br />
Alloy Co., Ltd. (China), Hersteller<br />
von Hartmetallteilen,<br />
hat drei Produktionsanlagen<br />
zum Entwachsen und Hochdrucksintern<br />
vom Typ „VK-<br />
Pgr” von ALD Vacuum Technologies<br />
GmbH (“ALD”), der<br />
Engineering Systems Division<br />
von AMG Advanced Metallurgical<br />
Group N.V. („AMG”,<br />
EURONEXT AMSTERDAM:<br />
“AMG”) bestellt. Diese Öfen<br />
ermöglichen das Sintern unter<br />
Hochdruck mit bis zu 100<br />
bar Argon Gasdruck, dem<br />
letzten Schritt in der Produktion<br />
von hochqualitativen Hartmetallen.<br />
Der VKPgr Ofen von ALD<br />
kombiniert die drei maßgeblichen<br />
Prozesse in der Pro-<br />
Der internationale Technologiekonzern<br />
ANDRITZ wurde<br />
mit der Lieferung einer<br />
Gasifizierungsanlage für das<br />
Werk Joutseno von Metsä-<br />
Botnia, Finnland, beauftragt.<br />
Die 48-MW-Anlage wird aus<br />
vor Ort anfallender Biomasse<br />
„grünes“ Heizgas erzeugen,<br />
duktion von Hartmetallen.<br />
Im ersten Prozesszyklus wird<br />
das sogenannte Grünteil entwachst.<br />
Als Nächstes werden<br />
die Komponenten im Vakuum<br />
bei Temperaturen von etwa<br />
1.400 °C gesintert. Im letzten<br />
Schritt werden die Teile<br />
unter Hochdruck verdichtet,<br />
um eine porenfreie Materialstruktur<br />
zu erreichen. Der<br />
Schritt des Hochdruckpressens<br />
dient der Sicherstellung<br />
der höchsten mechanischen<br />
Eigenschaften der Hartmetall-<br />
Komponenten, wie z. B. für<br />
Werkzeuge wie Bohrer und<br />
Fräser. Golden Egret, einer<br />
der Hauptakteure auf dem<br />
Hartmetall-Markt, hat bereits<br />
seit Jahren verschiedene ALD-<br />
Sinteröfen im Einsatz.<br />
ANDRITZ liefert Gasifizierungsanlage für das<br />
Metsä-Botnia-Werk Joutseno<br />
womit das Werk unabhängig<br />
von fossilen Brennstoffen<br />
wird. Nach der für September<br />
2012 geplanten Fertigstellung<br />
wird das Werk im Normalbetrieb<br />
ausschließlich erneuerbare<br />
Brennstoffe als Energiequelle<br />
einsetzen. Die bislang<br />
im Drehrohrofen verwende-<br />
ten fossilen Brennstoffe werden<br />
damit zur Gänze ersetzt.<br />
Der ANDRITZ-Lieferumfang<br />
beinhaltet Engineering, Ausrüstungen,<br />
Montage, Inbetriebnahme<br />
und Optimierung<br />
des gesamten Gasifizierungsprozesses.<br />
Die Gasifizierungsanlage beruht<br />
auf der zirkulierenden<br />
Wirbelschichttechnologie von<br />
ANDRITZ. Mit Inbetriebnahme<br />
der Anlage wird die Energieerzeugung<br />
im Werk Joutseno<br />
Mangels Aços, ein Unternehmen<br />
der Mangels Ind. e<br />
Com. Ltda., erteilte im August<br />
2010 Ebner den Auftrag,<br />
die bestehende HICON/<br />
H 2®<br />
-Haubenofenanlage zu<br />
erweitern. Der Auftrag beinhaltet<br />
die Lieferung von<br />
vier HICON/H 2®<br />
-Glühsockeln,<br />
zwei Heizhauben und zwei<br />
Kühlhauben sowie periphere<br />
Einrichtungen. Die Steuerung<br />
der Anlage erfolgt mit einer<br />
Siemens S7 PLC und dem von<br />
Ebner entwickelten Prozessleitsystem<br />
„Visual Furnaces<br />
im Normalbetrieb CO 2<br />
-neutral<br />
sein. Besonderes Augenmerk<br />
wurde auf die Verfügbarkeit<br />
der Anlage sowie<br />
auf Umweltschutzbelange<br />
gerichtet. Das Brennstoffverarbeitungssystem<br />
beinhaltet<br />
einen innovativen Trockner,<br />
der die überschüssige Wärme<br />
des Werks zur Rindentrocknung<br />
einsetzt. Das erzeugte<br />
Gas wird schließlich mittels<br />
eines von ANDRITZ entwickelten<br />
Brenners im Drehrohrofen<br />
verbrannt.<br />
Mangels Aços erweitert bestehende Haubenofenanlage<br />
von Ebner<br />
6“, basierend auf einer SQL-<br />
Datenbank.<br />
Die Anlage kann mit Bandbunden<br />
bis zu einem Außendurchmesser<br />
von 1.600 mm<br />
und einer Stapelhöhe von<br />
4.000 mm chargiert werden,<br />
was einer maximalen Nettocharge<br />
von 50 t entspricht.<br />
Mangels Aços wird ab Ende<br />
2011 diese Anlagen betreiben<br />
und damit seine Kapazität<br />
der mittels HICON/H 2®<br />
-<br />
Glühtechnologie geglühten<br />
Produkte auf ca. 11.000 t/a<br />
verdoppeln.<br />
Auspackanlage der Schmolz + Bickenbach Guss<br />
erhöht Effektivität<br />
Eine Optimierung des Materialflusses,<br />
eine Erweiterung<br />
der Produktionskapazitäten<br />
sowie eine Reduzierung der<br />
Schwingungs- und Staubemission<br />
– das sind die Ergebnisse,<br />
die die Schmolz + Bickenbach<br />
Guss Gruppe durch<br />
eine neue Halle mit Auspackanlage<br />
am Standort Krefeld<br />
erzielt. Nach einer Bauzeit<br />
von rund zwei Jahren wurde<br />
diese Ende 2010 feierlich eingeweiht.<br />
Die Investition ist Teil<br />
einer strategischen Neuausrichtung<br />
des Unternehmens,<br />
die in erster Linie auf eine<br />
Schärfung des Produktportfolios<br />
und eine Performanceverbesserung<br />
abzielt.<br />
Nach dem Ausbau der Feingussabteilung<br />
am Standort<br />
Ennepetal war die Neustrukturierung<br />
der Krefelder Produktion<br />
das zweite große Projekt,<br />
das in Angriff genommen<br />
wurde. Im April 2009<br />
erfolgte hier der Spatenstich<br />
für den Bau einer Halle mit<br />
Auspackanlage. Vorrangiges<br />
Ziel war die Verbesserung<br />
der Fertigungssituation im<br />
Bereich der Gießerei. Hier<br />
kam es aufgrund beengter<br />
Platzverhältnisse sowie durch<br />
118<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
N a c h r i c h t e n<br />
beschränkte Laufzeiten der<br />
Auspackanlage immer wieder<br />
zu Verzögerungen im<br />
Materialfluss. Durch den Bau<br />
der 890 m 2 großen separaten<br />
Auspackhalle erhöht die<br />
Guss Gruppe die Effektivität<br />
der Produktionsprozesse: Der<br />
Materialfluss in der Gießerei<br />
wird durch den Platzgewinn<br />
sowie die damit verbundene<br />
Entzerrung der Fertigung beschleunigt.<br />
Größter Pluspunkt<br />
ist die erweiterte Nutzbarkeit<br />
der Auspackanlage. Sie ist<br />
deutlich schwingungsreduziert<br />
und steht auf einem speziellen<br />
Fundament aus lärmund<br />
vibrationsminderndem<br />
Stahlbeton.<br />
Kooperationsvereinbarung der E.ON Ruhrgas mit<br />
Viessmann für Mikro-KWK-Anlagen<br />
War die Kraft-Wärme-Kopplung<br />
bislang ausschließlich<br />
für große Objekte interessant,<br />
können mit der Markteinführung<br />
von Mikro-KWK-<br />
Anlagen auch Besitzer von<br />
Ein- und Zweifamilienhäusern<br />
in den eigenen vier Wänden<br />
gleichzeitig Wärme und<br />
Strom wirtschaftlich produzieren.<br />
Mit dem „Push Programm<br />
Mikro-KWK“ startet<br />
jetzt E.ON Ruhrgas eine Aktion<br />
zur Förderung des Absatzes<br />
von Mikro-KWK-Anlagen.<br />
Das „Push Programm“ umfasst<br />
eine Kooperationsvereinbarung<br />
mit vier Herstellern<br />
von Mikro-KWK-Anlagen, darunter<br />
die Viessmann Group.<br />
Zunächst bis zum 31.12.2012<br />
wird die Anschaffung eines<br />
solchen Sys-tems mit € 1.000<br />
gefördert. Das Programm<br />
ist im ersten Schritt auf 100<br />
Anlagen begrenzt; über eine<br />
Fortführung wird im Oktober<br />
2012 entschieden.<br />
SMS group weitet sein Engagement für<br />
VDI-Initiative „Sachen Machen“ aus<br />
Der VDI hat mit der SMS<br />
group einen weiteren Premiumpartner<br />
für die VDI-Initiative<br />
SACHEN MACHEN hinzugewonnen.<br />
Die SMS group<br />
ist ein international tätiges<br />
Unternehmen des Anlagenund<br />
Maschinenbaus für die<br />
Verarbeitung von Stahl und<br />
Nichteisenmetallen, das sich<br />
in die Unternehmensbereiche<br />
SMS Siemag und SMS Meer<br />
gliedert. Im Jahr 2010 erwirtschafteten<br />
9.500 Mitarbeiter<br />
weltweit rund € 3,1Mrd. Umsatz.<br />
Der Maschinen- und Anlagenbauer,<br />
der zu den Gründungsmitgliedern<br />
der Initiative<br />
zählt, verstärkt damit sein<br />
Engagement für die Initiative<br />
und möchte vor allem den Bereich<br />
„Nachwuchs fördern“<br />
mit seinen Maßnahmen noch<br />
intensiver unterstützen.<br />
Unter anderem wird die SMS<br />
group das Karriereprogramm<br />
VDI ELEVATE und den Internet-<br />
Techniksender tectv unterstützen.<br />
Für dieses Engagement<br />
wurde die SMS group<br />
Ende 2010 unter anderem<br />
mit dem Unternehmerpreis<br />
des Landes Nordrhein-Westfalen<br />
ausgezeichnet. Weiterer<br />
Premiumpartner der VDI-Initiative<br />
SACHEN MACHEN ist<br />
Audi.<br />
SACHEN MACHEN ist eine<br />
bundesweite Initiative zur<br />
Förderung und Stärkung des<br />
Technikstandorts Deutschland,<br />
die auf den drei Säulen<br />
„Nachwuchs begeistern“,<br />
„Innovationen fördern“ und<br />
„Image des Technikstandorts<br />
stärken“ basiert. Der<br />
VDI startete die Initiative Anfang<br />
2006 mit Partnern aus<br />
Wirtschaft und Wissenschaft.<br />
Inzwischen zählen rund 100<br />
Unternehmen, Hochschulen<br />
und Institutionen zum Partnerkreis.<br />
www.schlager-gmbh.de<br />
Hohe Präzision durch 100% deutsches Know-how:<br />
Dadurch trägt SCHLAGER jeder technischen Anforderung<br />
von Wärmebehandlungsbetrieben Rechnung.<br />
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N a c h r i c h t e n<br />
Neuer RWE-Energiekatalog für Geschäftskunden<br />
Schwank erhält Auszeichnung zum<br />
Weltmarktführer<br />
Am 24.01.2011 wurde Oliver<br />
Schwank, Geschäftsführer<br />
des mittelständischen<br />
Hallenheizungs-Herstellers<br />
Schwank, durch Professor Dr.<br />
Venohr und Dr. Florian Langenscheidt<br />
die Weltmarktführer-Auszeichnung<br />
anlässlich<br />
der Buchpremiere des Lexikon<br />
Die RWE Vertrieb AG, Dortmund,<br />
hat für ihre Geschäftskunden<br />
den RWE Business<br />
Energiekatalog neu aufgelegt.<br />
Geschäftskunden erhalten<br />
mit ihm ein kundenorientiertes<br />
Angebots- und<br />
Dienstleistungsspektrum. Informationen,<br />
praxisorientierte<br />
Darstellungen und emotionale<br />
Ansprache sollen den<br />
Leser bei seiner zukünftigen<br />
geschäftlichen Entwicklung<br />
helfen. Im Katalog werden<br />
die Leistungen und Produkte<br />
von RWE beschrieben und die<br />
Mehrwerte des Energiepartners<br />
transportiert. Als grafisches<br />
Element führen Piktogramme<br />
durch den Katalog.<br />
Zeitgleich startet unter dem<br />
Motto „Fit fürs Business“<br />
auch der neue Außenauftritt<br />
des Bereichs Geschäftskunden<br />
bei RWE. Piktogramme,<br />
die immer wieder neue<br />
Fitness-Übungen darstellen,<br />
erklären augenzwinkernd,<br />
wie sich Kunden für die Herausforderungen<br />
des Energiemarkts<br />
fit machen können.<br />
der deutschen Weltmarktführer<br />
übergeben.<br />
Die Studie förderte allerlei<br />
Interessantes zu Tage. Zum<br />
Beispiel belegt die Analyse,<br />
dass vor allem Unternehmen<br />
im klassischen Industriegeschäft<br />
Weltmarktführerpotenzial<br />
haben. Gut 90 %<br />
der 1.000 Weltmarktführer<br />
zählen<br />
zum produzierenden<br />
Gewerbe. Eine<br />
Vielzahl davon haben<br />
ihren Erfolg,<br />
den traditionellen<br />
Wurzeln und ihrem<br />
Innovationspotenzial<br />
zu verdanken.<br />
So auch Schwank.<br />
Die Erfindung des<br />
Hellstrahlers durch<br />
den Firmengründer<br />
Günther Schwank<br />
hat in den 30er-<br />
Jahren die Industrie<br />
in ganz besonderer<br />
Weise geprägt:<br />
sie brachte die von<br />
tausenden Arbeitern<br />
in kalten Tagen<br />
ersehnte Wärme in Produktionshallen.<br />
Und damit einher<br />
förderte sie Arbeitsmoral, Motivation<br />
und schob das Wirtschaftswachstum<br />
nachhaltig<br />
Die WELTEC BIOPOWER<br />
GmbH aus Vechta hat im Januar<br />
2011 für den 24.000 m 3<br />
großen Biogaspark in Barsikow<br />
(Brandenburg) die<br />
erste Mikrogasturbinen Kraft-<br />
Wärme-Kopplungsanlage<br />
(KWK) bei der Greenvironment<br />
GmbH geordert. Mit<br />
Hilfe der Technologie werden<br />
in dem rund 100 km westlich<br />
von Berlin gelegenen Park ab<br />
Sommer 2011 auf Basis der<br />
Inputstoffe Mais, Ganzpflanzensilage<br />
(GPS) und Hühnertrockenkot<br />
(HTK) 8,4 Mio.<br />
Normkubikmeter Biogas sowie<br />
3 Mio. Normkubikmeter<br />
Biomethan jährlich produziert.<br />
Die KWK-Anlage mit einer<br />
CR600-Mikrogasturbine in-<br />
an. Mit der Aufnahme in das<br />
Lexikon der deutschen Weltmarktführer<br />
gehört Schwank<br />
laut Dr. Langenscheidt zur Elite<br />
der deutschen Industrie.<br />
WELTEC BIOPOWER setzt auf Mikrogasturbinen<br />
von Greenvironment<br />
Siemens VAI Metals Technologies<br />
hat von der Thyssen-<br />
Krupp Steel Europe AG den<br />
Auftrag erhalten, die Stranggießanlage<br />
2 im Duisburger<br />
Stahlwerk Beeckerwerth mit<br />
neuen Prozessoptimierungsmodellen<br />
auszurüsten. Damit<br />
soll die Qualität der auf der<br />
Anlage erzeugten Brammen<br />
weiter verbessert werden. Die<br />
Modernisierung der Stranggießanlage<br />
soll im dritten<br />
Quartal 2011 abgeschlossen<br />
sein.<br />
Um die Brammenqualität<br />
weiter zu verbessern, erneuert<br />
ThyssenKrupp Steel<br />
Europe das Spritzplan- und<br />
das Schnittplanoptimierungsmodell<br />
für die zweisträngige<br />
Brammenstranggießanlage<br />
klusive System zur Fernüberwachung<br />
wird mit der Biogasaufbereitungsanlage<br />
(BGAA)<br />
kombiniert. Die im Abgasstrom<br />
der Mikrogasturbine<br />
enthaltene thermische Energie<br />
wird als Prozesswärme<br />
für die BGAA genutzt. Die<br />
Aufbereitung basiert auf dem<br />
Prinzip der chemischen Wäsche<br />
(Aminwäsche).<br />
Ziel ist eine autarke Prozesswärmeversorgung<br />
der Aufbereitungsanlage<br />
durch ein<br />
wärmegeführtes Blockheizkraftwerk<br />
mit integrierten Mikrogasturbinen.<br />
Der elektrisch<br />
generierte Strom wird in das<br />
Netz des örtlichen Energieversorgers<br />
eingespeist. Die<br />
Menge entspricht einer elektrischen<br />
Leistung von 2,2 MW.<br />
Siemens modernisiert Stranggießanlage bei<br />
ThyssenKrupp Steel<br />
SGA2 im Werk Beeckerwerth.<br />
Siemens VAI erarbeitet und<br />
implementiert die dafür erforderlichen<br />
Erweiterungen des<br />
Prozessleitsystems. Wesentlicher<br />
Bestandteil ist das dynamische<br />
Sekundärkühlmodell<br />
Simetal Dynacs, das auch für<br />
den Betrieb mit einer Zweistoffkühlung<br />
ausgelegt ist.<br />
Das in der Brammenstranggießanlage<br />
SGA2 eingesetzte<br />
Sekundärkühlmodell verfügt<br />
zusätzlich über eine 3D-Temperaturprofilberechnung.<br />
Darüber<br />
hinaus werden aus dem<br />
Schnittplanoptimierungsmodell<br />
automatisch Vorgaben<br />
für die Verstellung der Kokille<br />
generiert. Ebenfalls zum<br />
Lieferumfang gehört die Anpassung<br />
der Basisautomati-<br />
120<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
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Band II: Anlagen – Komponenten – Sicherheit<br />
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die Wärmebehandlungsbranche und Pflichtlektüre für jeden Ingenieur,<br />
Techniker und Planer, der sich mit der Projektierung oder dem Betrieb von<br />
Thermoprozessanlagen befasst.<br />
Der Band II widmet sich den Themenbereichen Anlagen, Komponenten und<br />
Sicherheit. Namhafte Experten der Thermoprozesstechnik beschreiben anschaulich<br />
alle relevanten Sachverhalte. Das Werk gibt einen zusammengefassten,<br />
detaillierten Überblick, der sowohl für Studierende aller einschlägigen Fachrichtungen<br />
sowie für Ingenieure hilfreich ist.<br />
Das Buch ist leserfreundlich gestaltet und zahlreiche farbige Tabellen, Graphiken<br />
und Bilder visualisieren die beschriebene Anlagen und Prozesstechnik.<br />
Kapitelübersicht<br />
Anlagen: Schmelzen, Erwärmen und Homogenisieren,<br />
Wärme behandeln, Oberfl ächentechnik, Fügen/Trennen<br />
Komponenten: Brennstoff Erwärmung, Elektrische Erwärmung<br />
Sicherheit: Normen und Sicherheit<br />
Hrsg.: H. Pfeifer, B. Nacke, F. Beneke<br />
2. Aufl age 2011, 1000 Seiten, Farbdruck, Hardcover<br />
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PAPTP22010
N a c h r i c h t e n<br />
sierung an die neuen Prozessoptimierungsmodelle.<br />
Linde erneut „TÜV Service tested“<br />
Siemens VAI ist für das Engineering<br />
und die Fertigung<br />
aller Komponenten verantwortlich<br />
und übernimmt den<br />
Gesamtintegrationstest, die<br />
Inbetriebnahme und die Kundenschulung.<br />
Die von einem<br />
Drittanbieter gelieferte Brammenstranggießanlage<br />
ist seit<br />
1980 in Betrieb. Im Oxygenstahlwerk<br />
Beeckerwerth von<br />
ThyssenKrupp Steel Europe<br />
werden hochwertige Vormaterialen<br />
für Festigkeitsstahl,<br />
vakuumentkohlte und Interstitial-Free<br />
(IF)-Stähle sowie<br />
Weißblech, Feinblech, Rohrband<br />
und Quartogrobblech<br />
produziert.<br />
Handelstochter actogas. In<br />
den vergangenen Jahren war<br />
actogas für Bayerngas bereits<br />
sehr erfolgreich an den Energiehandelsplätzen<br />
tätig. Das<br />
Handelsvolumen war stetig<br />
gewachsen und actogas weitete<br />
ihre Kompetenzen und<br />
ihre Produktpalette kontinuierlich<br />
aus. Bayerngas nutzte<br />
deshalb Ende 2009 die Chance<br />
und stockte ihre Anteile<br />
an actogas von 60 auf 100 %<br />
auf. Da das Bayerngas-Portfoliomanagement<br />
seine Aktivitäten<br />
im gleichen Zeitraum<br />
signifikant verstärkte, ist die<br />
Zusammenführung der Einheiten<br />
folgerichtig.<br />
Das Handelsunternehmen<br />
wird rund 50 Mitarbeiterinnen<br />
und Mitarbeiter haben.<br />
Die bisherigen Geschäftsführer<br />
der actogas, Michael<br />
Karasz, Dr. Thomas Rupprich<br />
sowie Dr. Lothar Ortmann,<br />
werden auch die Geschäftsführung<br />
der Bayerngas Energy<br />
Trading übernehmen.<br />
Das „TÜV Service tested“-<br />
Siegel zertifiziert die Service-<br />
Leistungen von Linde rund<br />
um die sichere Versorgung<br />
mit technischen Gasen. Als<br />
Datengrundlage für die bis<br />
Dezember 2012 gültige Auszeichnung<br />
hat das Marktforschungsunternehmen<br />
infas<br />
im Auftrag des TÜV Saarland<br />
wieder rund 1.000 Kunden<br />
von Linde Gas telefonisch<br />
Bayerngas Energy Trading<br />
GmbH – das ist der zukünftige<br />
Name der Erdgashandelsund<br />
Erdgasbeschaffungsgesellschaft<br />
actogas GmbH.<br />
Die kommunale Gasbeschaffungsplattform<br />
Bayerngas<br />
GmbH, München, bündelt<br />
ihre Handels- und Portfoliomanagementaktivitäten<br />
in<br />
der Bayerngas Energy Trading<br />
GmbH, ebenfalls mit<br />
Sitz in München. Ziel der mit<br />
befragt. Der Anteil zufriedener<br />
Kunden (Benotung sehr<br />
gut oder gut) lag dabei bei<br />
95,5 %. Die aktuell erhobenen<br />
Daten bestätigen Zufriedenheitswerte,<br />
die dem<br />
Unternehmen 2005 erstmals<br />
– und als erstem Anbieter<br />
technischer Gase überhaupt<br />
– das TÜV-Qualitätssiegel einbrachten.<br />
Aus actogas wird Bayerngas Energy Trading<br />
der Umfirmierung verbundenen<br />
Neuorganisation ist es,<br />
Synergien zwischen actogas<br />
und der Konzernmutter Bayerngas<br />
in allen energiehandelsnahen<br />
Themen optimal<br />
zu nutzen und die Prozesse<br />
für den Handel zu straffen.<br />
Mit der Neuorganisation verschmilzt<br />
Bayerngas ihr Portfoliomanagement<br />
und Bilanzkreismanagement<br />
mit den<br />
Funktionen der 100 %-igen<br />
Positive Einschätzung der Trimet Aluminium AG<br />
für den Aluminiummarkt<br />
Der Einbruch bei der Nachfrage<br />
nach Aluminium in<br />
Deutschland, der 2009 bei<br />
19 % lag, ist inzwischen nahezu<br />
aufgeholt. Nach der<br />
übereinstimmenden Ansicht<br />
führender Vertreter der Metallindustrie<br />
wird die physische<br />
Nachfrage nach Aluminium<br />
auch im Laufe dieses Jahres<br />
weiter steigen, und zwar<br />
um etwa 10 %. Der „Drei-<br />
Monate-Durchschnittspreis“<br />
werde sich zeitgleich angesichts<br />
wachsender Unterversorgung<br />
des Marktes erhöhen<br />
und wohl bei $ 2.700 /t einpendeln,<br />
lautete eine weitere<br />
Einschätzung beim diesjährigen<br />
„Metallfrühstück“, dem<br />
Jahrestreffen von Experten<br />
im Haus der Trimet Aluminium<br />
AG in Essen. Derzeit sei<br />
Aluminium am Markt im Vergleich<br />
mit anderen Werkstoffen<br />
deutlich unterbewertet.<br />
Die geplanten Kapazitätserweiterungen<br />
für die Produktion<br />
von Primär- und Sekundäraluminium<br />
würden den<br />
erwarteten Preisauftrieb nicht<br />
bremsen, waren sich die Teilnehmer<br />
einig. Träger des Aufschwungs<br />
seien die Automobilhersteller,<br />
die boomende<br />
Solarindustrie und eine stabilere<br />
Bauwirtschaft, hieß es.<br />
Ein Fokus des diesjährigen<br />
„Metallfrühstücks“ lag auf<br />
den künftigen Marktentwicklungen<br />
im Mittleren Osten.<br />
Dort werden die Produzenten<br />
nach Ansicht der Fachleute<br />
bis 2015 intensiv in die Weiterverarbeitung<br />
einsteigen<br />
und die Wertschöpfungskette<br />
bis hin zu Fertigprodukten<br />
aus Aluminium verlängern.<br />
Beispielsweise sollen die Kapazitäten<br />
der Presswerke im<br />
Mittleren Osten, die heute bei<br />
400.000 t/a liegen, auf über<br />
500.000 t/a ausgebaut werden,<br />
die der Walzwerke von<br />
400.000 auf 1.400.000 t/a.<br />
Parallel dazu wird die Produktion<br />
der Primärhütten bis<br />
2015 um über 40 % auf etwa<br />
5 Mio.t/a zunehmen; der Anteil<br />
an der weltweiten Aluminiumproduktion<br />
steigt nach<br />
Meinung der Fachleute von 8<br />
auf 12 %.<br />
Nachdem die Aluminiumproduktion<br />
in China zuletzt stark<br />
rückläufig war, könne es nun<br />
bei steigender Nachfrage und<br />
geringen Lagerbeständen zu<br />
Defiziten in der Versorgung<br />
und weiteren Preissteigerungen<br />
kommen. Die bei der Trimet<br />
vortragenden Experten<br />
sagten für China für die Jahre<br />
2011 bis 2015 eine Unterversorgung<br />
voraus. Dadurch<br />
werde China wahrscheinlich<br />
zum marktbestimmenden<br />
Nettoimporteur für Aluminium.<br />
122<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
N a c h r i c h t e n<br />
E.ON-Konzernstrategie „Cleaner & better energy“<br />
E.ON wird sich in Europa<br />
künftig auf Wettbewerbsgeschäfte<br />
konzentrieren und<br />
dabei in zusammenwachsenden<br />
Energiemärkten verstärkt<br />
Synergien zwischen den Geschäften<br />
und Geschäftsfeldern<br />
nutzen. In Russland setzt<br />
E.ON seine Neubauvorhaben<br />
konsequent um, in Nordamerika<br />
werden die Erneuerbaren<br />
Energien weiter ausgebaut.<br />
Zusätzlich will das Unternehmen<br />
in zwei weiteren Regionen<br />
außerhalb Europas seine<br />
Kompetenzen in der konventionellen<br />
Stromerzeugung<br />
und im Bereich der Erneuerbaren<br />
Energien nutzen sowie<br />
den Handel global ausbauen.<br />
Mit dieser international breiteren<br />
Aufstellung soll der Anteil<br />
der Geschäfte außerhalb<br />
Europas am Konzerngewinn<br />
bis zum Jahr 2015 auf ein<br />
Viertel steigen. Bei bestehenden<br />
und neuen Geschäften<br />
steht die Rentabilität künftig<br />
noch stärker im Vordergrund<br />
als bisher.<br />
Die spezifischen CO 2<br />
-Emissionen<br />
der Stromerzeugung<br />
in Europa sollen bereits bis<br />
2020 – und damit zehn Jahre<br />
früher als bislang geplant<br />
– gegenüber 1990 halbiert<br />
werden. Gemäß ihrer neuen<br />
Strategie „Cleaner & Better<br />
Energy“ wird E.ON insbesondere<br />
in der Erzeugung und<br />
mit entsprechenden Produkt-<br />
und Dienstleistungsangeboten<br />
für die Kunden einen<br />
Beitrag zum klimaschonenden<br />
Umbau der Energieversorgung<br />
und zur Reduzierung<br />
der CO 2<br />
-Emissionen leisten.<br />
Mit diesen neuen strategischen<br />
Schwerpunkten will<br />
der Konzern Wachstum bei<br />
geringerer Kapitalbindung<br />
schaffen. Gleichzeitig begegnet<br />
das Unternehmen damit<br />
wirtschaftlichen Belastungen,<br />
die als Folge politischer Ent-<br />
scheidungen und eines veränderten<br />
Marktumfelds für<br />
die nächsten Jahre erwartet<br />
werden. Der Aufsichtsrat hat<br />
ABP startet erfolgreich in 2011<br />
Für die ABP Induction System<br />
GmbH wird ein Großteil der in<br />
der Krise seit 2008 zurückgestellten<br />
Projekte wieder aktuell.<br />
Zu Jahresbeginn konnten<br />
in diesem Zusammenhang die<br />
ersten Aufträge gebucht<br />
werden, so beispielsweise<br />
fünf 3t-MF-Induktionstiegelöfen<br />
mit je 2.450 kW Umrichterleistung<br />
bei Siam Nawaloha<br />
Foundry Co. Ltd.<br />
(SNF) in Thailand, die die vor<br />
zwei Jahren von ABP gelieferte<br />
Induktionsschmelzanlage<br />
der Eisengießerei ergänzen.<br />
Auch die M. Busch GmbH &<br />
Co KG realisiert den schon<br />
länger geplanten Ausbau ihrer<br />
Schmelzanlage im Werk<br />
über die strategische Neuausrichtung<br />
mehrfach und intensiv<br />
beraten und unterstützt<br />
einhellig den neuen Kurs.<br />
Wehrstapel und beauftragte<br />
ABP mit der Lieferung eines<br />
8t-MF-Induktionstiegelofens<br />
mit 6.000 kW Umrichterleistung.<br />
Neben der Ergänzung<br />
der bisher allein vom Kupolofen<br />
kommenden Schmelzeproduktion<br />
bietet der Elektroofen<br />
die Möglichkeit, die<br />
in der eigenen Verarbeitung<br />
anfallenden Gussspäne als<br />
kostengünstiges Kreislaufmaterial<br />
nach Sorten sortiert<br />
einzuschmelzen und auf diese<br />
Weise die Wirtschaftlichkeit<br />
der Herstellung der verschiedenen<br />
Grauguss-Legierungen<br />
zu verbessern.<br />
Ein induktiv beheizter Gießofen<br />
mit 10 t Nutzinhalt<br />
Kontinuierliches Erwärmen<br />
von beschichteten und<br />
unbeschichteten Stahlplatinen<br />
n Beheizungssystem mit<br />
hohem Wirkungsgrad<br />
n Höchst präziser Transport<br />
der Platinen<br />
n Wartungsarmer Betrieb,<br />
einfacher Rollenwechsel<br />
n Vollautomatische Prozesse<br />
n Höchste Anlagen- und<br />
Prozessverfügbarkeit<br />
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N a c h r i c h t e n<br />
wurde bei ABP von Cifunsa<br />
del Bajio S.A. de C.V. für<br />
fortschrittliches Gießen in<br />
der Grauguss-Gießerei in Irapuato<br />
(Mexiko) bestellt. Die<br />
Gießeinrichtung ist mit dem<br />
Gießsystem OPTIPOUR ® zum<br />
automatischen Gießen ausgerüstet,<br />
wobei ein Linelaser<br />
den Badspiegel im Einguss<br />
der Form kontinuierlich erfasst.<br />
Deutscher Weiterbildungspreis 2010<br />
Das Haus der Technik hat den<br />
Deutschen Weiterbildungspreis<br />
2010, dotiert mit €<br />
10.000 , im Rahmen einer feierlichen<br />
Siegerehrung an Alexandra<br />
Jürgens, Geschäftsführerin<br />
der Weiterbildungsakademie<br />
der Hochschule<br />
Aalen, verliehen. Frau Jürgens<br />
konnte sich mit ihrem Studienmodell<br />
„Berufsbegleitend<br />
Studieren vor Ort: Ein maßgeschneidertes<br />
Studienmodell<br />
für beruflich Qualifizierte“<br />
gegenüber den vier anderen<br />
nominierten Konzepten behaupten.<br />
Moderatorin Kristin Gräfin<br />
von Faber-Castell führte die<br />
Gäste im Haus der Technik<br />
durch die Höhepunkte des<br />
Abends: Schirmherr Bodo<br />
Hombach, Geschäftsführer<br />
der WAZ-Mediengruppe und<br />
Moderator des Initiativkreises<br />
Ruhr, ist es mit seiner<br />
Rede gelungen, die Relevanz<br />
von Bildung und Weiterbildung<br />
in allen gesellschaftlichen<br />
Kontexten einmal mehr<br />
deutlich zu machen. Musikalische<br />
Glanzpunkte haben<br />
die Künstler der Folkwang<br />
Universität und auch Sydney<br />
Youngblood mit seinen legendären<br />
Hits aus den 1980er<br />
und 1990er Jahren gesetzt.<br />
Weitere Informationen unter<br />
www.deutscher-weiterbildungspreis.de<br />
50 Jahre GVS<br />
Am 6. März 1961 gründeten<br />
die Städte Baden-Baden,<br />
Göppingen, Mannheim, Pforzheim,<br />
Reutlingen, Stuttgart<br />
und Ulm sowie die Südwestdeutsche<br />
Ferngas AG die GVS.<br />
Damit begann das Erdgaszeitalter<br />
im Land. Ziel war der<br />
Aufbau eines überregionalen<br />
Verbundsystems, um den<br />
124<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
N a c h r i c h t e n<br />
Städten und Gemeinden des<br />
Landes Gas in ausreichenden<br />
Mengen zu wettbewerbsfähigen<br />
Preisen zur Verfügung zu<br />
stellen. Der Übergang von der<br />
lokalen Produktion von Kokereigas<br />
auf zunächst Raffineriegas<br />
und schließlich Erdgas<br />
erforderte den kostspieligen<br />
Aufbau der Infrastruktur.<br />
Heute bietet die GVS neben<br />
Handel, Transport und Speicherung<br />
von Erdgas mit ihren<br />
rund 250 Mitarbeitern auch<br />
zahlreiche Dienstleistungen in<br />
der Gaswirtschaft, Gastechnik<br />
und Telekommunikation<br />
an und betreibt über ihre<br />
100 %-ige Tochter GVS Netz<br />
ein rund 2.000 km langes<br />
Gashochdrucknetz sowie ein<br />
Glasfaserkabelnetz. Die GVS<br />
engagiert sich für die Menschen<br />
in der Region insbesondere<br />
bei der Nachwuchsförderung<br />
und für die Umwelt.<br />
Beim Thema Bio-Erdgas hat<br />
die GVS eine Vorreiterrolle<br />
eingenommen. Bereits seit<br />
den 1990er Jahren setzt sich<br />
das Unternehmen für Erdgas<br />
als Kraftstoff ein. Die GVS<br />
hat in den fünfzig Jahren<br />
ihres Bestehens insgesamt<br />
€ 621Mio. investiert.<br />
HANS HENNIG<br />
COMPETENCE IN COMBUSTION<br />
www.hanshennig.de<br />
GmbH<br />
Institut für Innovatives Prozessmanagement<br />
gegründet<br />
Führende Köpfe aus Forschung<br />
und Wirtschaft haben<br />
gemeinsam das Institute<br />
of Innovative Process Management<br />
e.V. (I2PM, www.<br />
i2pm.net) gegründet. Ziel des<br />
neuen Vereins ist es, wissenschaftliche<br />
Erkenntnisse und<br />
Lösungen aus dem Bereich<br />
Prozessmanagement zu fördern<br />
und somit der Praxis<br />
viel früher als bisher zur Verfügung<br />
zu stellen. Dadurch<br />
schließt sich nach Angaben<br />
des I2PM die bestehende Lücke<br />
zwischen Theorie und<br />
Praxis im Bereich des Geschäftsprozessmanagements.<br />
Zum Vorstandsvorsitzenden<br />
des neuen Vereins haben<br />
die Mitglieder Prof. Dr. Werner<br />
Schmidt, Professor für<br />
Wirtschaftsinformatik an der<br />
Hochschule für Angewandte<br />
Wissenschaften Ingolstadt,<br />
gewählt.<br />
Zu den namhaften Gründungsmitgliedern<br />
aus Forschung,<br />
Wirtschaft und öffentlicher<br />
Verwaltung zählen<br />
neben dem I2PM-Vorstandsvorsitzenden<br />
unter anderem<br />
auch Thomas Olbrich von der<br />
Taraneon Consulting Group<br />
(2. Vorstand), Hagen Buchwald<br />
vom Karlsruhe Institute<br />
of Technology (KIT) an der<br />
Universität Karlsruhe, Dr. Albert<br />
Fleischmann und Herbert<br />
Kindermann von der Metasonic<br />
AG, Stefan Obermeier<br />
vom Bayerischen Staatsministerium<br />
für Arbeit und Sozialordnung,<br />
Familie und Frauen<br />
sowie Prof. Dr. Christian Stary<br />
vom Institut für Business Informatics<br />
- Communications<br />
Engineering an der Johannes<br />
Kepler-Universität in Linz.<br />
Ein Topthema, welches das Institut<br />
unterstützt, ist das subjektorientierte<br />
Business Process<br />
Management (S-BPM).<br />
Dieses wird von den Experten<br />
des I2PM bereits als Nachfolger<br />
der derzeit noch verfolgten<br />
BPM-Ansätze angesehen.<br />
Laut I2PM ist es wichtig,<br />
das Prozessdenken mehr als<br />
bisher in den Köpfen von<br />
Mitarbeitern und Führungskräften<br />
zu verbreiten und zu<br />
verankern. S-BPM unterstützt<br />
dabei, indem es die Prozessbeteiligten<br />
noch stärker in<br />
die Gestaltung der eigenen<br />
Prozesse einbezieht. Mit dem<br />
Ansatz, die Beteiligten selbst<br />
ihre Prozesse gestalten zu lassen,<br />
fördert S-BPM die Selbstorganisation<br />
und bringt - einem<br />
zentralen Gedanken des<br />
Web 2.0 folgend - von den<br />
Benutzern selbst erzeugte Lösungen<br />
hervor.<br />
Am Rosenbaum 27<br />
40882 Ratingen • Germany<br />
+49 (0) 2102 9506 0<br />
+49 (0) 2102 9506 29<br />
info@hanshennig.de<br />
VERANSTALTUNGEN<br />
Die E-world energy & water<br />
2011 verzeichnete ein deutliches<br />
Wachstum in allen Bereichen.<br />
544 Aussteller der Energie-<br />
und Wasserwirtschaft aus<br />
20 Ländern präsentierten auf<br />
41.000 m 2 19.700 Fachbesuchern<br />
aus über 40 Ländern<br />
ihre Neuheiten und Dienstleistungen:<br />
Das bedeutet ein Plus<br />
bei der Zahl der Aussteller um<br />
8 %, bei der Fläche um 10 %<br />
und bei den Besuchern um<br />
rund 10 %. Auch im Kongress<br />
nahmen mit 2.800 Tagesbesuchern<br />
rund 30 % mehr<br />
Fachleute teil als im Vorjahr.<br />
Wegen der großen Nachfrage<br />
war für die E-world 2011<br />
eine zusätzliche Messehalle<br />
engineering<br />
construction<br />
production<br />
commissioning<br />
service & spare parts<br />
Smart energy sorgte für Wachstumsschub auf der<br />
E-world energy & water 2011<br />
geöffnet worden, die fast<br />
vollständig im Zeichen von<br />
smart energy stand. Energieeffizienz,<br />
erneuerbare Energien,<br />
Smart Metering und Elektromobilität<br />
waren dort die<br />
bestimmenden, zukunftsweisenden<br />
Themen. Auf einem<br />
Gemeinschaftsstand präsentierten<br />
25 Unternehmen ihre<br />
neuesten Entwicklungen in<br />
diesem Marktfeld. Auch im<br />
messebegleitenden Kongress<br />
war die Integration von smart<br />
energy in die künftige Energieversorgung<br />
ein thematischer<br />
Schwerpunkt.<br />
Nahezu alle Besucher zeigten<br />
sich sowohl mit dem<br />
Gesamtangebot der E-world<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
125
N a c h r i c h t e n<br />
als auch mit deren <strong>International</strong>ität<br />
sehr zufrieden. Am<br />
stärksten waren die Besucher<br />
an den Bereichen Erneuerbare<br />
Energien, Energiehandel,<br />
Energieeffizienz und smart<br />
metering interessiert. Über<br />
70 % der E-world-Besucher<br />
sind maßgeblich an Beschaffungsentscheidungen<br />
ihrer<br />
Unternehmen beteiligt. Die<br />
Stimmung in der Branche ist<br />
sehr gut: 94 % der Besucher<br />
beurteilen die derzeitige Konjunktur<br />
positiv, und 75 % erwarten<br />
eine weiter steigende<br />
Konjunkturentwicklung.<br />
Großen Anklang fand auch<br />
die Sonderschau „future of<br />
mobility“, in der die Möglichkeiten<br />
alternativer Mobilität<br />
aufgezeigt wurden. In der<br />
Galeria der Messe Essen präsentierten<br />
Fahrzeughersteller,<br />
Infrastruktur-Dienstleister sowie<br />
Verbände ihre Produkte<br />
und Ideen im Bereich alternativer<br />
Antriebe und neuer Mo-<br />
bilitätskonzepte. Auch an den<br />
Ständen der Aussteller in den<br />
weiteren Messehallen waren<br />
vielfach Fahrzeuge mit alternativen<br />
Antrieben wie etwa<br />
Kleinbus, Pkw, Motorrad,<br />
Roller oder Elektrofahrrad zu<br />
sehen. Im Kongress war dem<br />
Thema eine eigene Konferenz<br />
unter dem Titel „smart mobility“<br />
gewidmet.<br />
Die gelungensten Auftritte<br />
der Messerepräsentanten<br />
wurden mit dem Connect<br />
Award ausgezeichnet. In der<br />
Kategorie „Design“ ging der<br />
Preis an die Verbund Trading<br />
AG für eine herausragend<br />
konzeptionell-künstlerische<br />
Präsentation. Im Bereich<br />
„Communication“ überzeugte<br />
der Auftritt der Thüga<br />
Aktiengesellschaft die Jury<br />
mit seiner Verknüpfung von<br />
Messeauftritt und Kommunikationsstrategie.<br />
Der Connect<br />
Award in der Kategorie „Specialties“<br />
prämiert einzigartige<br />
Standaktivitäten oder Give<br />
Aways; hier wurde der Preis<br />
an die Factur Billing Solutions<br />
GmbH verliehen.<br />
Die nächste E-world energy &<br />
water findet vom 7. bis zum<br />
9. Februar 2012 in der Messe<br />
Essen statt.<br />
smart metering – smart grid – smart energy 2.0<br />
Die Weiterentwicklung von<br />
smart metering zu smart grids<br />
ist eine zentrale Aufgabe der<br />
Netzbetreiber in der nahen<br />
Zukunft. Auf dem Weg zu<br />
einer zukünftigen effizienten<br />
Energieverteilung müssen<br />
Fragen geklärt werden:<br />
– Wie können die Forderungen<br />
des Gesetzgebers umgesetzt<br />
werden?<br />
126<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
N a c h r i c h t e n<br />
– Wie entwickelt sich der<br />
Markt für Messstellenbetreiber<br />
und -dienstleister?<br />
– Welches sind die neuen<br />
Standards bei der Gerätetechnik<br />
und beim Datenaustausch?<br />
– Was erwarten die Kunden?<br />
Die Vortrags- und Diskussionsveranstaltung<br />
„smart<br />
meter – smart grid – smart<br />
energy 2.0“, die gemeinsam<br />
von gwf Gas/Erdgas und der<br />
figawa am 18.05.2011 im<br />
Atlantic Congress Hotel, Essen,<br />
ausgerichtet wird, bietet<br />
grundlegende Informationen<br />
zum politischen Rahmen und<br />
600 Präsentationen von Experten<br />
der internationalen<br />
Stahlindustrie und Forschung<br />
erwarten den Besucher der<br />
METEC InSteelCon ® 2011<br />
vom 27. Juni bis 1. Juli 2011<br />
in Düsseldorf. Das Stahlinstitut<br />
VDEh hat mit der Veranstaltung<br />
der Fachkonferenzen<br />
parallel zur international bedeutenden<br />
Metallurgie-Fachmesse<br />
METEC 2011 die Möglichkeit,<br />
ein großes Fachpublikum<br />
zu erreichen. Folgende<br />
Konferenzen und Kongresse<br />
werden ausgerichtet:<br />
– 6 th European Coke and Ironmaking<br />
Congress (ECIC):<br />
212 Vorträge<br />
– 7 th European Continuous<br />
Casting Conference (ECCC):<br />
146 Vorträge<br />
– 4 th <strong>International</strong> Conference<br />
on Modelling and Simulation<br />
of Metallurgical Processes<br />
in Steelmaking (STEEL-<br />
SIM): 129 Vorträge<br />
den Standardisierungsprozessen,<br />
stellt die Sicht der Netzbetreiber<br />
dar und gibt einen<br />
Ausblick auf die Gerätetechnik.<br />
Lösungskonzepte für<br />
Gas- und Stromnetze werden<br />
vorgestellt, die Kundensicht<br />
auf smart energy erläutert.<br />
Zielgruppe sind Mitarbeiter<br />
von Energieversorgern,<br />
Stadtwerken, Geräteindustrie<br />
sowie IT- und Kommunikationsunternehmen,<br />
die für ihre<br />
berufliche Praxis grundlegende<br />
Kenntnisse erwerben und<br />
aktuelle Lösungskonzepte<br />
kennenlernen wollen. Weitere<br />
Informationen unter www.<br />
gwf-smart-metering.de<br />
Stahlinstitut VDEh lädt zur Fachkonferenz METEC<br />
InSteelCon ® 2011 ein<br />
Am 1. und 2. Februar 2011<br />
fand nunmehr zum 8. Mal das<br />
internationale NIR-Symposium<br />
bei der adphos Thermal<br />
– 1 st <strong>International</strong> Conference<br />
on Energy Efficiency and<br />
CO 2<br />
Reduction in the Steel<br />
Industry (EECR): 103 Vorträge<br />
Die Fachkonferenzen der ME-<br />
TEC InSteelCon ® 2011 bieten<br />
dem Teilnehmer ein vielfältiges<br />
Programm mit praxisorientierten<br />
Präsentationen<br />
zur Eisen- und Stahlerzeugung,<br />
zu neuesten Technologien<br />
der Koks-, Sinter-, Pellet-,<br />
Roheisen-, und DRI-Erzeugung<br />
sowie zum Stranggießen<br />
von Stahl, zur Energieeffizienz<br />
und CO 2<br />
-Reduzierung,<br />
Modellierung und Simulation.<br />
Mit der Anmeldung zur ME-<br />
TEC InSteelCon ® 2011 haben<br />
die Teilnehmer die Möglichkeit,<br />
alle vier Leitmessen ME-<br />
TEC, GIFA, THERMPROCESS<br />
und NEWCAST zu besuchen.<br />
Informationen sowie Anmeldung<br />
unter: www.metec-insteelcon2011.com.<br />
<strong>International</strong>es NIR-Symposium bei adphos unter<br />
dem Fokus „Coil Coating on Demand“<br />
Processing GmbH in Bruckmühl<br />
statt. Das diesjährige<br />
Tagungsthema war dem „Coil<br />
Coating on Demand“ gewid-<br />
erdgas-heizsysteme<br />
Modernisierung von Thermoprozessanlagen<br />
Wartung von Industriefeuerungen<br />
Wärmerückgewinnungsanlagen<br />
42275 Wuppertal Große Flurstr. 69 Tel.: 0202 25554-0<br />
www.hans-runkel.de info@hans-runkel.de<br />
met. In mehreren technischen<br />
Vorträgen wurde ausgeführt,<br />
welche Technologien, besonderen<br />
Prozessanforderungen<br />
und möglichen Prozesseigenschaften<br />
erforderlich sind, um<br />
wirklich Coil Coating on Demand<br />
zu ermöglichen, ohne<br />
dass eine längere Start-up<br />
oder ein Stand-by nach einer<br />
„Dummy-Band-Operation“<br />
benötigt wird.<br />
Neben der technischen Präsentation<br />
war der Höhepunkt<br />
der Veranstaltung die erste<br />
öffentliche Vorstellung einer<br />
kompakten – start/stop<br />
– Coating on Demand Bandbeschichtungsanlage<br />
in realer<br />
Produktion. Die anwesende<br />
internationale Expertengruppe<br />
von ca. 60 geladenen<br />
Das 2. Praxisseminar „Induktives<br />
Schmelzen und Gießen<br />
von Eisen- und Nichteisenmetallen“<br />
wendet sich an<br />
Betreiber und Planer von<br />
Schmelz- und Gießanlagen<br />
in der Eisen- und Nichteisenmetallindustrie.<br />
Veranstalter<br />
sind der Vulkan-Verlag in Essen<br />
und das Institut für Elektroprozesstechnik<br />
der Leibniz<br />
Universität Hannover.<br />
Das Seminar gibt einen Überblick<br />
über den aktuellen<br />
Stand des induktiven Schmel-<br />
Gästen konnten alle Anlagenprozesskomponenten<br />
inspizieren.<br />
Die von adphos<br />
entwickelte und patentierte,<br />
sogenannte MiCConD (Micro<br />
Colour Coaiting on Demand)<br />
Prozessanlage hat eine Decklackbeschichtung<br />
(20 μm<br />
Trockenfilm) auf einem Band<br />
bei 30 m/min und nur 12 m<br />
gesamtem Platzbedarf produziert,<br />
wobei das beschichtete<br />
Band von Start bis Stop<br />
einwandfrei vernetzt wurde<br />
– ohne einen Ausschuss zu<br />
erzeugen. Interessenten einer<br />
realen Coating on Demand<br />
Beschichtung sind herzlich zu<br />
einer individuellen Präsentation<br />
eingeladen.<br />
Weitere Informationen unter<br />
www.adphos.de.<br />
2. Praxisseminar „Induktives Schmelzen & Gießen<br />
von Eisen- und Nichteisenmetallen“<br />
zens, Warmhaltens und Gießens.<br />
Dabei vermitteln die<br />
Referenten praxisnah ausgewählte<br />
physikalische und<br />
technische Grundlagen, präsentieren<br />
moderne Anlagenund<br />
Verfahrenskonzepte, führen<br />
verfahrenstechnische und<br />
energetische Vergleiche durch<br />
und erläutern wichtige Themen<br />
zur Betriebssicherheit<br />
und zu Netzrückwirkungen.<br />
Themenspezifische Workshops<br />
für Eisen- und Nichteisenmetalle<br />
bieten dem<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
127
N a c h r i c h t e n<br />
Seminarteilnehmer ideale<br />
Foren, um über Fragen und<br />
aktuelle Problemstellungen<br />
zur Schmelzmetallurgie und<br />
zum Betrieb der Schmelz- und<br />
Gießanlagen mit Experten<br />
aus der Praxis zu diskutieren.<br />
Dank der anwendungsbezogenen<br />
Inhalte des Seminars<br />
und der Workshops ist die direkte<br />
Umsetzung der erworbenen<br />
Kenntnisse in die betriebliche<br />
Praxis möglich. Das<br />
zweitägige Seminar findet<br />
vom 20. bis 21. September<br />
2011 im Atlantic Congress<br />
Hotel in Essen statt. Mehr Informationen<br />
finden sie unter<br />
www.energieeffizienzthermoprozess.de.<br />
Konferenz S-BPM-One 2011<br />
I2PM veranstaltet in Kooperation<br />
mit der Hochschule für<br />
Angewandte Wissenschaften<br />
Ingolstadt, der Universität<br />
Linz, dem Karlsruhe Institute<br />
of Technology und der FH<br />
Joanneum (Graz) vom 29.<br />
bis 30. September 2011 zum<br />
Thema „Subjektorientierte<br />
Business Process Management“<br />
die Konferenz S-BPM-<br />
One 2011. Austragungsort<br />
der mittlerweile zum dritten<br />
Mal stattfindenden Tagung ist<br />
dieses Jahr die Hochschule für<br />
Angewandte Wissenschaften<br />
Ingolstadt. Die Konferenzreihe<br />
bietet eine Diskussionsplattform<br />
für den S-BPM-<br />
Ansatz mit theoretischen und<br />
praktischen Präsentationen<br />
neuester BPM-Entwicklungen<br />
aus Hochschulen und der industriellen<br />
Forschung. I2PM<br />
beabsichtigt damit, prozessbewusste<br />
Unternehmer, Professoren<br />
und Entwickler zusammenzubringen.<br />
Weitere<br />
Informationen unter www.<br />
s-bpm-one.org.<br />
PERSONALIEN<br />
Wechsel in der GVS-Geschäftsführung<br />
Dott. Scipione Chialà (48)<br />
ist zum Sprecher der Geschäftsführung<br />
der GasVersorgung<br />
Süddeutschland<br />
GmbH (GVS), Stuttgart, bestellt<br />
worden. Seit dem<br />
1. April 2011 leitet der europaweit<br />
erfahrene Gasexperte<br />
aus dem Eni-Konzern den Bereich<br />
Gaswirtschaft und Marketing.<br />
Er tritt die Nachfolge<br />
von Dott.-Ing. Paolo Conti an,<br />
der im Eni-Konzern eine neue<br />
Führungsposition übernimmt.<br />
Der GVS-Geschäftsführung<br />
gehören weiterhin Dr.-Ing.<br />
Jörg Burkhardt, zuständig für<br />
Netzsteuerung, Netzservice,<br />
Managementsysteme und<br />
Technologieentwicklung, und<br />
Helmut Oehler, verantwortlich<br />
für Personal, Recht, Controlling,<br />
Finanzen und IT, an.<br />
Scipione Chialà studierte<br />
Business Administration and<br />
Finance an der Bocconi University<br />
in Mailand. Ab 1989<br />
war er in unterschiedlichen<br />
128<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
N a c h r i c h t e n<br />
Anne Giese neue Schriftleiterin<br />
bei der GWI-Redaktion<br />
Dr.-Ing. Anne Giese ist seit Januar<br />
2011 neue Schriftleiterin<br />
der Fachzeitschrift Gaswärme<br />
<strong>International</strong>. Die Redaktion<br />
heißt sie willkommen<br />
und freut sich<br />
auf eine gute Zusammenarbeit.<br />
Dr. Giese absolvierte<br />
1994 ihr Studium<br />
„Apparate und<br />
Anlagen der Stoffwirtschaft“<br />
an der<br />
Otto-von-Guericke<br />
Universität in Magdeburg,<br />
wo sie<br />
ebenfalls als wissenschaftliche<br />
Mitarbeiterin<br />
am Institut für „Strömungstechnik<br />
und Thermodynamik“<br />
Positionen im Erdgashandel<br />
für Eni tätig. 1996 wechselte<br />
er in das <strong>International</strong> Development<br />
and Trading Department,<br />
wo er anfangs als<br />
Projekt-Manager und später<br />
als Gebiets-Manager mit verschiedenen<br />
im Ausland befindlichen<br />
Entwicklungsprojekten<br />
befasst war. Seit 2004<br />
ist er Leiter des Bereichs <strong>International</strong><br />
Asset Management<br />
Department von Eni S.p.A –<br />
Gas & Power Division.<br />
Auf italienischer Seite initiierte<br />
und gestaltete Chialà maßgebliche<br />
das Joint Venture<br />
von Eni und EnBW, die im Dezember<br />
2002 die GVS erwarben.<br />
Von Beginn gehörte er<br />
dem Aufsichtsrat der GVS an.<br />
tätig war. Ihre Promotion legte<br />
sie zum Thema „Numerische<br />
Untersuchungen zur Bestimmung<br />
der Flammenlänge<br />
in Drehrohröfen“<br />
erfolgreich ab. Seit<br />
2001 ist Dr. Giese<br />
als Projektleiterin<br />
am Gaswärme-<br />
Institut e. V. Essen<br />
in der Abteilung<br />
„Industrie- und<br />
Feuerungstechnik“<br />
beschäftigt und<br />
auf dem Gebiet der<br />
numerischen Simulation,<br />
Brennerentwicklung<br />
und Schadstoffminimierung<br />
tätig. Seit Juli 2009<br />
ist sie Abteilungsleiterin.<br />
Peter Roepke wird Konzernvizepräsident<br />
für Geschäfts- und Technologieentwicklung<br />
bei Grundfos<br />
Im Sommer 2010 hat Peter<br />
Roepke seine neue Funktion<br />
als Konzernvizepräsident für<br />
Geschäfts- und Technologieentwicklung<br />
bei<br />
Grundfos angetreten.<br />
Am 1. Januar<br />
2011 ist er nun offiziell<br />
zum Mitglied<br />
der Konzernleitung<br />
ernannt worden.<br />
Die anderen Mitglieder<br />
der Konzernleitung<br />
sind<br />
Carsten Bjerg (Konzernpräsident),<br />
Heine Dalsgaard (Finanzen),<br />
Sören Sörensen (Vertrieb &<br />
Marketing) und Lars Aagaard<br />
(Produktion & Logistik).<br />
Peter Roepke besitzt einen<br />
MSc-Abschluss für Maschinenbau<br />
der Technischen<br />
Universität Dänemark (DTU,<br />
1992). Von 1992 bis 1994<br />
arbeitete er bei Olivetti.<br />
1994 wechselte<br />
er zu Nokia<br />
und war dort bis<br />
2008 in verschiedenen<br />
Führungspositionen<br />
in<br />
Dänemark tätig.<br />
2008 übernahm<br />
er die weltweite<br />
Verantwortung für<br />
die Entwicklung<br />
von Nokia-Mobiltelefonen<br />
und war dabei in<br />
verschiedenen Ländern, z. B.<br />
Finnland, Deutschland und<br />
China, tätig.<br />
Thyssengas nach Eigentümerwechsel<br />
mit Aufsichtsrat und neuem Führungsteam<br />
Mit dem offiziellen Eigentümerwechsel<br />
erhält das Unternehmen<br />
mit Wirkung zum<br />
1. April 2011 einen Aufsichtsrat<br />
und gleichzeitig ein neues<br />
Führungsteam.<br />
Neuer Thyssengas-Chef wird<br />
Dr. Wandulf Kaufmann. Bis<br />
zur Bestellung eines zweiten<br />
Geschäftsführers verantwortet<br />
Bernd Dahmen als stellvertretender<br />
Geschäftsführer<br />
smart meter<br />
smart grid<br />
smart energy 2.0<br />
Intelligente Wege der<br />
effizienten Energieverteilung<br />
18.05.2011, Essen • 09:00 – 17:30 Uhr • Atlantic Congress Hotel Essen<br />
www.gwf-smart-metering.de<br />
Veranstalter<br />
Programm-Höhepunkte:<br />
Rahmenbedingungen für Smart Meter +<br />
Smart Grid in Deutschland<br />
Alexander Kleemann (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie)<br />
Neue Konzepte dezentral vernetzter Energiesysteme<br />
– Bestandsaufnahme und Ausblick<br />
Prof. Michael Laskowski (RWE Metering GmbH)<br />
DVGW Innovationsoffensive – Anforderungen an das<br />
Netzmanagement bei Konvergenz von Gas und Strom<br />
Dr.-Ing. Hartmut Krause (DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH)<br />
Termin: Mittwoch, 18.05.2011<br />
9:00 – 17:30 Uhr<br />
Ort: Atlantic Congress Hotel Essen<br />
Zielgruppe: Mitarbeiter von Stadtwerken, Energieversorgungsunternehmen,<br />
Dienstleistern und der Geräteindustrie<br />
Mehr Information und Online-Anmeldung unter<br />
www.gwf-smart-metering.de<br />
Anz_SmartEnergy_2011_210x81.indd 1<br />
04.02.2011 9:51:15 Uhr<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
129
N a c h r i c h t e n<br />
den technischen Bereich der<br />
Thyssengas und leitet bis auf<br />
weiteres auch den Netzbetrieb.<br />
Bernd Dahmen trat nach dem<br />
Studium des Bauingenieurwesens<br />
an der RWTH Aachen<br />
1982 bei der Thyssengas ein<br />
und war zunächst als Projektleiter<br />
verantwortlich für die<br />
Genehmigung von Speichern<br />
und Verdichteranlagen durch<br />
die Aufsichtsbehörden. Er<br />
bekleidete anschließend verschiedene<br />
Führungspositionen<br />
bei der Thyssengas und<br />
im RWE-Konzern. Seit etwa<br />
zwei Jahren verantwortet er<br />
bei der Thyssengas den Bereich<br />
„Netzbetrieb“. In dieser<br />
Funktion ist der 57-jährige<br />
Mülheimer auch als technische<br />
Führungskraft gemäß<br />
der Richtlinie G1000 der<br />
Deutschen Vereinigung des<br />
Gas- und Wasserfaches e.V.<br />
(DVGW) für den Bereich „Betrieb<br />
und Instandhaltung von<br />
Gasversorgungsanlagen sowie<br />
Dokumentation“ ernannt<br />
worden.<br />
Prof. Homann wurde in den<br />
neuen Aufsichtrat der Gesellschaft<br />
berufen und wird<br />
das Kontrollgremium als Vorsitzender<br />
leiten. Zu weiteren<br />
Aufsichtsratmitgliedern wurden<br />
bisher die Macquarie-<br />
Manager Hilko Schomerus<br />
und Howard Higgins berufen.<br />
Beide verfügen über langjährige<br />
Erfahrungen in der Energiebranche.<br />
Hilko Schomerus<br />
war nahezu zehn Jahre für die<br />
MVV Energie AG tätig und ist<br />
heute Direktor der Macquarie<br />
Capital Funds Deutschland.<br />
Howard Higgins war lange<br />
Jahre CEO des walisischen<br />
Gasversorgers Wales & West<br />
Utilities und ist heute als Managing<br />
Director für Macquarie<br />
in einer Reihe von Beteiligungen<br />
als Aufsichtsrat tätig.<br />
Josef Wagner neuer Bereichsleiter Konstruktion<br />
und Entwicklung bei SMS Elotherm<br />
Dipl.-Ing. Josef Wagner ist seit<br />
dem 1. Februar 2011 neuer<br />
Bereichsleiter<br />
für die Konstruktion<br />
und<br />
Entwicklung der<br />
SMS Elotherm<br />
GmbH. In dieser<br />
Funktion ist er<br />
verantwortlich<br />
für die Entwicklung<br />
und Konstruktion<br />
von SMS<br />
Elotherm Systemen<br />
zum induktiven<br />
Härten, Erwärmen<br />
und Schweißen.<br />
Nach seinem Studium an der<br />
MEDIEN<br />
FH Offenburg bekleidete Herr<br />
Wagner mehrere Positionen<br />
im Maschinenbau,<br />
bevor er sich ab<br />
1992 bei EFD in<br />
Freiburg bis zum<br />
Technischen Leiter<br />
entwickelte. Er war<br />
für die gesamte<br />
Wertschöpfungskette<br />
von Projektierung<br />
bis zur Auslieferung<br />
der Anlagen<br />
verantwortlich.<br />
Zudem verantwortete<br />
er ein Jahr die<br />
osteuropäische Fertigung von<br />
EFD.<br />
Übungsaufgaben Technische Thermodynamik<br />
Johannes Viereck als neuer Sector Head Energy &<br />
Utilities und Mitglied der Geschäftsführung von<br />
Logica in Deutschland<br />
Dr. Johannes Viereck (42)<br />
wurde zum 1. Januar 2011<br />
als neuer Sector Head Energy<br />
& Utilities in die Geschäftsführung<br />
von Logica<br />
in Deutschland<br />
berufen. In dieser<br />
Position ist Viereck<br />
bei dem internationalen<br />
Beratungsund<br />
IT-Dienstleistungsunternehmen<br />
verantwortlich für<br />
alle Projekte in der<br />
deutschen Energieund<br />
Versorgungsbranche<br />
sowie für<br />
die strategische Ausrichtung<br />
des Unternehmens in diesem<br />
Geschäftsfeld. Viereck berichtet<br />
direkt an Torsten Straß,<br />
CEO von Logica in Deutschland.<br />
Vor seinem Wechsel zu Logica<br />
leitete Viereck seit März<br />
2007 erfolgreich das Geschäft<br />
Energy & Utilities bei<br />
Siemens IT Solutions und Services<br />
und verantwortete für<br />
diesen Bereich das<br />
weltweite Geschäft<br />
mit IT-Lösungen für<br />
Energieversorger.<br />
Zuvor war Viereck<br />
fünf Jahre lang als<br />
Projektleiter und<br />
zuletzt als Senior<br />
Partner für die Siemens<br />
Management<br />
Consulting tätig.<br />
Davor hatte er bei<br />
der Unternehmensberatung<br />
McKinsey & Company<br />
in München als Berater<br />
und Projektleiter Kunden verschiedener<br />
Branchen betreut.<br />
Viereck studierte Physik an<br />
der Universität Kassel sowie<br />
Betriebswirtschaft an der<br />
VWA Kassel.<br />
Gernot Wilhelms, Carl Hanser Verlag,<br />
4., aktualisierte Auflage, 234 S., kartoniert,<br />
€19,90, ISBN 978-3-446-42514-9,<br />
www.hanser.de<br />
Dieses Aufgabenbuch bietet<br />
Studierenden ingenieur- und<br />
naturwissenschaftlicher Studiengänge<br />
Hilfe bei der Wissensvertiefung<br />
und Examensvorbereitung.<br />
Ingenieuren<br />
und Konstrukteuren<br />
im<br />
Bereich der<br />
Energietechnik<br />
erleichtert es<br />
die Suche nach<br />
effektiven Lösungswegen.<br />
Das Übungsbuch<br />
enthält<br />
eine große Anzahl Aufgaben<br />
zu den Grundlagen der Technischen<br />
Thermodynamik sowie<br />
die zugehörigen Lösungsergebnisse.<br />
Eine Vielzahl von Aufgaben<br />
wurde ausführlich durchgerechnet<br />
(Beispiele). Mit ihnen<br />
wird die grundsätzliche<br />
Arbeitsweise beim Lösen der<br />
Aufgaben gezeigt. Besonderer<br />
Wert wurde<br />
auf eine übersichtliche<br />
Darstellung<br />
und eine gute<br />
Nachvollziehbarkeit<br />
der einzelnen<br />
Lösungsschritte<br />
gelegt.<br />
In den Aufgaben<br />
werden unter<br />
anderem behandelt:<br />
Zustandsänderungen<br />
idealer<br />
Gase, reales<br />
Stoffverhalten, Exergie- und<br />
Anergiebegriff, Wärme- und<br />
Verbrennungskraftmaschinen,<br />
Dampfkraftanlagen, Gemische,<br />
Strömungsvorgänge,<br />
Wärmeübertragung, Verbrennungsrechnung,<br />
feuchte Luft.<br />
130<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
N a c h r i c h t e n<br />
Praxishandbuch Thermoprozesstechnik<br />
Band II: Anlagen – Komponenten – Sicherheit<br />
Herbert Pfeifer, Bernard Nacke, Franz Beneke<br />
Vulkan-Verlag GmbH, Essen, 2. Auflage 2011<br />
1072 S., Farbdruck, Hardcover, mit CD oder DVD,<br />
16,5 x 23 cm, € 180,00 bzw. € 240,00 zzgl. Versand<br />
ISBN 978-3-8027-2948-5 (CD); ISBN 978-3-8027-2955-3 (DVD)<br />
www.vulkan-verlag.de<br />
Das Praxishandbuch Thermoprozesstechnik<br />
ist das Standardwerk<br />
für die Wärmebehandlungsbranche<br />
und<br />
Pflichtlektüre<br />
für jeden Ingenieur,<br />
Techniker<br />
und Planer, der<br />
sich mit der Projektierung<br />
oder<br />
dem Betrieb von<br />
Thermoprozessanlagen<br />
befasst.<br />
Das Band II widmet<br />
sich den<br />
Themenbereichen Anlagen,<br />
Komponenten und Sicherheit.<br />
Namhafte Experten der<br />
Thermoprozesstechnik beschreiben<br />
anschaulich alle<br />
relevanten Sachverhalte. Das<br />
Werk gibt einen zusammengefassten,<br />
detaillierten Überblick,<br />
der sowohl<br />
für Studierende<br />
aller einschlägigen<br />
Fachrichtungen als<br />
auch für Ingenieure<br />
hilfreich ist.<br />
Das Buch ist leserfreundlich<br />
gestaltet<br />
und zahlreiche farbige<br />
Tabellen, Graphiken<br />
und Bilder visualisieren<br />
die beschriebene Anlage<br />
und Prozesstechnik.<br />
Wissensmanagement mit neuen Portallösungen<br />
Das Know-how eines Unternehmens<br />
und die von außen<br />
zur Verfügung gestellten Informationsdatenbanken<br />
hat<br />
Haufe nun in die innovative<br />
Wissens- und Weiterbildungslösung<br />
„Haufe Business Line“<br />
implementiert, ein Portal, das<br />
das gesamte Wissen eines<br />
Unternehmens bündelt, verwaltet<br />
und zugänglich macht.<br />
Die webbasierte Lösung für<br />
sämtliche Unternehmensbereiche<br />
lässt sich in die bestehende<br />
IT-Landschaft integrieren.<br />
Optional ist dabei<br />
auch eine Anpassung an das<br />
Corporate Design des Unternehmens<br />
möglich. Alle Mitarbeiter<br />
können auf eine Plattform<br />
zugreifen – und arbeiten<br />
damit stets auf dem gleichen<br />
Wissensstand zusammen. Die<br />
Experten von Haufe bürgen<br />
für die Qualität der Fachinformationen<br />
– sie sind stets<br />
aktuell, geprüft und rechtssicher.<br />
Somit ist die Business<br />
Line eine Kombination aus<br />
den Fachinformationen von<br />
Haufe und aus unternehmensinternem<br />
Know-how,<br />
beispielsweise firmeneigenen<br />
Aufzeichnungen oder Daten.<br />
Aus der Anwendung heraus<br />
können die Mitarbeiter auch<br />
auf Online-Seminare zur individuellen<br />
Weiterbildung<br />
zugreifen. Inhaltlich geht die<br />
Bandbreite der Seminare von<br />
fachlichen Themen über Projektmanagement<br />
bis hin zur<br />
Stärkung persönlicher Kompetenzen.<br />
Eine Trefferliste mit intelligenten<br />
Verknüpfungen zeigt dem<br />
Nutzer automatisch Begriffe,<br />
die mit dem gesuchten Begriff<br />
verwandt sind. Bei einer<br />
Suche nach „Dienstreise“ erhält<br />
er zum Beispiel auch die<br />
Begriffe „Übernachtungskosten“<br />
oder „Pauschbetrag“.<br />
Weitere Informationen unter<br />
www.haufe-businessline.de<br />
Neue Studie zur Kraft-Wärme-Kopplung<br />
Der aus energiewirtschaftlichen<br />
und klimaschutzpolitischen<br />
Gründen erwünschte<br />
Ausbau von Anlagen zur Kraft-<br />
Wärme-Kopplung (KWK)<br />
bedarf weiterhin der klaren<br />
politischen Unterstützung. Zu<br />
diesem Ergebnis kommt eine<br />
Studie zur Wirtschaftlichkeit<br />
von KWK-Anlagen, die der<br />
Verband Kommunaler Unternehmen<br />
(VKU) vorstellte. Der<br />
VKU hatte die Studie bei den<br />
renommierten Wissenschaftlern<br />
Dr. Felix Christian Matthes,<br />
Forschungs-Koordinator<br />
Energie- und Klimapolitik<br />
beim Öko-Institut, und Dr.<br />
Hans-Joachim Ziesing, Senior<br />
Policy Advisor beim Ecologic<br />
Institut, in Auftrag gegeben.<br />
Um das geltende gesetzliche<br />
Ziel eines KWK-Stromerzeugungsbeitrags<br />
von 25 % bis<br />
2020 zu erreichen, muss laut<br />
Studie im Vergleich zum heutigen<br />
Ausbauniveau ein Zubau<br />
von KWK-Anlagen in einer<br />
Taschenbuch der Technischen Formeln<br />
Karl-Friedrich Fischer (Hrsg.), Carl Hanser Verlag,<br />
4., neu bearbeitete Auflage, 551 S., flexibel gebunden,<br />
€ 24,90 ,ISBN 978-3-446-41760-1, www.hanser.de<br />
Das bewährte<br />
Taschenbuch<br />
enthält Formeln,<br />
Tabellen und<br />
Übersichten zu<br />
den wichtigen<br />
technischen<br />
Grundlagenbereichen<br />
– von<br />
Mathematik<br />
und Physik über<br />
Werkstofftechnik<br />
und Elektrotechnik<br />
bis hin<br />
zur Regelungstechnik.<br />
Größenordnung von 10.000<br />
bis 12.000 MW realisiert werden.<br />
Allein die bei den kommunalen<br />
Energieversorgern<br />
installierte Kraftwerkskapazität<br />
besteht aktuell zu 61 %<br />
aus KWK-Anlagen. Durch sie<br />
haben die deutschen Stadtwerke<br />
2009 rund 9,7 Mio. t<br />
CO 2<br />
eingespart.<br />
Ein weiteres Studienergebnis:<br />
Je nach Standort wird es<br />
zukünftig schwieriger sein,<br />
große KWK-Anlagen zu realisieren.<br />
Der Ausbau von KWK-<br />
Anlagen wird sich eher auf<br />
kleinere Anlagen konzentrieren,<br />
da ihr Investitionsbedarf<br />
sowie die Abschreibungszeit<br />
geringer ist als bei größeren<br />
Anlagen. Zudem werde es<br />
immer schwieriger, große zusammenhängende<br />
Wärmesenken<br />
zu erschließen.<br />
Die Studie verfolgt das Ziel,<br />
die Wirtschaftlichkeit der<br />
KWK über einen längeren<br />
Zeitraum zu untersuchen.<br />
Für die 4. Auflage<br />
wurden die Kapitel<br />
zu Maschinen-elementen,<br />
Mess- und<br />
Fertigungstechnik<br />
völlig neu verfasst<br />
und alle anderen<br />
Teile aktualisiert.<br />
Das Fachbuch richtet<br />
sich vor allem<br />
an Studierende im<br />
Ingenieurstudium,<br />
Schüler in technischer<br />
Ausbildung und Ingenieure<br />
in der Praxis.<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
131
NEU<br />
+ 2 Workshops<br />
+ Fachausstellung<br />
2. Praxisseminar<br />
Induktives<br />
SCHMELZEN&GIESSEN<br />
von Eisen- und Nichteisenmetallen<br />
20.- 21. September, Atlantic Congress Hotel Essen • www.energieeffizienz-thermoprozess.de<br />
Programm-Höhepunkte<br />
Wann und Wo?<br />
Moderation: Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke,<br />
Leibniz Universität Hannover, Institut für Elektroprozesstechnik<br />
Themenblock 1 Grundlagen<br />
Physikalische Grundlagen des induktiven Schmelzens<br />
Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake, 10:15 – 11:00<br />
Aufbau einer Tiegelofenanlage<br />
Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke, 11:00 – 11:45<br />
Aufbau von Rinnen- und Gießöfen<br />
Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke, 11:45 – 12:30<br />
Themenblock 2 Ofenauslegung und Energieeffizienz<br />
Auslegung von Schmelz- und Gießanlagen<br />
Dr.-Ing. Erwin Dötsch, 13:30 – 14:15<br />
Energieaufwand und Energiemanagement beim induktiven Schmelzen<br />
Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake, 14:15 – 15:00<br />
Themenblock 3 Betriebssicherheit und Netzrückwirkung<br />
Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen<br />
Dr.-Ing. Manfred Hopf, 15:30 – 16:15 Uhr<br />
Theoretische und praktische Aspekte von Oberschwingungen<br />
Dipl.-Ing. Klemens Peters, 16:15 – 17:00 Uhr<br />
Termin:<br />
• Dienstag, 20.09.2011<br />
Veranstaltung (09:30 – 17:00 Uhr)<br />
Gemeinsame Abendveranstaltung ab 19:00 Uhr<br />
• Mittwoch, 21.09.2011<br />
Zwei Workshops zur Auswahl (09:00 – 12:30 Uhr)<br />
Ort:<br />
Atlantic Congress Hotel Essen,<br />
www.atlantic-hotels.de<br />
Zielgruppe:<br />
Betreiber, Planer und Anlagenbauer von<br />
Schmelzanlagen<br />
Teilnahmegebühr:<br />
• ewi Abonnenten oder/und<br />
auf Firmenempfehlung: 770 €<br />
• regulärer Preis: 870 €<br />
Im Preis enthalten sind die Tagungsunterlagen<br />
sowie das Catering (4x Kaffee, 2x Mittag essen,<br />
1 Abendveranstaltung). Jeder Teilnehmer<br />
bekommt zudem das<br />
Fachbuch„Induktives<br />
Schmelzen und Warmhalten“<br />
überreicht.<br />
NEU<br />
NEU<br />
Workshop 1 Eisenmetalle Moderation Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake<br />
• Schmelzmetallurgie und Feuerfestauskleidung<br />
• Betrieb von Schmelz- und Gießanlagen<br />
Vorträge und Diskussionen mit Dr.-Ing. Erwin Dötsch<br />
Workshop 2 Nichteisenmetalle Moderation Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke<br />
• Schmelzmetallurgie und Feuerfestauskleidung<br />
• Betrieb von Schmelz- und Gießanlagen<br />
Vorträge und Diskussionen mit Dr.-Ing. Wilfried Schmitz<br />
Veranstalter<br />
Mehr Information und Online-Anmeldung unter<br />
www.energieeffizienz-thermoprozess.de<br />
Fax-Anmeldung: 0201 - 82 002 40 oder Online-Anmeldung: www.energieeffizienz-thermoprozess.de<br />
Ich bin elektrowärme-Abonnent<br />
Ich zahle den regulären Preis<br />
Ich komme auf Empfehlung von Firma: ..........................................................................................................................................................................<br />
Workshops (bitte nur ein Workshop wählen):<br />
Workshop 1 Eisenmetalle oder Workshop 2 Nichteisenmetalle<br />
Vorname, Name des Empfängers<br />
Telefon<br />
Telefax<br />
Firma/Institution<br />
E-Mail<br />
Straße/Postfach<br />
Land, PLZ, Ort<br />
Nummer<br />
✘<br />
Ort, Datum, Unterschrift
F a c h b e r i c h t e<br />
Auswirkungen von Messfehlern<br />
auf das Behandlungsergebnis beim<br />
Nitrieren und Nitrocarburieren<br />
Impact of measurement errors on the results of nitriding and nitrocarburizing<br />
treatments<br />
Von Karl-Michael Winter<br />
Man hat heute eine recht gute Vorstellung davon, was mit zu behandelnden Teilen<br />
passieren wird, wenn sie einer definierten Atmosphäre bei einer definierten<br />
Temperatur ausgesetzt werden. Als Hilfsmittel zur Bestimmung der Behandlungsparameter<br />
beim Nitrieren dient dabei das Lehrerdiagramm, beim Nitrocarburieren<br />
gibt es unterschiedliche Dreistoff (Fe-N-C)-Diagramme, die die jeweiligen<br />
Phasengrenzen zwischen -Eisen, y’- und - (Carbo-) Nitriden als Funktion der<br />
Nitrier- und Carburierkennzahl sowie der Temperatur ausweisen. Als eine weitere<br />
Eingangsgröße zur Abbildung dieser auf Reineisen bezogenen Kennlinien auf<br />
die Behandlung von echten Teilen kommt hier noch die Verschiebung der Phasengrenzen<br />
durch die Legierungsbestandteile hinzu. Was passiert jedoch mit den<br />
Teilen, wenn es bei der Regelung zu Abweichungen von den Sollwerten kommt?<br />
Der Artikel wird die typischen Messfehler darstellen, die durch die Analysetechnik<br />
bzw. durch Fehlmessung der Temperatur oder auch durch die Temperaturverteilung<br />
im Ofen entstehen, und ihren Einfluss auf das zu erwartende Behandlungsergebnis<br />
herausarbeiten.<br />
We all have a pretty good idea of what will happen to parts to be treated if we<br />
expose them to a defined atmosphere at a given temperature. As a means to<br />
determine the treatment parameters for nitriding we can use the Lehrer Diagram<br />
respectively for nitrocarburizing there are different ternary (Fe-N-C)-diagrams<br />
displaying the phase boundaries between -iron, y‘- and -(carbo-) nitrides as<br />
a function of the nitriding and carburizing potentials and the temperature. A<br />
further input variable to map these characteristics related to pure iron onto real<br />
parts is the shift of the phase boundaries caused by the presence of alloying<br />
elements. But what happens to the parts when it comes to deviations from the<br />
desired process values?<br />
The article will work out the influence of typical measurement errors in the analysis<br />
of the atmosphere composition and temperature deviations on the expected<br />
outcome.<br />
Ziel einer Nitrierbehandlung ist das<br />
Einbringen von Stickstoff in die<br />
Werkstückoberfläche zur Verbesserung<br />
der mechanischen und chemischen<br />
Eigenschaften des Bauteils. Je nach Anforderungen<br />
werden dabei unterschiedliche<br />
Schichten angestrebt. Bild 1 zeigt<br />
den schematischen Aufbau einer Nitrierschicht.<br />
Betrachtet man den Schichtaufbau beginnend<br />
an der Oberfläche, so sieht<br />
man zunächst eine dünne, sehr harte<br />
keramische Schicht, die durch Umwandlung<br />
des Grundwerkstoffs in Eisennitride<br />
entstanden ist. Unterhalb der Verbindungsschicht<br />
sieht man eine Zone, die<br />
mit Stickstoff angereichert ist, bei der<br />
es aber noch nicht zur Umwandlung in<br />
Eisennitride gekommen ist. Diese Schicht<br />
wird Diffusionsschicht genannt. Innerhalb<br />
dieser Diffusionsschicht kommt es<br />
zu Ausscheidungen von sogenannten<br />
Sondernitriden; d. h. zu Stickstoffverbindungen<br />
mit nitridbildenden Legierungsbestandteilen,<br />
wie zum Beispiel Chrom,<br />
Titan oder Aluminium. Darunter befindet<br />
sich der ursprüngliche Grundwerkstoff.<br />
Beim Nitrocarburieren wird neben dem<br />
Stickstoff auch Kohlenstoff in die Randschicht<br />
eingebracht. Dabei kommt es zu<br />
einem schnelleren Aufbau der Verbindungsschicht.<br />
Reines Nitrieren zielt damit<br />
vorzugsweise auf den Aufbau einer<br />
tiefen, tragfähigen Diffusionsschicht bei<br />
nur geringer Verbindungsschichtdicke,<br />
wohingegen das Nitrocarburieren genutzt<br />
wird, um korrosions- und abriebfeste<br />
Verbindungsschichten zu erzeugen.<br />
Nitrierbehandlungen finden typisch im<br />
Bereich von 480 °C bis 550 °C statt, Nitrocarburieren<br />
im Bereich von 570 °C bis<br />
590 °C.<br />
Kenngrößen und<br />
Prozessparameter<br />
Für das Nitrieren und Nitrocarburieren<br />
gibt es unterschiedliche Verfahren, die<br />
nach DIN EN 10 052 bezugnehmend auf<br />
das Nitriermedium nach Gas-, Salzbad-,<br />
Pulver- oder Plasmanitrieren unterschieden<br />
werden. Im weiteren Verlauf wird<br />
dabei das Gasnitrieren näher betrachtet,<br />
bei dem als Stickstoffspender Ammoniak<br />
zum Einsatz kommt.<br />
Die grundlegende Reaktion zum Aufsticken<br />
ist dabei die katalytische Zersetzung<br />
des Ammoniakmoleküls an der Werkstückoberfläche.<br />
NH 3<br />
→1,5H 2<br />
+ ⎡⎣ N ⎤ ⎦ (1)<br />
Die Nitrierwirkung wird mit der Kenngröße<br />
Nitrierkennzahl KN angegeben.<br />
Es gilt:<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
133
F a c h b e r i c h t e<br />
beiden Kohlungskennzahlen KCB und<br />
KCW bei gleicher Aufkohlungswirkung<br />
betragsmäßig unterscheiden. Darüber<br />
hinaus läuft die heterogene Wassergas-<br />
Reaktion um ein Vielfaches schneller<br />
ab als die Boudouard-Reaktion. Diese<br />
Zusammenhänge sind bei der Wahl der<br />
Regelparameter im Zusammenhang mit<br />
dem zum Einsatz kommenden Messsystem<br />
zu berücksichtigen.<br />
Die Auswirkung von Nitrierkennzahl KN<br />
und Kohlungskennzahl KCW auf die Zusammensetzung<br />
der Verbindungsschicht<br />
wurde von Weissohn [1] in seinem<br />
NICARM Diagramm (Bild 3) beschrieben.<br />
Eingesetzte Messsysteme<br />
Bild 1: schematischer Aufbau einer Nitrierschicht [1]<br />
Fig.1: schematic structure of a nitrided layer [1]<br />
K N<br />
= pNH 3<br />
p 1,5 H 2<br />
(2)<br />
Das von Lehrer entwickelte Phasendiagramm<br />
(Bild 2) beschreibt die Phasengrenzen<br />
im Zweistoffsystem Eisen-<br />
Stickstoff als eine Funktion aus der<br />
Temperatur und der Nitrierkennzahl.<br />
Beim Nitrocarburieren wird zusätzlich zu<br />
Ammoniak noch ein aufkohlendes Gas<br />
zugegeben. Dadurch kommt es jetzt<br />
neben der Stickstoffaufnahme zu einer<br />
Aufnahme von Kohlenstoff, die ebenfalls<br />
über ihre Reaktionen an der Werkstückoberfläche<br />
beschrieben werden kann.<br />
Man unterscheidet zwischen der Boudouard-Reaktion<br />
2CO → CO 2<br />
+ ⎡⎣ C ⎤ ⎦ (3)<br />
mit der zugehörigen Kohlungskennzahl<br />
K CB<br />
= p2 CO<br />
pCO 2<br />
(4)<br />
und der heterogenen Wassergas-<br />
Reaktion<br />
H 2<br />
+ CO → H 2<br />
O + ⎡⎣ C ⎤ ⎦ (5)<br />
mit der zugehörigen Kohlungskennzahl<br />
K CW<br />
= pH 2 ⋅pCO<br />
pCO 2<br />
(6)<br />
Hierbei ist zu beachten, dass sich die<br />
Bild 2:<br />
Fe-N Lehrer Diagramm mit<br />
Isokonzentrationslinien für<br />
Stickstoff in der Epsilonphase<br />
[2, 3], Nitrierkennzahl<br />
KN in bar-0.5, Temperatur<br />
in Grad Celsius<br />
Fig. 2:<br />
Fe-N Lehrer Diagram with<br />
iso-concentration-lines for<br />
Nitrogen in the Epsilon<br />
phase [2, 3], nitriding<br />
potential KN in bar-0.5,<br />
temperature in centigrades<br />
Zur Erfassung der Atmosphärenkennzahlen<br />
können unterschiedliche Messsysteme<br />
zum Einsatz kommen. So kann<br />
die Nitrierkennzahl über die Messung<br />
der Atmosphärenbestandteile Wasserstoff<br />
und Ammoniak direkt ermittelt<br />
werden. In der Praxis, speziell bei reinen<br />
Nitrierprozessen genügt es jedoch, wenn<br />
eine der beiden Komponenten gemessen<br />
wird, da sich jeweils die andere über<br />
die thermische Zerfallsreaktion ergibt.<br />
NH 3<br />
→ 0.<br />
5N 2<br />
+1.5H 2<br />
(7)<br />
Wird neben Ammoniak bzw. dissoziiertem<br />
Ammoniak der Behandlungsatmosphäre<br />
Stickstoff zugegeben, müssen<br />
entweder die Durchflüsse bekannt sein<br />
bzw. gemessen werden, oder sowohl<br />
Wasserstoff als auch Ammoniak gemessen<br />
werden.<br />
Die Zugabe von Luft beim Oxinitrieren<br />
führt zu einer Reaktion des Luftsauerstoffs<br />
mit dem Wasserstoff. Es bildet sich<br />
Wasserdampf und damit verschieben<br />
sich die prozentualen Anteile im Prozessgas.<br />
Zusätzlich kommt es zu einer<br />
Verdünnung der Atmosphäre durch den<br />
über die Luft eingeleiteten Stickstoff.<br />
Auch hier müssen entweder die Durchflüsse<br />
bekannt sein oder zusätzlich der<br />
Wassergehalt der Atmosphäre gemessen<br />
werden.<br />
Beim Nitrocarburieren mit CO, CO 2<br />
,<br />
Endogas oder auch Exogas werden neben<br />
Kohlenstoff ebenfalls der an diesen<br />
angebundene Sauerstoff, im Falle von<br />
Endo- und Exogas zusätzlich Wasserstoff<br />
und Stickstoff in den Ofen eingeleitet. Es<br />
kommt zur Einstellung des Wassergasgleichgewichtes<br />
H 2<br />
+ CO 2<br />
→ H 2<br />
O + CO (8)<br />
mit der thermodynamischen Gleichgewichtskonstanten<br />
134<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
– Auflösung, Linearität und Drift der<br />
Analogverarbeitung<br />
– Thermische Stabilität der Sensorik,<br />
Langzeitdrift<br />
– Abweichungen im Messgasdurchfluss<br />
K W<br />
Bild 3: Fe-N-C NICARM Diagramm für 575 °C mit Isokonzentrationslinien<br />
für Stickstoff und Kohlenstoff in der Epsilonphase [1], Nitrierkennzahl KN in bar-<br />
0.5, Kohlungskennzahl KCW in bar<br />
Fig. 3: Fe-N-C NICARM Diagram for 575 °C with iso-concentration-lines<br />
for Nitrogen and Carbon in the Epsilon phase [1], nitriding potential KN in<br />
bar-0.5, carburizing potential KCW in bar<br />
= pH 2 O ⋅pCO<br />
pH 2<br />
⋅pCO 2<br />
(9)<br />
Zur Berechnung der Kohlungskennzahl(en)<br />
müssen zusätzlich CO oder CO<br />
und CO 2<br />
ermittelt werden. Das kann mittels<br />
einer direkten Messung oder indirekt<br />
über eine Erfassung der eingeleiteten<br />
Massenbilanzen erfolgen.<br />
Die im Weiteren betrachteten Messsysteme<br />
bestehen aus:<br />
– einem H 2<br />
-Analysator, basierend auf einer<br />
Wärmeleitfähigkeitsmessung des<br />
Prozessgases bzw.<br />
– alternativ oder zusätzlich einem NH 3<br />
-<br />
Infrarotanalysator<br />
– einer zusätzlichen Sauerstoffsonde für<br />
den Nitrocarburierprozess oder<br />
– alternativ einem CO-CO 2<br />
-Infrarotanalysator.<br />
– Druckstabilität: Auch wenn die thermische<br />
Leitfähigkeit über weite Druckbereiche<br />
vergleichsweise stabil bleibt,<br />
kommt es dennoch zu Abweichungen<br />
– Viskosität: Mischt man Gase mit unterschiedlichen<br />
Leitfähigkeiten, ergibt<br />
sich die Leitfähigkeit des Gasgemisches<br />
nicht nur aus der Summe der einzelnen<br />
Leitfähigkeiten, sondern es kommt zu<br />
einer Krümmung der theoretischen<br />
Messkurve über der Viskosität.<br />
Dazu kommen übliche Fehler in der<br />
Messtechnik, die durch Konstruktion<br />
des Messgerätes sowie der eingesetzten<br />
Sensorik bedingt sind. Hierbei sind anzuführen:<br />
Ein weiterer systemischer Fehler ist aber<br />
gravierender. Analysatoren dieser Art<br />
sind auf ein binäres Gasgemisch kalibriert,<br />
üblich ist eine Kalibrierung in Prozent<br />
Wasserstoff in Stickstoff (% H 2<br />
:N 2<br />
).<br />
Beim <strong>Messen</strong> von Prozessgasen zum<br />
Nitrieren und Nitrocarburieren messen<br />
wir jedoch ein Gemisch aus Wasserstoff,<br />
Stickstoff, Ammoniak und Zusatzgasen,<br />
wie Kohlenmonooxid, Kohlendioxid und<br />
Wasserdampf. Damit kommt es zu einer<br />
erheblichen Abweichung vom interpretierten<br />
H 2<br />
-Gehalt.<br />
Betrachtet man einen Analysator aus<br />
dem oberen Preissegment, so gibt der<br />
Hersteller für einen eingestellten Messbereich<br />
von 0-100% H 2<br />
:N 2<br />
an:<br />
Ausgangssignalschwankung:<br />
< + /- 0,75 % des kleinstmöglichen Messbereichs<br />
Nullpunktdrift:<br />
F a c h b e r i c h t e<br />
– Der entnommene Wasserdampfanteil<br />
verschiebt die prozentualen Anteile im<br />
Messgas.<br />
– Das kondensierend ausgefilterte Wasser<br />
bindet den Ammoniak über eine<br />
Bildung von Salmiakgeist (Reaktion<br />
10) bzw. bei Anwesenheit von Kohlenmonooxid<br />
bildet sich Hirschhornsalz<br />
(Reaktion 11).<br />
NH 3<br />
+H 2<br />
O → NH 4<br />
OH (10)<br />
NH 3<br />
+H 2<br />
O + CO 2<br />
→ NH 4<br />
HCO 3<br />
(11)<br />
Bild 5: Abweichung der H 2<br />
:N 2<br />
Messwerte vom tatsächlichen Wasserstoffgehalt durch die<br />
Querempfindlichkeiten in einer Nitrocarburieratmosphäre nach Einstellung des Wassergasgleich<br />
gewichtes bei einer Messgastemperatur von 100 °C<br />
Fig. 5: Deviations of measured H 2<br />
:N 2<br />
values to the real Hydrogen percentage caused by cross<br />
sensivtities given in a nitrocarburizing atmosphere and established watergas equilibrium; sampling<br />
gas measured at 100 °C<br />
Betreibt man also den Analysator nicht in<br />
einer Klimakammer, erhält man im Sommer<br />
andere Messwerte als im Winter.<br />
Die Nullpunktdrift, die sich durch die Anwesenheit<br />
von Ammoniak ergibt, ist in<br />
Bild 4 angegeben, die Abweichungen<br />
bei der Messung einer Nitrocarburieratmosphäre<br />
sind aus Bild 5 zu entnehmen.<br />
Typische Fehler bei der Ammoniakmessung<br />
Bei der Messung von Ammoniak mit<br />
Hilfe eines Infrarotanalysators kommt<br />
es neben den konstruktiv gegebenen<br />
Abweichungen ebenfalls zu grundsätzlichen<br />
Problemstellungen, die bekannt<br />
sein müssen. Bei der Infrarotmessung besteht<br />
eine lineare Abhängigkeit des Messergebnisses<br />
vom Messgasdruck. Dieser<br />
muss entweder stabilisiert oder über<br />
eine zusätzliche Druckmessung kompensiert<br />
werden. Allerdings ist bei der<br />
Ammoniakmessung beim Oxinitrieren<br />
und Nitrocarburieren die größte Abweichung<br />
durch eine Querempfindlichkeit<br />
zu Wasserdampf zu erwarten. Die vergleichsweise<br />
schmalen Absorptionslinien<br />
von Ammoniak sind in weiten Bereichen<br />
von einem Kamm von Absorptionslinien<br />
des Wassers umgeben. Eine genaue Erfassung<br />
dieser Linien ist nur mit hohem<br />
messtechnischem Aufwand möglich. In<br />
der Praxis bedient man sich daher eines<br />
Tricks. Vor der Zuführung des Messgases<br />
in den Analysator wird dieses getrocknet;<br />
d.h. der Wasseranteil wird ausgefiltert.<br />
Dabei kommt es jedoch zu zwei Effekten,<br />
die das Messergebnis verfälschen:<br />
Bild 6:<br />
Prinzip einer Zirkondioxid-Sauerstoffsonde<br />
[4]<br />
Fig. 6:<br />
Prinziple of a<br />
Zircondioxide<br />
Oxygen probe [4]<br />
Daraus ergeben sich Fehlmessungen, die<br />
im Bereich von + /-2 % absolut vom tatsächlichen<br />
Ammoniakgehalt liegen.<br />
Typische Fehler bei der Messung<br />
mit einer Sauerstoffsonde<br />
Das Messprinzip einer Sauerstoffsonde<br />
beruht auf dem Effekt, dass Zirkondioxid<br />
bei Temperaturen von mehr als<br />
ca. 350 °C durchlässig wird für Sauerstoffionen.<br />
Liegt an den beiden Seiten eines<br />
Zirkonelements ein unterschiedlicher<br />
Sauerstoffpartialdruck vor, kommt es zu<br />
einer Ionisation und dann einer Diffusion<br />
der ionisierten Sauerstoffatome von der<br />
Seite mit dem höheren Sauerstoffpartialdruck<br />
zur Seite mit dem geringeren Sauerstoffpartialdruck.<br />
Dabei stellt sich ein<br />
Gleichgewicht ein, bei dem das elektrische<br />
Feld, hervorgerufen durch die damit<br />
einhergehende Ladungsverschiebung,<br />
eine Gegenkraft einstellt, die dem Potenzialgefälle<br />
zwischen den beiden Seiten<br />
des Elements entspricht. Diese Ladungsverschiebung<br />
kann dann als Spannung<br />
gemessen werden. Kennt man den Sauerstoffgehalt<br />
auf einer der beiden Seiten<br />
(Referenz), kann der Sauerstoffgehalt<br />
auf der anderen Seite (Messgas) aus der<br />
Spannung und der Temperatur der Messzelle<br />
berechnet werden (Bild 6).<br />
Der Bezug zwischen Sauerstoffpartialdruckgefälle,<br />
der Temperatur und der<br />
zu erwartenden Spannung wird mit der<br />
Nernst’schen Gleichung (12) beschrieben.<br />
R steht für die allgemeine Gaskonstante,<br />
F für die Faradaykonstante und T<br />
ist angegeben in Kelvin. Wird die Referenzseite<br />
mit Luft betrieben ist für p 0 O 2<br />
ein Wert von 0,209 einzusetzen.<br />
E = R ⋅ T<br />
4 ⋅F ⋅ln ⎛ pO ⎞<br />
2<br />
⎜ ⎟⎡⎣ mV⎤ ⎦<br />
(12)<br />
⎝p 0 O 2 ⎠<br />
Als Einflussgrößen auf das Messergebnis<br />
sind zu nennen:<br />
136<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
– Nullpunktverschiebung: Gerade beim<br />
Einsatz von Lambdasonden muss berücksichtigt<br />
werden, dass diese gegen<br />
Luft nicht die zu erwarteten 0 mV anzeigen.<br />
Diese Art von Sensoren zeigen<br />
dabei typisch zwischen 12 mV und<br />
50 mV.<br />
Tabelle 1: Auswirkungen von Messfehlern bei der Messung mit Sauerstoffsonden<br />
Table 1: Effects of measurement errors with Oxygen probes<br />
T Sonde [°C] EMK Sonde pO 2<br />
[bar] Messfehler pO 2<br />
[bar]<br />
[mV]<br />
gemessen<br />
580 - 1.100 2,12∙10 -27 + 12 mV 4,07∙10 -27<br />
580 - 1.100 2,12∙10 -27 - 10 °C 1,04∙10 -27<br />
– Thermospannungen: Sind bei einer im<br />
Ofenraum angebrachten Sonde die Innenelektrode<br />
und die Außenelektrode<br />
aus unterschiedlichen Metallen gefertigt,<br />
kommt es zu einer Abweichung<br />
der Messspannung, die je nach Prozesstemperatur<br />
unterschiedlich ausfällt.<br />
– Katalyse: An der Sensorspitze kann es<br />
zu einer katalytischen Zersetzung des<br />
Ammoniaks kommen. Diese führt zu<br />
höheren Messwerten als erwartet.<br />
– Unbekannte, evtl. schwankende Messtemperatur:<br />
Werden Sonden eingesetzt,<br />
die kein eingebautes Thermoelement<br />
besitzen, kann die Nernst’sche<br />
Gleichung nur mit einer angenommenen<br />
Temperatur berechnet werden.<br />
Auch wenn diese über einen Kalibriervorgang<br />
ermittelt wurde, besteht dennoch<br />
die Möglichkeit, dass sie sich in<br />
Abhängigkeit von Umgebungsbedin-<br />
gungen im Laufe der Messung verändert.<br />
– Zu hoher Messstrom: Sauerstoffmesszellen<br />
arbeiten wie eine Spannungsquelle.<br />
Weist der Analogeingang des<br />
Messgerätes einen zu geringen Eingangswiderstand<br />
auf, kommt es zu<br />
einem Messstrom, der über die Ionendiffusion<br />
nicht mehr bereitgestellt werden<br />
kann. Damit wird eine zu kleine<br />
Spannung gemessen.<br />
– Elektronenleitung: Zirkondioxid zeigt<br />
das elektrische Verhalten eines Heißleiters.<br />
Damit kommt es bei hohen<br />
Temperaturen und hohen Ladungsverschiebungen<br />
zu einem Elektronenstrom,<br />
der zu einer Abweichung von<br />
der Nernst’schen Spannung führt.<br />
Tabelle 1 zeigt die Auswirkung von<br />
Messfehlern auf den ermittelten Sauerstoffpartialdruck.<br />
Die Abweichungen sehen<br />
zunächst nicht sehr groß aus, wenn<br />
man die absolute Höhe der ermittelten<br />
Sauerstoffgehalte betrachtet. Allerdings<br />
wird dieser Wert bei Nitrier- und Nitrocarburierprozessen<br />
zur Ermittlung des<br />
Wassergehaltes bzw. zusätzlich zur Ermittlung<br />
des Partialdruckverhältnisses<br />
von CO zu CO 2<br />
im Ofengas verwendet.<br />
Wasserdampf und Wasserstoff stehen<br />
dabei in einer Beziehung mit dem Sauerstoff<br />
über die Reaktion<br />
H 2<br />
+ 1 2 O 2 → H 2 O (13)<br />
und Einstellung des thermodynamischen<br />
Gleichgewichts<br />
Bitte besuchen Sie uns: Thermprocess Düsseldorf, Halle 9, Stand 9A34<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
137
F a c h b e r i c h t e<br />
Tabelle 2: Auswirkungen von O 2<br />
-Messfehlern auf die Nitrierkennzahl bei einer Ammoniakbegasung<br />
mit 5 % Luftzugabe<br />
Table 2: Effects of O 2<br />
measurement errors on the derived nitriding potential in an Ammonia<br />
atmosphere with 5 % Air addition<br />
T Sonde [°C] EMK Sonde Messfehler K N<br />
[bar -0.5 ] K N<br />
[bar -0.5 ]<br />
[mV]<br />
gemessen<br />
520 -1.151 + 12 mV 1,00 1,03<br />
520 -1.151 - 10 °C 1,00 1,16<br />
Tabelle 3: Auswirkungen von O 2<br />
-Messfehlern auf die Carburierkennzahl bei einer Ammoniakbegasung<br />
mit 10 % CO 2<br />
-Zugabe<br />
Table 3: Effects of O 2<br />
measurement errors on the derived carburizing potential in an Ammonia<br />
atmosphere with 10 % CO 2<br />
addition<br />
T Sonde [°C] EMK Sonde Messfehler K CB<br />
[bar] K CB<br />
[bar]<br />
[mV]<br />
gemessen<br />
580 - 1.090 + 12 mV 0,15 0,09<br />
580 - 1.090 - 10 °C 0,15 0,14<br />
pH<br />
K =<br />
2<br />
O<br />
(14)<br />
pH 2<br />
⋅p 0,5 O 2<br />
Bezogen auf die Kennzahlen K N<br />
und K CB<br />
ergeben sich damit zum Teil beträchtliche<br />
Abweichungen, die in den Tabellen<br />
2 und 3 aufgeführt sind.<br />
Typische Fehler bei der Messung<br />
von CO und CO 2<br />
Wie bei der Messung von Ammoniak<br />
kommt auch hier üblicherweise ein Infrarotanalysator<br />
zum Einsatz, mit den<br />
schon erwähnten konstruktiv bedingten<br />
Messfehlern. Beim Einsatz muss darauf<br />
geachtet werden, dass der Analysator<br />
ammoniakfest ist. Der Messbereich muss<br />
für den Einsatz in Nitrocarburieratmosphären<br />
geeignet sein.<br />
Für die Genauigkeit der Messung, oder<br />
besser für die Unsicherheit der Messung<br />
kommen hier, wie bei allen Analysatoren,<br />
leicht einige Prozente des kleinsten<br />
Messbereichs zusammen.<br />
Zusätzlich zur Messungenauigkeit des<br />
Analysators kann es bei der Messung<br />
von CO und CO 2<br />
, bei Anwesenheit von<br />
H 2<br />
und H 2<br />
O zu einer Verschiebung des<br />
Wassergasgleichgewichtes kommen,<br />
wobei dann im Messgas mehr CO 2<br />
und<br />
weniger CO vorhanden ist als im Ofen.<br />
Das führt zu erheblichen Abweichungen<br />
bei der daraus ermittelten Kohlungskennzahl<br />
nach Boudouard.<br />
Für einen Nitrocarburierprozess bei<br />
580 °C mit einer Begasung von 90 %<br />
Ammoniak und 10 % Kohlendioxid und<br />
einer eingestellten Nitrierkennzahl von<br />
K N<br />
= 1 sowie einer eingestellten Koh-<br />
lungskennzahl von K CB<br />
= 0,16 kommt es<br />
bei einer Verschiebung von einem halben<br />
Prozent CO 2<br />
zu CO zu einem gemessenen<br />
K CB<br />
von 0,10.<br />
Typische Messfehler und Abweichungen<br />
bei der Temperaturerfassung<br />
Bei der Temperaturmessung kommt es<br />
zunächst darauf an, welche Komponen-<br />
ten eingesetzt werden. Sowohl Thermoelemente<br />
also auch Temperaturmessgeräte<br />
weisen, gemäß ihrer Klassifikation,<br />
maximal zulässige Abweichungen auf.<br />
Nimmt man an, dass bei diesen Prozessen<br />
üblicherweise Thermoelemente vom<br />
Typ K eingesetzt werden, so liegt der zulässige<br />
Messfehler bei Verwendung von<br />
Klasse 1 Elementen nach DIN IEC 584 bei<br />
+<br />
/-1,5 °C. Dazu kommt die Genauigkeit<br />
des Messgerätes, das bei Verwendung<br />
eines Feinmessgerätes der Klasse 0,1<br />
bei 0,1 % des abzulesenden Messwertes<br />
liegt. Bei einer Prozesstemperatur von<br />
580 °C addiert sich damit der Gesamtmessfehler<br />
auf + /- 2 °C absolut.<br />
Auch hier kommen Effekte wie Langzeitdrift,<br />
aber auch Abweichungen bei der<br />
Erfassung der Klemmentemperaturen<br />
hinzu.<br />
Unabhängig von der Güte des eingesetzten<br />
Messmittels kommt es jedoch zu<br />
erheblichen Abweichungen der Temperatur<br />
an den Bauteilen über die Charge<br />
hinweg. Wieder gibt hierzu eine Klassifizierung,<br />
diesmal der Anlage, Auskunft.<br />
So beträgt nach AMS 2750D die maximal<br />
zulässige Abweichung innerhalb des<br />
Ofenraums bei Verwendung eines Klasse<br />
1 Industrieofens +/- 3 °C.<br />
Bild 7: Prozentualer Fehler bei der Ermittlung der Nitrierkennzahl einer Ammoniak-Spaltgas-Atmosphäre<br />
bei Verwendung einer Wasserstoffanalyse. Die Abweichungen bei der Wasserstoffmessung<br />
sind in absoluten Volumenprozenten angegeben<br />
Fig. 7: Relative error in the calculated nitriding potential of an Ammonia-disscociated Ammonia atmosphere<br />
when using a Hydrogen analyzer. The deviations in the hydrogen measurement are given<br />
in absolute volume percentages<br />
138<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Auswirkungen auf das Behandlungsergebnis<br />
Wie wirken sich diese Messfehler in der<br />
Praxis aus? Man betrachtet zunächst<br />
einen Nitrierprozess, bei dem die Nitrierkennzahl<br />
mit Hilfe eines Wasserstoffanalysators<br />
gemessen und geregelt<br />
wird. Dabei wird unter Verwendung von<br />
Gleichung 7 zunächst der NH 3<br />
-Gehalt<br />
und weiterhin die K N<br />
nach Gleichung 2<br />
berechnet.<br />
Der Konfidenzbereich wird abgeschätzt<br />
als:<br />
( pNH 3<br />
−E 1 )/ pH 2<br />
+E 2<br />
( ) 1.5 ≺= K N<br />
≺<br />
(12)<br />
( ) /( pH 2<br />
−E 2 ) 1.5<br />
= pNH 3<br />
+E 1<br />
Mit E 1<br />
als Fehler beim <strong>Messen</strong> von Ammoniak<br />
und E 2<br />
als Fehler beim <strong>Messen</strong><br />
von Wasserstoff. Aufgrund der thermischen<br />
Spaltung des Ammoniaks kann E 1<br />
als eine Funktion von E 2<br />
ermittelt werden.<br />
E 1<br />
= 4 3 E 2 (13)<br />
Bild 7 zeigt die relative Abweichung<br />
der ermittelten Nitrierkennzahl vom<br />
tatsächlichen Wert für unterschiedliche<br />
Messfehler bei der Wasserstoffmessung.<br />
Nachdem sich beide Messfehler gewissermaßen<br />
verdoppeln, da ein zu gering<br />
angenommener Wasserstoffgehalt sich<br />
immer in einem zu hoch angenommenen<br />
Ammoniakanteil niederschlägt bzw.<br />
umgekehrt, kann die Verwendung von<br />
einem IR-Analysator zur Ermittlung des<br />
Ammoniakgehaltes zu genaueren Messwerten<br />
führen, muss sie aber nicht.<br />
Wendet man die zulässigen Messfehler<br />
auf die zur Einstellung des Prozesses zugrunde<br />
gelegten Phasendiagramme an,<br />
kommt es zu unscharfen Bereichen um<br />
die Phasengrenzen. Bild 8 zeigt die Auswirkung<br />
eines angenommenen Messfehlers<br />
von + /-1% absolut bei der Wasserstoffmessung<br />
und + /-5 °C Abweichung<br />
von der Solltemperatur.<br />
Sollen also Prozesse gefahren werden,<br />
bei denen die Nitrierkennzahl möglichst<br />
nahe an einer der Phasengrenzen eingestellt<br />
wird, muss dieser Unschärfebereich<br />
berücksichtigt werden. Gleiches<br />
gilt auch für Nitrocarburierprozesse.<br />
Zur Verdeutlichung zeigt Bild 9 einen<br />
Ausschnitt aus dem dreidimensionalen<br />
Temperatur-Nitrierkennzahl-Kohlungskennzahl-Diagramm,<br />
bei dem in jedem<br />
Fall eine Epsilonschicht erzeugt wird. Aus<br />
dem Diagramm wird deutlich, dass mit<br />
Bild 8: Auswirkung von Fehlern bei der Wasserstoff- und in der Temperaturmessung auf das Fe-N<br />
Phasendiagramm. Die gestrichelten Linien beschreiben den Unschärfebereich um die Phasengrenzen<br />
zu Gamma’ und Epsilon<br />
Fig. 8: Effects of measurement errors in Hydrogen percentage and temperature on the Fe-N phase<br />
diagram. The dashed lines display the uncertainty range beside the phase boundaries to Gamma<br />
prime and Epsilon<br />
steigender Prozesstemperatur die Kohlungskennzahl<br />
erhöht werden muss, um<br />
in das entsprechende Regelungsfenster<br />
zu gelangen. Im Gegensatz dazu ändert<br />
sich die einzustellende Nitrierkennzahl<br />
nur wenig.<br />
Beim Nitrocarburieren empfiehlt es sich,<br />
nicht an die Phasengrenzen zu gehen,<br />
sondern vielmehr einen Arbeitspunkt<br />
zu wählen, der über einen weitern Toleranzbereich<br />
hinweg die gewünschte Verbindungsschicht<br />
erzeugt.<br />
Fazit<br />
Beim Einsatz der verfügbaren Messtechnik<br />
zur Erfassung und Regelung von<br />
Bild 9: Epsilonphase als Funktion der Temperatur [°C], der Nitrierkennzahl [bar-0.5] und der<br />
Kohlungskennzahl nach Boudouard [bar]<br />
Fig. 9: Epsilon phase as a function of temperature [°C], nitriding potential [bar-0.5] and carburizing<br />
potential [bar] according to the Boudouard reaction<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
139
F a c h b e r i c h t e<br />
Nitrier- und Nitrocarburieratmosphären<br />
kann es an den Bauteilen zu zum Teil<br />
erheblichen Abweichungen vom gewünschten<br />
Ergebnis kommen. Neben<br />
den offensichtlichen Gründen, wie z. B.<br />
einer Passivschicht, die bei der Reinigung<br />
nur ungenügend entfernt wurde, kann<br />
die Abweichung auch in der Messtechnik<br />
sowie der Temperaturverteilung in<br />
der Anlage begründet sein.<br />
Aus den vorangegangenen Betrachtungen<br />
geht klar hervor, dass sich vergleichsweise<br />
kleine Fehler innerhalb der<br />
Prozesskette addieren, und damit zu<br />
unerwarteten Behandlungsergebnissen<br />
führen können. Deshalb ist es bei der<br />
Wahl der Prozessparameter unabdingbar<br />
die zulässigen, und damit auch real<br />
möglichen Unsicherheiten innerhalb der<br />
eingesetzten Messgeräte und Anlagen<br />
zu berücksichtigen. Alle Fehler zusammengenommen<br />
münden in einem Unschärfebereich<br />
um die Phasengrenzen<br />
im Fe-N- bzw. Fe-N-C-Diagramm, das<br />
zur Ermittlung der Sollwerte verwendet<br />
wird.<br />
Die letztendlich einzustellenden Parameter<br />
sollten daher so gewählt werden,<br />
dass ein ausreichender Sicherheitsabstand<br />
eingehalten wird.<br />
Literatur<br />
[1] Weissohn, K.H und Winter, K.-M.: Nitrieren<br />
– Nitrocarburieren, Gaswärme <strong>International</strong>,<br />
8/2002; S. 328-336<br />
[2] Lehrer, E.: Über das Eisen-Wasserstoff-Ammoniak-Gleichgewicht.<br />
Zeitschrift für Elektrochemie<br />
36, 1930, S. 383-392<br />
[3] Spies, H.-J., Berg, H.-J. und Zimdars, H.:<br />
Fortschritte beim sensorkontrollierten Gasnitrieren<br />
und –nitrocarburieren. Zeitschrift für<br />
Werkstoffe, Wärmebehandlung, Fertigung -<br />
HTM, 58, 4/2003, S. 189-197<br />
[4] Grabke, H. J. et al: Die Prozessregelung<br />
beim Gasaufkohlen und Einsatzhärten; expert<br />
verlag, Renningen-Malmsheim, 1997,<br />
S. 65 y<br />
Dipl.-Ing. (FH)<br />
Karl-Michael Winter<br />
PROCESS-ELECTRONIC GmbH,<br />
Heiningen<br />
Tel.: 07161/94 88 80<br />
km.winter@<br />
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F a c h b e r i c h t e<br />
Vorausschauende Instandhaltung<br />
von Thermoprozessanlagen<br />
Predictive maintenance of thermal processing installation<br />
Von Hartmut Steck-Winter<br />
Die grundsätzlichen Anforderungen eines Expertensystems zur Unterstützung<br />
der zustandsorientierten vorausschauenden Instandhaltung werden vorgestellt<br />
und diskutiert.<br />
Kernfunktion der zustandsorientierten vorausschauenden Instandhaltung ist<br />
die Prognose der verbleibenden Lebensdauer eines Betriebsmittels. Der wahrscheinliche<br />
Ausfallzeitpunkt soll möglichst genau vorhergesagt werden, um<br />
rechtzeitig Instandhaltungsmaßnahmen durchführen zu können und dabei den<br />
Abnutzungsvorrat optimal auszuschöpfen. Dazu muss der Alterungsprozess von<br />
Betriebsmitteln mit Hilfe von periodischen Inspektionen erfasst, gespeichert und<br />
analysiert werden. Darauf aufbauend soll mit Hilfe von mathematischen Modellen<br />
der verbleibende Abnutzungsvorrat hinreichend genau abgeschätzt und der<br />
optimale Instandhaltungstermin prognostiziert werden.<br />
The basic requirements of an expert system to support the condition-based<br />
predictive maintenance will be presented and discussed.<br />
Core function of condition-based predictive maintenance is an assessment<br />
of the remaining lifetime. The probable failure date needs to be predicted as<br />
accurately as possible, to allow use of expensive equipment to the fullest extend.<br />
Thus, together with periodic inspections, the wearing down process of equipment<br />
must be recorded, stored in a database and analyzed carefully. To predict<br />
the optimal preventive maintenance date with the help of mathematical models<br />
the wearing out process needs to be estimated with sufficient accuracy.<br />
Bei der zustandsorientierten vorausschauenden<br />
Instandhaltung steht<br />
die Frage „Wann wird ein Betriebsmittel<br />
ausfallen?“ im Zentrum der Aufmerksamkeit,<br />
weil der Abnutzungsvorrat<br />
eines Betriebsmittels bis kurz vor seinem<br />
Ausfall, mindestens jedoch bis zur nächsten<br />
geplanten Wartung, ausgenutzt werden<br />
soll.<br />
Der Abnutzungszustand kann entweder<br />
näherungsweise berechnet oder durch<br />
eine Inspektion der Abnutzungssymptome<br />
bestimmt werden. Die erste Möglichkeit<br />
wird durch ein Rechenmodell,<br />
die zweite durch die Zustandserfassung<br />
abgedeckt. Durch die Kombination beider<br />
Methoden werden Optimierungen<br />
möglich.<br />
In diesem Beitrag werden beide Themenkreise<br />
behandelt. Es wird untersucht,<br />
welche Anforderungen ein Instandhaltungs-Planungs-System<br />
(IPS) erfüllen<br />
muss, das dem Anwender Entscheidungshilfen<br />
für die Optimierung der Instandhaltung<br />
von Thermoprozessanlagen<br />
liefern soll.<br />
Bei der Beschäftigung mit diesem Thema<br />
stellt sich natürlich auch gleich zu Beginn<br />
die Frage nach der Praxisnähe bzw. Realitätsferne.<br />
Immerhin gibt es Instandhaltungsprogramme<br />
schon Jahrzehnte,<br />
ohne dass sie sich zwischenzeitlich für<br />
Thermoprozessanlagen zu einem Standard<br />
entwickelt haben.<br />
Beim Blick über den Tellerrand hinaus<br />
zeigt sich dann aber doch, dass dieses<br />
Thema in einigen Industrien, beispielsweise<br />
Kraftwerksanlagen, Personenbeförderungssysteme<br />
und insbesondere<br />
für Offshore Windenergieanlagen, ganz<br />
oben auf der Agenda steht und die aktuelle<br />
Diskussion in Wissenschaft und Industrie<br />
maßgeblich bestimmt.<br />
Gibt es eine optimale Instandhaltungsstrategie?<br />
In Ausgabe 7-8/2008 der Gaswärme <strong>International</strong><br />
hat der Autor die Grundlagen<br />
und Anforderungen der Instandhaltung<br />
von Thermoprozessanlagen beschrieben<br />
[1]. Im Folgenden wird auf diesen Beitrag<br />
aufgebaut.<br />
Thermoprozessanlagen zeichnen sich<br />
bekanntlich insbesondere dadurch aus,<br />
dass während der Betriebszeit keine Zustandsüberprüfung<br />
der im Ofen eingebauten<br />
Betriebsmittel möglich ist und<br />
die Instandhaltung auf die Erkenntnisse<br />
der letzten Inspektion angewiesen ist.<br />
Vor dem Hintergrund, dass für diese<br />
Betriebsmittel im Störungsfall auch keine<br />
rasche Zugänglichkeit möglich ist,<br />
kommt der Sicherstellung eines Betriebes<br />
mit möglichst geringem Ausfallrisiko<br />
bis zur nächsten Wartung höchste Bedeutung<br />
zu.<br />
Das Instandhaltungsmanagement hat<br />
vor diesem Hintergrund die Aufgabe,<br />
den Instandhaltungsbedarf zukunftsgerichtet<br />
zu erkennen und die Instandhaltungsmaßnahmen<br />
kosteneffizient zu<br />
planen und zu steuern. Diese Aufgabe<br />
wird in der Regel von einer Instandhaltungsstrategie<br />
geleitet und ggf. durch<br />
ein Instandhaltungs-Planungs-System<br />
(IPS) unterstützt.<br />
Instandhaltungsstrategien sind Leitlinien<br />
für die Instandhaltung. Sie geben vor,<br />
wie und wann die Instandhaltungsplanung<br />
auf Ereignisse reagieren muss, um<br />
den gewünschten Zustand zu erhalten.<br />
Die drei grundlegenden Instandhaltungsstrategien<br />
lassen sich anhand der<br />
Reaktion auf den Abnutzungszustand<br />
unterscheiden:<br />
1. Ereignisorientierte Instandhaltung<br />
(Feuerwehrstrategie):<br />
Der Abnutzungsvorrat eines Betriebsmittels<br />
wird vollständig ausgeschöpft.<br />
Die Instandhaltung reagiert erst nach<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
141
F a c h b e r i c h t e<br />
Ausfall eines Betriebsmittels. Für Thermoprozessanlagen<br />
kommt die geplante<br />
ereignisorientierte Instandhaltung nur<br />
an peripheren Anlagenteilen, z. B. an<br />
Transportbahnen in Frage, bei denen die<br />
Produktionsausfallzeit und der Prozesseinfluss<br />
gering sind, wenn ein Betriebsmittel<br />
ausfällt. Die ereignisorientierte Instandhaltung<br />
ist generell unverzichtbar,<br />
weil Zufallsausfälle auch an kritischen<br />
Betriebsmitteln nicht völlig ausgeschlossen<br />
werden können.<br />
2. Periodische Instandhaltung:<br />
Nach Ablauf eines vordefinierten, konstanten<br />
Nutzungsparameters (z. B. Zeitspanne,<br />
gefahrene Ofentakte) wird ohne<br />
Berücksichtigung des noch vorhandenen<br />
Abnutzungsvorrats eine Instandhaltungsmaßnahme<br />
durchgeführt. Eine<br />
periodische Instandhaltung ist beispielsweise<br />
dann angebracht, wenn der Abnutzungszustand<br />
eines Betriebsmittels<br />
nicht erkennbar, wenn das Ausfallverhalten<br />
des Betriebsmittels unbekannt<br />
oder der periodische Austausch dieser<br />
Betriebsmittel preisgünstiger als eine Inspektion<br />
und Wartung ist. Ein nicht zu<br />
vernachlässigender Sonderfall der periodischen<br />
Instandhaltung ist die Prüfung<br />
von Sicherheitseinrichtungen [2].<br />
3. Zustandsorientierte Instandhaltung:<br />
Maßnahmen werden erst dann durchgeführt,<br />
wenn der verfügbare Abnutzungsvorrat<br />
möglichst weitgehend ausgeschöpft<br />
ist, ohne dabei eine Störung zu<br />
riskieren. Die zustandsabhängige Strategie<br />
gilt für teure oder ausfallkritische Betriebsmittel<br />
als Idealkonzept, da sie nicht<br />
früher und nicht später instandgesetzt<br />
werden als ihr Zustand es tatsächlich<br />
verlangt. Durch Erfassen des Ist-Zustands<br />
mit anschließendem Soll-Ist-Vergleich<br />
wird versucht, den Abnutzungsvorrat<br />
und die Restnutzungsdauer zu bestimmen.<br />
Ziel einer modernen zustandsorientierten<br />
Instandhaltungsstrategie ist daher<br />
auch, Abnutzung an Betriebsmitteln mit<br />
Hilfe von geeigneter Messtechnik, beispielsweise<br />
Condition Monitoring Systemen<br />
(CMS), während des Betriebs zu<br />
erfassen und zu dokumentieren.<br />
Während also die periodische und die<br />
zustandsorientierte Instandhaltung zum<br />
Ziel haben, die Grenzen des Abnutzungsvorrats<br />
nie auszuschöpfen, wird<br />
bei der ereignisorientierten Instandhaltung<br />
der maximale Abnutzungsvorrat bis<br />
zum Ausfall ausgenutzt.<br />
Die starre Verwendung einer einzigen<br />
Instandhaltungsstrategie erfüllt die Anforderungen<br />
einer Thermoprozessanlage<br />
jedoch nicht. Die drei Instandhaltungsstrategien<br />
müssen kombiniert werden.<br />
Dazu werden die einzelnen Betriebsmittel<br />
unter verschiedenen Gesichtspunkten,<br />
insbesondere den Störungsfolgen,<br />
analysiert. Diese Vorgehensweise ist als<br />
Reliability Centered Maintenance (RCM)<br />
Methode bekannt. Üblicherweise ist das<br />
Ergebnis dieser Analyse die systematische<br />
Ableitung einer Instandhaltungsstrategie<br />
(zustandsorientiert, periodisch,<br />
störungsbedingt), Maßnahmen zur Beschleunigung<br />
der Störungsbeseitigung<br />
oder aber eine Konstruktionsänderung,<br />
beispielsweise Redundanz.<br />
Herausforderungen der vorausschauenden<br />
Instandhaltung<br />
Bild 1:<br />
Inspektion einer<br />
Rollenherdofenanlage<br />
Fig. 1:<br />
Inspection of a roller<br />
hearth furnace<br />
Die zustandsbezogene vorausschauende<br />
Instandhaltung setzt voraus, dass<br />
sich über beobachtbare, besser noch,<br />
messbare Zustandsveränderungen oder<br />
andere Symptome Rückschlüsse auf den<br />
Abnutzungszustand eines Betriebsmittels<br />
ziehen lassen. Beispielsweise kann<br />
eine Veränderung der Lagerschwingung<br />
einer Welle ein Indikator für die Abnutzung<br />
sein.<br />
Eine kontinuierliche messtechnische Zustandsüberwachung<br />
ist aus technischen<br />
oder wirtschaftlichen Gründen jedoch<br />
nur für die wenigsten Betriebsmittel<br />
möglich, sodass meistens auf CMS verzichtet<br />
wird. Als Entscheidungsgrundlage<br />
steht also im Wesentlichen nur subjektives<br />
Expertenwissen zur Verfügung.<br />
Nicht selten bleibt dem Experten nur das<br />
Bauchgefühl, ob das Betriebsmittel mindestens<br />
bis zur nächsten Wartung hält<br />
oder nicht. Vorausgesetzt wird nämlich<br />
immer, dass gleiche Einsatzbedingungen<br />
für gleiche Betriebsmittel eine zumindest<br />
ähnliche Abnutzung erzeugen.<br />
D. h., Schlüsse über den Zustand eines<br />
Betriebsmittels werden aus dem Verhalten<br />
des Durchschnitts gleichartiger<br />
Betriebsmittel unter Annahme analoger<br />
Einsatzbedingungen gezogen. Die angenommene<br />
Analogie des Abnutzungsverhaltens<br />
ist die Grundlage der zustandsbezogenen<br />
Instandhaltungsstrategie.<br />
Durch Personalwechsel kann das vorhandene<br />
Expertenwissen schnell verloren<br />
gehen. Das Expertenwissen personenunabhängig<br />
verfügbar zu machen, ist somit<br />
eine der zentralen Herausforderungen<br />
an die vorausschauende zustandsorientierte<br />
Instandhaltung.<br />
Zustandswissen wurde bisher vorrangig<br />
in den Köpfen oder bestenfalls in den<br />
Notizbüchern der Instandhalter gespeichert.<br />
Im günstigsten Fall entsteht bis zur<br />
nächsten Revision eine Liste der durchzuführenden<br />
Instandhaltungsmaßnahmen.<br />
Die professionelle zustandsabhängige<br />
Instandhaltung erfordert neue, bessere<br />
Methoden, das Zustandswissen zu speichern<br />
und zu verarbeiten.<br />
Inspektionen an elektronischen Baugruppen<br />
sind in aller Regel wenig effizient.<br />
Baugruppen mit automatischer Selbstdiagnose<br />
und Fehlermeldung bzw. Anzeige<br />
einer eingeschränkten Nutzung können<br />
Inspektionen zur Zustandserfassung<br />
ganz überflüssig werden lassen. Davon<br />
ausgenommen sind jedoch alle Sicherheitseinrichtungen.<br />
Die Prüfung von Sicherheitsfunktionen<br />
sollte, wie bereits<br />
erwähnt, in regelmäßigen Abständen<br />
vorgenommen werden [2].<br />
Inspektionen von mechanischen Betriebsmitteln,<br />
wie exemplarisch in Bild 1<br />
dargestellt, sind oft mit längeren Stillstandszeiten<br />
verbunden, weil beispiels-<br />
142<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Der zustandsorientierten Instandhaltung<br />
fehlt noch ein wichtiges Element! Die<br />
zustandsorientierte Instandhaltung muss<br />
über die bisherigen Ansätze hinausgehen<br />
und die Prognose des Abnutzungsvorrats<br />
und des Ausfallzeitpunkts miteinbeziehen<br />
[4]. Benötigt werden Prognosemodelle,<br />
mit deren Hilfe die Entscheidungen<br />
bezüglich Instandhaltungs-, Verbesserungs-,<br />
Modernisierungs- oder Ersatzinvestitionsmaßnahmen<br />
bewertet werden<br />
können und so letztlich die Entscheiweise<br />
Gasaufkohlungs-Ofenanlagen zur<br />
Inspektion des Ofenraums entgast und<br />
abgekühlt und danach wieder aufgeheizt<br />
und konditioniert werden müssen.<br />
Alle Inspektions- und Instandhaltungsmaßnahmen<br />
müssen aus diesem Grund<br />
auf ein relativ kleines Zeitfenster (z. B.<br />
eine Jahreswartung) zusammengezogen<br />
werden.<br />
Bei jeder Inspektion eines Betriebsmittels<br />
muss der Instandhalter also abschätzen,<br />
ob der Abnutzungsvorrat des Betriebsmittels<br />
noch bis mindestens zum nächst<br />
folgenden Wartungstermin ausreicht.<br />
Derzeit stehen dem Instandhalter für<br />
die Prognose nur wenige Hilfsmittel zur<br />
Verfügung. Der Instandhalter trifft diese<br />
Entscheidung in der Regel alleine aufgrund<br />
seiner Erfahrung.<br />
Nach Ansicht des Autors sollte man<br />
sich auch vor Augen halten, dass wahrscheinlich<br />
die wenigsten Zustandseinschätzungen<br />
quantitativ, d. h. messbar,<br />
sind. Eine größere Anzahl von Zustandseinschätzungen<br />
wird nur qualitativ sein,<br />
beispielsweise neuwertig, gebraucht<br />
(aber weiter verwendbar) oder abgenutzt<br />
(nicht mehr verwendbar). In nicht<br />
wenigen Fällen ist selbst diese Beurteilung<br />
noch zu fein. Die Bewertung erfolgt<br />
dann alleine per intuitivem Maßstab, ob<br />
der noch vorhandene Abnutzungsvorrat<br />
bis zur nächsten Wartung ausreicht<br />
oder eben nicht. In diesem Fall wird dann<br />
auch der festgestellte Abnutzungszustand<br />
meist nicht dokumentiert.<br />
Einige in Thermoprozessanlagen eingebaute,<br />
typische Betriebsmittel sind in<br />
Bild 2 aufgelistet. Die Auflistung zeigt,<br />
dass nur wenige Verschleißmerkmale<br />
quantitativ sind.<br />
Selbst wenn sich quantitative Messwerte<br />
erheben lassen, wie z. B. die Oberflächentemperaturen<br />
einer Ofenwand mit<br />
Hilfe der Thermografie, bleibt recht häufig<br />
die Frage nach dem Zusammenhang<br />
zwischen Messung und Abnutzungsgrad<br />
offen.<br />
Auch die aufgrund der Zustandsbewertung<br />
gewählten Instandhaltungsmaßnahmen<br />
sind graduell und gehen von<br />
Wartungen über Reparaturen bis zur<br />
Erneuerung. Die Grenzen sind fließend<br />
und hängen nicht selten von dem zur<br />
Verfügung stehenden Budget ab.<br />
Bei jeder Zustandsbewertung werden implizit<br />
immer auch eine ganze Reihe von<br />
anderen Gesichtspunkten berücksichtigt,<br />
beispielsweise das Alter des Betriebsmittels,<br />
die Erfahrung mit vergleichbaren<br />
Bild 2:<br />
Typische Betriebsmittel<br />
und deren<br />
Verschleißmerkmale<br />
Fig. 2:<br />
Typical furnace<br />
equipment and its<br />
wear out characteristics<br />
Betriebsmitteln, insbesondere aber die<br />
Ausfallfolgen bzw. die Ersatzteilverfügbarkeit.<br />
Wenn die Ersatzteilverfügbarkeit<br />
nicht mehr sichergestellt werden kann,<br />
ist es meist die bessere Alternative, diese<br />
Betriebsmittel geplant, d. h. präventiv,<br />
auszutauschen, auch wenn der Abnutzungszustand<br />
einen weiteren Betrieb<br />
noch zulassen würde. Als häufig vorkommendes<br />
Beispiel hierfür ist der Ersatz<br />
der Steuerungsgeneration Simatic S5<br />
durch Simatic S7 zu nennen [3].<br />
Der besondere Schwierigkeitsgrad der<br />
vorausschauenden zustandsorientierten<br />
Instandhaltung liegt in der Bestimmung<br />
des Abnutzungsvorrats spezifischer Betriebsmittel.<br />
Gibt es für Betriebsmittel<br />
keine eindeutigen Verschleißmerkmale,<br />
hilft nur das Sammeln weiterer Inspektionsergebnisse<br />
und Erfahrungen, um<br />
aus einem sich dann möglicherweise<br />
abzeichnenden Trend eine Prognose ableiten<br />
zu können 1 . Die Instandhaltung<br />
braucht dazu zum einen Zeit und zum<br />
anderen ein System (Datenbank), in dem<br />
die Inspektionsergebnisse der einzelnen<br />
Verschleißmerkmale gespeichert werden<br />
können.<br />
Sind Abnutzung und Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
berechenbar?<br />
dung für oder gegen eine entsprechende<br />
Maßnahme unterstützen [5].<br />
In diesem Kapitel werden die beiden<br />
wichtigsten Modelle zur Erklärung der<br />
Ausfallwahrscheinlichkeit und der Abnutzung<br />
vorgestellt. Beide Modelle, bzw.<br />
der Versuch einer Synthese der beiden<br />
Modelle, sind die Grundlage der in diesem<br />
Beitrag vorgeschlagenen Methode<br />
zur Prognose des optimalen Instandhaltungstermins.<br />
Das Ausfallverhalten des gesamten Systems,<br />
also z. B. einer Thermoprozessanlage,<br />
erhält man dann durch eine<br />
Verknüpfung der Zuverlässigkeiten der<br />
einzelnen Betriebsmittel. Dieser Beitrag<br />
ist jedoch auf die Betrachtung einzelner<br />
Betriebsmittel beschränkt.<br />
Das Modell des<br />
Abnutzungsvorrats<br />
Die Lebensdauer jedes Betriebsmittels<br />
ist endlich, d. h. die Wahrscheinlichkeit,<br />
dass ein Betriebsmittel irgendwann einmal<br />
versagen wird, ist 100 %. Mit zunehmender<br />
Betriebsdauer steigt die<br />
Wahrscheinlichkeit eines Versagens an.<br />
Warum?<br />
Abnutzung führt zu physischen Veränderungen<br />
wie Verschleiß, Alterung,<br />
Korrosion oder Bruch eines Betriebsmittels.<br />
Abnutzung kann auf physikalische,<br />
chemische oder biologische Mechanis-<br />
1<br />
Zusammen mit Instandhaltern bei den Betreibern<br />
von Thermoprozessanlagen arbeitet<br />
AICHELIN Service an einem Programm zur Erfassung<br />
und Analyse von Zustandsdaten thermoprozessanlagenspezifischer<br />
Betriebsmittel.<br />
Die Teilnahme an diesem Programm ist noch<br />
möglich.<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
143
F a c h b e r i c h t e<br />
In der Regel ist der reale Abnutzungsverlauf<br />
nicht bekannt. Es kann davon<br />
ausgegangen werden, dass der Abnutzungsverlauf<br />
einer Exponentialfunktion<br />
folgt 2 . Der exponentielle Verlauf wird<br />
angenommen, weil die Auswirkungen<br />
der Alterung auf ein neues Betriebsmittel<br />
nicht so groß sind wie auf ein gebrauchtes.<br />
So treten eine Zeit lang keinerlei<br />
erkennbaren Abnutzungserscheinungen<br />
auf. Sind dann aber doch erste Abnutzungserscheinungen<br />
entstanden, beschleunigt<br />
sich die Abnutzung bis zur<br />
Abnutzungsgrenze.<br />
Die Betriebsbedingungen haben einen<br />
Einfluss auf das Abnutzungsprofil. Dies<br />
hat sehr unterschiedliche Abnutzungsverläufe<br />
zur Folge, sodass selbst bei ähnlichen<br />
Betriebsbedingungen mit stark<br />
streuenden Ausfallzeitpunkten gerechnet<br />
werden muss.<br />
Die Schwierigkeit der zustandsabhängigen<br />
Instandhaltung ergibt sich aus der<br />
Definition der Abnutzungsgrenze bzw.<br />
des optimalen Zeitpunkts (t opt<br />
) des prämen<br />
zurückgeführt werden. Die inhärenten<br />
Eigenschaften eines Betriebsmittels<br />
wie Material und Verarbeitung sowie<br />
externe Einflüsse wie Temperatur und<br />
Atmosphäre, insbesondere aber die Gebrauchsdauer,<br />
bestimmen das Ausmaß<br />
der Abnutzung.<br />
Theoretisch nutzen sich Betriebsmittel<br />
nicht nur durch ihren Gebrauch mehr<br />
oder weniger ab, sie können auch ohne<br />
Beanspruchung altern (ruhender Verschleiß,<br />
beispielsweise Kunststoffe) und<br />
können daher eine bestimmte Lebensdauer<br />
nicht überschreiten. Diese Möglichkeit<br />
spielt jedoch im Weiteren keine<br />
Rolle.<br />
Zur Erklärung der begrenzten Lebensdauer<br />
eines Betriebsmittels bedient man<br />
sich des in Bild 3 dargestellten Modells<br />
des Abnutzungsvorrats. Unter Abnutzungsvorrat<br />
versteht man den Vorrat der<br />
möglichen Funktionserfüllungen unter<br />
festgelegten Bedingungen, der einer Betrachtungseinheit<br />
aufgrund der Herstellung,<br />
Instandsetzung oder Verbesserung<br />
innewohnt.<br />
Demnach hat jedes technische Gerät einen<br />
begrenzten Abnutzungsvorrat, der<br />
durch Gebrauch kontinuierlich, jedoch<br />
Bild 3:<br />
Das Modell des<br />
Abnutzungsvorrats<br />
Fig. 3:<br />
The model of the<br />
equipment wear out<br />
margin<br />
typischerweise nicht linear, im Zeitablauf<br />
und durch Extrembeanspruchungen<br />
schlagartig bis zum Ende der Funktionsfähigkeit<br />
(t A<br />
) verringert wird.<br />
ventiven Ersatzes des Betriebsmittels,<br />
der ja möglichst kurz vor dem Ausfallzeitpunkt<br />
(t A<br />
) 3 liegen sollte. Je näher<br />
der optimale Termin an dem Ausfallzeitpunkt<br />
liegt, umso größer ist das Einsparungspotenzial<br />
im Vergleich zu einer<br />
zustandsunabhängigen periodischen Instandhaltung.<br />
Zu große Instandhaltungsintervalle erhöhen<br />
das Risiko für Ausfälle, zu kleine<br />
Intervalle haben vermeidbare Kosten zur<br />
Folge. Das Instandhaltungsintervall einer<br />
periodischen bzw. zustandsorientierten<br />
Instandhaltung muss in jedem Fall kleiner<br />
als die charakteristische Lebensdauer<br />
(T) bzw. die Mean Time Between Failures<br />
(MTBF) sein. Bei Betriebsmitteln, die<br />
repariert werden können, werden die<br />
Ausfallraten oft durch die mittlere Zeit<br />
zwischen zwei Ausfällen (MTBF) ausgedrückt.<br />
Der MTBF ist der Kehrwert der<br />
Ausfallrate. Der MTBF gilt nur in der Phase<br />
der Zufallsausfälle, d. h. unter der Voraussetzung<br />
eines konstanten Verlaufs.<br />
Die die Instandhaltungsstrategie entscheidende<br />
mittlere Reparaturzeit<br />
(MTTR) ist in diesem Modell ebenfalls berücksichtigt.<br />
Ist die MTTR sehr kurz, d. h.<br />
wenn ein Ausfall ohne Folgen auf die<br />
Produktqualität und die Betriebssicherheit<br />
bleibt, dann macht der Aufwand<br />
für eine periodische bzw. eine zustandsorientierte<br />
Instandhaltung wirtschaftlich<br />
keinen Sinn, da in diesem Fall die Ausnutzung<br />
des vollständigen Abnutzungsvorrats<br />
die bessere Alternative ist.<br />
Nicht berücksichtigt wird bei diesem Modell,<br />
dass unterschiedliche Bauteile eines<br />
komplexen Betriebsmittels unterschiedliche<br />
Grade der Abnutzung aufweisen<br />
können. Unbeantwortet bleiben auch<br />
die Fragen, wie der Abnutzungsvorrat<br />
objektiv zu quantifizieren ist und welche<br />
Ausfallwahrscheinlichkeit einem jeden<br />
Abnutzungsvorrat zuzuordnen ist. Ebenfalls<br />
unberücksichtigt bleibt das mit dem<br />
Abbau des Abnutzungsvorrats ggf. verbundene<br />
zunehmende Qualitätsrisiko,<br />
das gerade bei verfahrenstechnischen<br />
Anlagen nicht unterschätzt werden sollte.<br />
Bild 4:<br />
Das Modell der<br />
Ausfallrate von<br />
Betriebsmitteln<br />
Fig. 4:<br />
The model of the<br />
equipment failure<br />
rate<br />
2<br />
Für die Berechnung einer progressiv verlaufenden<br />
Abnutzung wird in einigen Literaturquellen<br />
die Gleichung S = a * t b vorgeschlagen,<br />
wobei a und b Verschleißbedingungen<br />
kennzeichnen.<br />
3<br />
Bei mehreren gleichartigen Betriebsmitteln<br />
schwankt der Ausfallzeitpunkt t A<br />
immer um<br />
einen Mittelwert. Der Ausfallzeitpunkt wird<br />
insofern mit der charakteristischen Lebensdauer<br />
T gleichgesetzt.<br />
144<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Das Modell der technischen<br />
Ausfallrate<br />
Die Ausfallrate kennzeichnet das Risiko,<br />
dass zu einem bestimmten Zeitpunkt<br />
ein Betriebsmittel ausfällt, unter der Prämisse,<br />
dass es bis zu diesem Zeitpunkt<br />
überlebt hat. Bei der Berechnung der<br />
Ausfallrate λ(t) werden also die bisherigen<br />
Ausfälle auf die Summe der noch<br />
intakten Betriebsmittel bezogen. Die Berechnung<br />
erfolgt in der Regel mit Hilfe<br />
der Weibullverteilung.<br />
Wie in Bild 4 dargestellt, variiert die<br />
Ausfallrate über die drei Lebensphasen<br />
eines Betriebsmittels. Bei technischen<br />
Systemen, so eine verbreitete Annahme,<br />
sind die Ausfallraten zu Beginn besonders<br />
hoch, weil Konstruktions-, Produktions-<br />
und Werkstoffmängel sich schon<br />
nach kurzer Zeit auswirken. Die in dieser<br />
Phase auftretenden Ausfälle sprechen im<br />
Übrigen gegen einen präventiven Austausch<br />
im Rahmen einer periodischen Instandhaltung.<br />
Betriebsmittel, die die erste<br />
Zeit überstanden haben, weisen in der<br />
Folgezeit dann zwar nur noch geringe,<br />
aber unvermeidliche Ausfallraten (Zufallsausfälle)<br />
auf. In der Verschleißphase,<br />
zum Ende der Lebensdauer, steigt die<br />
Ausfallrate infolge von Abnutzung und<br />
Alterung wieder deutlich an. Die grafische<br />
Darstellung dieses Ausfallverhaltens<br />
über die Zeit folgt der Kontur einer Badewanne,<br />
weshalb die Kurve auch Badewannenkurve<br />
genannt wird.<br />
Mechanische Komponenten sind anderen<br />
Arten von Verschleiß unterworfen als<br />
elektronische oder mechatronische Komponenten.<br />
Dies soll mit den unterschiedlichen<br />
Kurvenverläufen zum Ausdruck<br />
gebracht werden. Kurve E zeigt exemplarisch<br />
die Ausfallrate elektronischer und<br />
Kurve M die Ausfallrate mechanischer<br />
Betriebsmittel.<br />
Die Ausfallrate wird durch die bestimmungsgemäße<br />
Verwendung der Betriebsmittel<br />
maßgeblich beeinflusst.<br />
D. h., schon kurzzeitig auftretende Überbelastungen,<br />
beispielsweise fehlende<br />
Schmierung, können den Verlauf der<br />
Ausfallrate stark beeinflussen.<br />
Das Modell der technischen Ausfallrate<br />
zeigt, dass auf eine ereignisorientierte<br />
Instandhaltung nicht verzichtet werden<br />
kann, weil Früh- und Zufallsausfälle nicht<br />
vermeidbar sind und die ereignisorientierte<br />
Instandhaltung in diesen Phasen<br />
die einzig mögliche Instandhaltungsstrategie<br />
ist. So naheliegend das Ausfallverhalten<br />
technischer Bauteile entsprechend<br />
der Badewannenkurve auch sein mag, einen<br />
ausreichend begründeten Nachweis<br />
dafür gibt es nicht. Im Gegenteil. Untersuchungen<br />
der Ausfallursachen technischer<br />
Bauteile in der Luftfahrtindustrie<br />
zeigen ein wesentlich vielfältigeres Bild,<br />
in dem die Badewannenkurve fast nicht<br />
vorkommt [6]. Die in der sogenannten<br />
Badewannenkurve idealisiert dargestellte<br />
Entwicklung der Ausfallrate entspricht<br />
also nur sehr eingeschränkt der Realität.<br />
Es ist festzustellen: Tritt keine zeit- oder<br />
zyklenabhängige Abnutzung auf, ist weder<br />
eine zustandsorientierte Instandhaltung<br />
noch eine Prognose des Instandhaltungstermins<br />
möglich.<br />
Thermoprozessanlagenspezifische<br />
Einflussfaktoren<br />
Für das Abnutzungsverhalten eines Betriebsmittels<br />
ist neben der Betriebszeit<br />
oder den Betriebszyklen eine Anzahl von<br />
weiteren thermoprozessanlagenspezifischen<br />
Faktoren verantwortlich. Um eine<br />
möglichst genaue Abnutzungsprognose<br />
der Betriebsmittel zu erreichen, müssen<br />
insbesondere physikalische und chemische<br />
Vorgänge berücksichtigt werden.<br />
Diese Verstärkungsfaktoren, beispielsweise<br />
Temperatur, C-Pegel und Schadstoffe<br />
in der Ofenatmosphäre, beschleunigen<br />
den Abnutzungsprozess und somit<br />
das Aufbrauchen des Abnutzungsvorrates.<br />
Die Genauigkeit einer Prognose des<br />
Instandhaltungstermins wird ganz entscheidend<br />
von der Berücksichtigung der<br />
Einflussfaktoren sein.<br />
Die Einflussfaktoren werden bei der<br />
nachfolgend diskutierten Methode<br />
durch eine Dynamisierung der charakteristischen<br />
Lebensdauer berücksichtigt.<br />
Beispielsweise ist die charakteristische<br />
Lebensdauer eines im Ofen eingebauten<br />
Betriebsmittels von der Betriebstemperatur<br />
abhängig.<br />
Vorausschauende<br />
Instandhaltung<br />
In diesem zentralen Kapitel soll der Frage<br />
nachgegangen werden, wie mit Hilfe<br />
der vorstehend beschriebenen Modelle<br />
und mit welchen Methoden eine vorausschauende<br />
Instandhaltung in der Praxis<br />
realisiert werden kann.<br />
Ziel ist die zuverlässige und praxisgerechte<br />
Prognose des Abnutzungsverlaufes<br />
und der Restnutzungsdauer von Bauteilen.<br />
Eine solche Prognose ist heute<br />
noch nicht möglich, da weder gesicherte<br />
Erfahrungsdaten noch entsprechende<br />
Prognosemodelle existieren. Die Erforschung<br />
der Prognosemodelle ist jedoch<br />
unabdingbare Voraussetzung zur Entwicklung<br />
einer Anleitung zur optimalen<br />
vorbeugenden Instandhaltung [5].<br />
Bild 5 zeigt in einer Übersicht die wesentlichen<br />
Module eines Instandhaltungs-Planungs-Systems<br />
(IPS) zur Unterstützung<br />
der vorausschauenden zustandsabhängigen<br />
Instandhaltung. Die<br />
einzelnen Module des IPS müssen nicht<br />
notwendigerweise in ein Gesamtsystem<br />
integriert werden. Der Datenaustausch<br />
Bild 5: Module eines IPS zur Unterstützung der vorausschauenden Instandhaltung<br />
Fig. 5: Modules of an maintenance planning system to support predictive maintenance management<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
145
F a c h b e r i c h t e<br />
zwischen den Modulen muss dann allerdings<br />
manuell erfolgen.<br />
BDE/MDE-Dynamisierung<br />
Das IPS ist mit der Steuerung (SPS) der<br />
Thermoprozessanlage über eine BDE/<br />
MDE- (Betrieb-Daten-Erfassung/ Maschinen-Daten-Erfassung)<br />
Schnittstelle<br />
verbunden. Wichtigste Aufgabe der<br />
Schnittstelle ist die Dynamisierung der<br />
Betriebsdauer bzw. der Betriebszyklen<br />
der einzelnen Betriebsmittel sowie die<br />
Dynamisierung der Einflussfaktoren.<br />
Die Betriebsdauer oder die Betriebszyklen<br />
sind nicht für alle Betriebsmittel innerhalb<br />
einer Anlage identisch. D. h., die<br />
Betriebszeit oder die Betriebszyklen, je<br />
nachdem welcher Parameter Verschleiß<br />
verursachend ist, müssen je überwachtem<br />
Betriebsmittel dynamisch erfasst<br />
werden.<br />
Datenbank mit Referenz- und<br />
Zustandsdaten<br />
Jede systematische Verbesserung setzt<br />
zunächst eine ausreichende Kenntnis des<br />
Istzustandes als auch der Historie voraus.<br />
Die in diesem Kontext beiden wichtigsten<br />
Eckdaten eines Betriebsmittels sind<br />
der Einsatzbeginn („Geburtstag“) und<br />
der Ausfall- bzw. der Austauschtag („Todestag“).<br />
Die Historie des Abnutzungsverlaufs<br />
zwischen den beiden Daten ist<br />
die Basis für das Verständnis des aktuellen<br />
Istzustandes. Die Archivierung der<br />
Zustandsdaten stellt also sozusagen das<br />
Langzeitgedächtnis eines Betriebsmittels<br />
dar. Mit den gespeicherten Daten lässt<br />
sich einerseits der reale Abnutzungsverlauf<br />
nachvollziehen und andererseits<br />
eine Ausfallsverteilungsstatistik erstellen.<br />
Die Zustandsdatenbank soll keine neuen<br />
Erhebungswellen auslösen und Datenfriedhöfe<br />
schaffen, sondern auf die<br />
wichtigsten Zuverlässigkeitskenndaten,<br />
Einsatzdaten und auf das Abnutzungsverhalten<br />
beschränkt bleiben. Instandhalter<br />
erwarten sich von einem derartigen<br />
Wissensspeicher insbesondere<br />
Informationen darüber, wann und warum<br />
ein Betriebsmittel ausfallen wird [4].<br />
Der Aufbau der Datenbank ist relational 4<br />
bzw. hierarchisch:<br />
Die oberste Ebene beinhaltet die Gruppe<br />
gleichartiger Betriebsmittel, z. B. alle<br />
Gasbrenner eines Typs. Die Gruppenebene<br />
ermöglicht unter anderem eine<br />
Zusammenfassung und Berechnung<br />
gleichartiger Ersatz- und Verschleißtei-<br />
le. Die wesentlichen Kenndaten, z. B.<br />
charakteristische Lebensdauer, Weibull-<br />
Formfaktor, MTBF, MTTR etc., sind für<br />
alle Betriebsmittel gleich, auch wenn<br />
die Einsatzdauer und Einsatzbedingungen<br />
wahrscheinlich unterschiedlich sind.<br />
MTBF-Angaben aus Herstellkatalogen,<br />
besonders aber öffentlich zugängliche<br />
Weibull-Datenbanken, können erste<br />
Anhaltswerte liefern. Aufgrund der verschiedenen<br />
Einflussfaktoren, die auf das<br />
spezifische Betriebsmittel am jeweiligen<br />
Einbauort wirken, entspricht die reale Lebensdauer<br />
und Ausfallcharakteristik eines<br />
Betriebsmittels aber eher zufällig diesen<br />
Angaben. Es wird unerlässlich sein,<br />
die Referenzwerte in einem iterativen<br />
Prozess schrittweise solange zu verbessern,<br />
bis sie die Realität des Einsatzes in<br />
einer Thermoprozessanlage hinreichend<br />
genau beschreiben.<br />
Die mittlere Ebene ermöglicht die Identifizierung<br />
eines konkreten Betriebsmittels<br />
anhand des Betriebsmittelkennzeichens.<br />
Einsatzdauer und Einflussfaktoren werden<br />
für jedes Betriebsmittel separat erfasst<br />
und ausgewertet.<br />
In der unteren Ebene wird der Abnutzungszustand<br />
der dem Verschleiß unterworfenen<br />
Bauteile eines Betriebsmittels<br />
erfasst. Die Zustandsbeurteilung erfolgt<br />
anhand der zugeordneten Inspektionsvorgaben.<br />
Der grundlegende Widerspruch der Datenerfassung<br />
in der Praxis liegt darin,<br />
dass Daten über das Ausfallverhalten<br />
von Betriebsmitteln nur dann gesammelt<br />
werden können, wenn die Instandhaltung<br />
Ausfälle nicht präventiv verhindert.<br />
Dies ist aber der Kern der zustandsorientierten<br />
Instandhaltung. Erfahrungsdaten<br />
über das Ausfallverhalten ausfallkritischer<br />
Betriebsmittel können daher nur<br />
sehr selten gewonnen werden [6]. Dieser<br />
Widerspruch ist auch Teil der Erklärung,<br />
warum die schon seit langer Zeit zur<br />
Verfügung stehenden Instandhaltungsdatenbanken<br />
so wenig Zuspruch finden.<br />
Ein wichtiges Ziel ist daher, diesen Widerspruch<br />
aufzulösen.<br />
Bestimmung unbekannter Zuverlässigkeitskennwerte<br />
Die vorausschauende Instandhaltung<br />
benötigt Daten über das Verschleißverhalten<br />
der verschiedenen Betriebsmittel.<br />
Da diese Daten für thermoprozessanlagentypische<br />
Betriebsmittel oft nicht<br />
bekannt sind, muss die Instandhaltung<br />
diese Daten erst erheben. Dies ist kein<br />
geringes Problem. Zum einen, weil Betriebsmittel<br />
meist schon vor ihrem Ausfall<br />
präventiv ausgetauscht werden und<br />
ihre vermeintliche Restlebensdauer nach<br />
dem Austausch nur geschätzt werden<br />
kann. Zum anderen kann bei einem für<br />
Thermoprozessanlagen üblichen jährlichen<br />
Wartungsintervall auch keine präzise<br />
Aussage darüber gemacht werden,<br />
zu welchem Zeitpunkt (im vergangenen<br />
Jahr) und mit welcher Progression sich<br />
eine festgestellte Schädigung entwickelt<br />
hat. Es ist also beides schwierig, sowohl<br />
Aussagen über das Verschleißverhalten<br />
als auch über die charakteristische Lebensdauer<br />
zu treffen. Die einzigen Lebenszeitdaten,<br />
die mit hoher Präzision<br />
gewonnen werden können, sind die Totalausfälle.<br />
Diese sind aber, eine gut organisierte<br />
Instandhaltung vorausgesetzt,<br />
hauptsächlich Früh- und Zufallsausfälle,<br />
die lange Zeit vor der Verschleißphase<br />
auftreten. Die in der Literatur beschriebene<br />
übliche Methode zur Bestimmung<br />
der charakteristischen Lebensdauer und<br />
des Formfaktors mithilfe eines Weibullnetzes<br />
auf Basis erfasster Ausfalldaten<br />
ist daher ungeeignet und muss entsprechend<br />
adaptiert werden.<br />
Der Instandhalter muss mit dieser Unschärfe<br />
leben und trotzdem versuchen,<br />
die Datenbasis zu erweitern. Eine Aussage<br />
über das Ausfallverhalten bzw.<br />
über die Zuverlässigkeit kann nämlich<br />
auch dann gemacht werden, wenn keine<br />
„Ausfälle“ auftreten. Voraussetzung<br />
ist, dass eine Anzahl von Betriebsmitteln,<br />
die aus Risikominimierungsgründen immer<br />
relativ gering sein wird, eine längere<br />
Einsatzdauer durchlaufen als es im normalen<br />
Betrieb geplant ist. Dabei gilt die<br />
Regel, dass die Datenqualität weniger<br />
„Proben“ mit längerer Testzeit besser ist<br />
als die vieler „Proben“ mit relativ kurzen<br />
Testzeiten [7]. Aus der so gewonnenen<br />
„Überlebensrate“ lassen sich die weiteren<br />
Zuverlässigkeitskennwerte berechnen.<br />
Betreiber und Hersteller von Thermoprozessanlagen<br />
müssen der Erfassung<br />
von Zuverlässigkeitskennwerten größere<br />
4<br />
Relationen in einer Datenbank sind Verbindungen<br />
zwischen Daten, die als zweidimensionale<br />
Tabelle dargestellt werden. Die Verbindungen<br />
werden durch Schlüssel definiert.<br />
Zwischen Daten und Tabellen können beliebige<br />
Relationen eingetragen werden.<br />
146<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 6: Funktionen und Gleichungen der Weibullverteilung<br />
Fig. 6: Functions an equations of the Weibull distribution<br />
Aufmerksamkeit schenken und an der<br />
Verbreiterung der Datenbasis arbeiten.<br />
Algorithmische Funktionsmodule<br />
Die in Bild 6 dargestellten algorithmischen<br />
Funktionen ermitteln das Ausfallverhalten<br />
eines Betriebsmittels mit Hilfe<br />
der Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie.<br />
Mathematik ergänzt Erfahrung!<br />
Das Ausfallverhalten der einzelnen Betriebsmittel<br />
wird mithilfe der Weibullverteilung<br />
beschrieben.<br />
Für eine Zuverlässigkeitsprognose mit<br />
Hilfe der Weibullverteilung sind nur die<br />
charakteristische Lebensdauer und der<br />
das Ausfallverhalten kennzeichnende<br />
Formfaktor notwendig:<br />
Charakteristische Lebensdauer<br />
Die charakteristische Lebensdauer T, synonym<br />
auch Maßstabsfaktor oder Eta<br />
Faktor genannt, ist per Definition die<br />
Zeit, nach der 63,2 % der betrachteten<br />
Betriebsmittel ausgefallen sind. Die charakteristische<br />
Lebensdauer ist also nicht<br />
identisch mit der MTBF 5 (siehe auch<br />
Bild 4).<br />
Bei elektromechanischen Betriebsmitteln<br />
wird die charakteristische Lebens-<br />
dauer im Wesentlichen von der Anzahl<br />
der Schaltzyklen und der Belastung<br />
bestimmt. Bei Dauerläufern ist die Einschaltdauer<br />
die bestimmende Größe.<br />
Einflussfaktoren setzen die charakteristische<br />
Lebensdauer herab. Wartungsmaßnahmen<br />
können die Abnutzung<br />
verzögern und verlängern dadurch die<br />
charakteristische Lebensdauer. Die charakteristische<br />
Lebensdauer ist in der im<br />
Weiteren vorgeschlagenen Methode keine<br />
Konstante, sondern eine von Einflussfaktoren<br />
abhängige Variable.<br />
Formfaktor<br />
Trägt man die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
in % über die Zeit auf einem Raster mit<br />
logarithmischer Lebensdauerskala (dem<br />
sogenannten Weibull-Lebensdauernetz)<br />
auf und legt durch diese eine Gerade,<br />
dann ist Steigung der Ausgleichsgerade<br />
der Formparameter b, synonym auch<br />
Weibull-Exponent oder Beta Faktor genannt.<br />
Der Formparameter bestimmt die<br />
Kurvenform der Ausfallrate (siehe auch<br />
Bild 4).<br />
Manchmal sind alte Betriebsmittel besser<br />
als neue, weil bei neuen Betriebsmitteln<br />
zu Beginn Kinderkrankheiten auftreten<br />
und es einige Zeit dauert, bis die unzuverlässigen<br />
Betriebsmittel beseitigt wurden.<br />
In der Frühausfallphase mit abnehmender<br />
Ausfallrate ist b < 1.<br />
Häufig haben alte Betriebsmittel die<br />
gleiche Ausfallrate wie neue. Die Ausfälle<br />
sind dann rein zufällig. Dies schließt<br />
schon aus wirtschaftlichen Gründen eine<br />
vorbeugende Instandhaltung aus. Mit<br />
einem präventiven Betriebsmittelaustausch<br />
kann nichts gewonnen werden.<br />
In der Phase der Zufallsausfälle mit konstantem<br />
Kurvenverlauf, d. h. bei konstanter<br />
Ausfallrate, ist b = 1.<br />
Oft, so die übliche Annahme, nutzen<br />
sich Betriebsmittel durch Gebrauch ab<br />
und fallen mit steigender Betriebsdauer<br />
zunehmend aus. In der Verschleißphase<br />
mit ansteigender Ausfallrate ist der<br />
Formfaktor b > 1. Je höher der Formfaktor,<br />
umso später, aber auch umso steiler<br />
der Anstieg der Ausfallrate bezogen auf<br />
die charakteristische Lebensdauer. Bei<br />
5<br />
Die Literatur ist diesbezüglich etwas uneinheitlich.<br />
Per Definition ist die Ausfallrate der<br />
Kehrwert des MTBF bei konstantem Verlauf,<br />
also nur in der Zufallsausfallphase. Ersatzweise<br />
kann der MTBF jedoch als Ausgangswert<br />
dienen.<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
147
F a c h b e r i c h t e<br />
hohen Formfaktoren (z. B. b > 5) ist zustandsabhängige<br />
Instandhaltung mit regulärem<br />
Inspektionsintervall nicht mehr<br />
möglich, weil der Zeitraum zwischen der<br />
ersten Feststellung von Verschleiß bis<br />
zum Ausfall zu kurz ist (jedenfalls kürzer<br />
als das übliche Jahreswartungsintervall).<br />
Teure Betriebsmittel mit großen Formfaktoren<br />
und langer MTTR sind prädestiniert<br />
für eine permanente Überwachung mit<br />
Condition Monitoring Systemen.<br />
Die Kenntnis des Formfaktors erlaubt<br />
also eine geradezu quantifizierbare Entscheidung<br />
der jeweiligen Instandhaltungsstrategie.<br />
Verzögerungszeit<br />
Die Verzögerungszeit 6 t 0<br />
, synonym auch<br />
Lageparameter oder Gamma Faktor genannt,<br />
bestimmt den Zeitpunkt, an dem<br />
die Verschleißausfälle beginnen. Bei der<br />
zweiparametrigen Weibullverteilung und<br />
auch in den meisten Weibull-Datenbanken<br />
wird auf die Verzögerungszeit verzichtet.<br />
Berechnungsbeispiel mit der<br />
Weibullfunktion in Excel<br />
Die Weibullfunktion in Excel kann die<br />
Ausfalldichte und die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
eines Betriebsmittels berechnen.<br />
Die nicht leicht zu verstehende Syntax<br />
ist: „fx = WEIBULL (x; Alpha; Beta; Kumuliert)“.<br />
x ist die Betriebszeit t, für die entweder<br />
die Dichtefunktion f(t) oder die Wahrscheinlichkeitsfunktion<br />
F(t) berechnet<br />
werden soll. Alpha ist der Parameter für<br />
die charakteristische Lebensdauer T. Beta<br />
ist der Wert des Formparameters b. Kumuliert<br />
ist der Schalter mit dem zwischen<br />
Dichtefunktion (WAHR) und Wahrscheinlichkeitsfunktion<br />
(FALSCH) umgeschaltet<br />
werden kann.<br />
Die Berechnung soll in Bild 7 näher erläutert<br />
werden. Dargestellt ist eine Excel-<br />
Tabelle. Zelle A3 enthält den Formfaktor<br />
b mit dem Wert 3,5. Zelle B3 enthält die<br />
charakteristische Lebensdauer T mit 48<br />
Monaten. Diese beiden Parameter werden<br />
in allen Berechnungen verwendet.<br />
Die beiden Zellen sind daher mit dem<br />
Dollarzeichen fixiert (A$3; B$3).<br />
Die Betriebsdauer t ist in Spalte D, Zelle<br />
D3 bis D29 aufgeführt. Untersucht wird<br />
der Zeitraum von 3 bis zu 81 Monaten.<br />
Die Ausfalldichte f(t) in Spalte G wird mit<br />
der Funktion „=WEIBULL(Dx; A$3; B$3;<br />
FALSCH)“ berechnet, wobei Dx den jeweiligen<br />
Wert der Betriebsdauer, also<br />
von 3 bis 81 Monaten, repräsentiert. Der<br />
Berechnung liegt Gleichung 1 (in Bild 6)<br />
zugrunde.<br />
Die Ausfallwahrscheinlichkeit F (t) in<br />
Spalte H wird mit der Funktion<br />
„=WEIBULL(Dx; A$3; B$3; WAHR)“ berechnet,<br />
wobei Dx wieder den jeweiligen<br />
Wert der Betriebsdauer repräsentiert.<br />
Der Berechnung liegt Gleichung 2 (in<br />
Bild 6) zugrunde. Bei der charakteristischen<br />
Lebensdauer von 48 Monaten<br />
liegt die Ausfallwahrscheinlichkeit bei<br />
63 % (Zelle H18).<br />
Die Überlebensrate R(t) in Spalte I lässt<br />
sich sehr einfach mit der Gleichung 3 (in<br />
Bild 6) bestimmen.<br />
Ebenso einfach lässt sich mit den nun<br />
vorhandenen Ergebnissen in Spalte F<br />
noch die Ausfallrate nach Gleichung 4<br />
(Bild 6) aus den beiden vorgenannten Ergebnissen<br />
der Ausfalldichte f(t) und der<br />
Ausfallwahrscheinlichkeit F(t), bzw. der<br />
Überlebensrate R(t) berechnen. Alternativ<br />
könnte auch Gleichung 5 (Bild 6) verwendet<br />
werden.<br />
Zuverlässigkeitsprognose<br />
Die praktische Anwendung soll an einem<br />
absichtlich trivialen Beispiel erläutert<br />
werden. Die charakteristische Lebensdauer<br />
der zur Beheizung eines Härteofens<br />
eingesetzten Elektroheizeinsätze<br />
sei mit 48 Monaten angenommen. Aus<br />
der Erfahrung sei weiterhin die Ausfallcharakteristik<br />
mit einem Formfaktor<br />
= 3,5 (siehe auch Berechnungsbeispiel<br />
Bild 7) bekannt. Im Härteofen seien 25<br />
Elektroheizeinsätze eingebaut. Die Betriebsbedingungen<br />
dieser Elektroheizeinsätze<br />
sind vergleichbar.<br />
Der Instandhalter sucht nun eine Antwort<br />
auf die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
dieser Elektroheizeinsätze für den Betrachtungszeitraum<br />
drei bis vier Jahre (36<br />
bis 48 Monate) nach Inbetriebnahme.<br />
Die Ausfallwahrscheinlichkeit F(t) beschreibt<br />
die Wahrscheinlichkeit, wie viele<br />
Elektroheizeinsätze zu einem bestimmten<br />
Zeitpunkt bereits ausgefallen sind.<br />
Zum Betrachtungszeitraum 36 Monate<br />
nach Inbetriebnahme beträgt die Ausfallwahrscheinlichkeit,<br />
wie aus Bild 7,<br />
Zelle H14 ersichtlich, 31 %.<br />
Ein Jahr später, d. h. also nach 48 Monaten<br />
(Bild 7, Zelle H18), sind statistisch<br />
betrachtet 63 % der Elektroheizeinsätze<br />
ausgefallen. Die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
zeigt dementsprechend auch einen<br />
Bild 7: Berechnungsbeispiel mit der Weibullfunktion in Excel<br />
Fig. 7: Example of a calculation with the Weibull function in Excel<br />
6<br />
Bei der zweiparametrigen Weibullverteilung<br />
und auch in den meisten Weibull-Datenbanken<br />
wird auf die Verzögerungszeit verzichtet.<br />
148<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
steilen Anstieg. Die Ausfallwahrscheinlichkeitsdichte<br />
(Bild 7, Zelle G14-18) in<br />
diesem Zeitraum ist entsprechend hoch.<br />
Prognose des Ersatzteilbedarfs<br />
Die erste spannende Frage für den Instandhalter<br />
ist: „Wie viele Ersatzteile<br />
muss ich wann disponieren?“<br />
Die Ausfallwahrscheinlichkeit F(t) nach<br />
36 Monaten (T = 75 %) beträgt 31 %. Bei<br />
angenommenen 25 Elektroheizeinsätzen<br />
sind also statistisch betrachtet bis dahin<br />
7,5 Elektroheizeinsätze ausgefallen. Zum<br />
Ende des Betrachtungszeitraums nach<br />
48 Monaten (T = 100 %) sind es dann<br />
bereits 63 % von 25 also 15,75 Elektroheizeinsätze.<br />
Mit dieser einfachen Rechnung<br />
kann der Instandhalter dann den<br />
Ersatzteilbedarf disponieren.<br />
Die Auswirkung des das Verschleißverhalten<br />
kennzeichnenden Formfaktors<br />
wird aus Bild 8 deutlich. Während in<br />
vorgenanntem Beispiel die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
bei einem Formfaktor von<br />
3,5 nach 75 % der charakteristischen Lebensdauer<br />
noch 31 % betrug, sind es bei<br />
einem Formfaktor von 1,0 zum gleichen<br />
Zeitpunkt 53 %. Die Größenordnung<br />
dieses Unterschieds alleine zeigt schon,<br />
dass es sich unter den gegebenen ökonomischen<br />
Zwängen auch bei der Ersatzteilbevorratung<br />
lohnt, sich mit diesen<br />
Methoden zu beschäftigen.<br />
In der betrieblichen Praxis ist die Berechnung<br />
des Ersatzteilbedarfs deutlich<br />
komplexer, weil sich schon nach kurzer<br />
Zeit eine Mischung unterschiedlicher<br />
Betriebszeiten und Einflussfaktoren einstellt.<br />
Die charakteristische Lebensdauer<br />
hat dann unterschiedliche Startzeitpunkte<br />
und, durch die Einflussfaktoren<br />
bedingt, auch unterschiedliche Werte.<br />
Gerade in der Handhabung dieser Komplexität<br />
liegt einer der großen Vorteile<br />
der datenbankgestützten IPS.<br />
Bild 8: Ausfallwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit des Formfaktors<br />
Fig. 8: Failure probability as a function of the shape factors<br />
Die zweite Frage, die sich der Instandhalter<br />
stellt, ist daher: „Wann ist die Abnutzungsgrenze<br />
eines konkreten Betriebsmittels<br />
erreicht?“<br />
Zur Lösung der Problematik wird das in<br />
Bild 9 dargestellte Modell für eine mathematisch<br />
gestützte Prognose der noch<br />
erwartbaren Lebensdauer vorgeschlagen.<br />
Nach Ansicht des Autors korrelieren die<br />
Funktionen der Weibullverteilung und<br />
der Abnutzungsvorrat in einem zur Lösung<br />
der Aufgabenstellung hinreichendem<br />
Maße. Der angenommene Abnutzungsvorrat<br />
V(t) wird daher in einer von<br />
der Überlebensrate abgeleiteten Funktion<br />
dargestellt. Der Abnutzungsvorrat<br />
wird dadurch ebenfalls quantifizierbar.<br />
Abnutzungsvorrat und charakteristische<br />
Lebensdauer werden auf Werte zwischen<br />
0 und 100 % normiert. Die cha-<br />
rakteristische Lebensdauer bestimmt<br />
den erwarteten Ausfallzeitpunkt t A<br />
. Der<br />
optimale Instandhaltungstermin t opt<br />
wird<br />
bei einer Überlebensrate von 37 % angenommen<br />
(es könnte auch jede andere<br />
Überlebensrate sein) und bestimmt somit<br />
die imaginäre Abnutzungsgrenze. Bei einer<br />
Ausfallrate mit Formfaktor 3,5 7 , wie<br />
beispielhaft in Bild 9 dargestellt, werden<br />
dann knapp 90 % der charakteristischen<br />
Lebensdauer genutzt.<br />
Bild 10 zeigt den Verlauf der prognostizierten<br />
Abnutzung in Abhängigkeit von<br />
der Ausfallrate bei verschiedenen Formfaktoren.<br />
7<br />
Für die zustandsbezogene Instandhaltung<br />
sind Verschleißcharakteristiken günstig, die<br />
einen gut erkennbaren Verschleißbeginn<br />
(b ≥ 2,0) zeigen, aber trotzdem noch einen<br />
genügend großen zeitlichen Vorlauf bis zum<br />
Ausfall bieten (b ≤ 4).<br />
Abnutzungsprognose<br />
Zu Recht wird der Leser nun einwenden,<br />
dass bei der vorstehenden Betrachtung<br />
bei der die Ausfall- und Überlebensrate<br />
mit der Weibullverteilung bestimmt<br />
werden, kein praktischer Bezug zum<br />
realen Abnutzungszustand der einzelnen<br />
Betriebsmittel vorhanden ist und<br />
auch nichts darüber gesagt wird, wie<br />
die Ausfallwahrscheinlichkeit der einzelnen<br />
Betriebsmittel ist. Es fehlt noch das<br />
betriebsmittelspezifische Bindeglied zwischen<br />
Ausfallrate und Abnutzung.<br />
Bild 9: Prognosemodell der Abnutzung<br />
Fig. 9: Model of wear out prediction<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
149
F a c h b e r i c h t e<br />
P-F Intervall sein. Wenn das halbe P-F<br />
Intervall kürzer ist als das wirtschaftliche<br />
vertretbare Inspektionsintervall, dann ist<br />
die zustandsabhängige Instandhaltungsstrategie<br />
für dieses Betriebsmittel nicht<br />
geeignet.<br />
Die Zustandsbewertung erfordert ein<br />
hohes Maß an Expertenwissen. Dabei ist<br />
die Mitarbeit qualifizierter Instandhalter<br />
unerlässlich.<br />
Bild 10: Prognosemodell der Abnutzung mit verschiedenen Formfaktoren<br />
Fig. 10: Wear out prediction model with different shape factors<br />
Die dargestellten Kurvenverläufe sollten<br />
jedoch nicht darüber hinweg täuschen,<br />
dass es sich hierbei um ein Konstrukt<br />
ohne empirischen Nachweis handelt. Der<br />
Nachweis ist schon deswegen schwierig,<br />
weil, wie bereits einleitend ausgeführt,<br />
Abnutzungsmerkmale mit den Mitteln<br />
des Instandhalters oft gar nicht messbar<br />
sind.<br />
Zustandsmodell der Abnutzung<br />
Der real noch vorhandene Abnutzungsvorrat<br />
eines Betriebsmittels muss während<br />
der Betriebszeit so oft als wirtschaftlich<br />
vertretbar, mindestens jedoch<br />
einmal mit dem in Bild 11 dargestellten<br />
Bild 11: Zustandsmodell der Abnutzung mit Inspektionen<br />
Fig. 11: Model of an inspection based lifetime prediction<br />
Zustandsmodell mit Hilfe einer geeigneten<br />
Messmethode quantifiziert werden.<br />
Es gilt die Faustregel: Je höher die Folgen<br />
eines Ausfalls, desto öfter sollte eine<br />
Zustandsbeurteilung erfolgen. Aus rein<br />
wirtschaftlichen Erwägungen erfolgt die<br />
Zustandsbewertung jedoch meist nur im<br />
Jahreswartungsintervall.<br />
Prinzipiell sollte sich das Inspektionsintervall<br />
nach dem sogenannten P-F Intervall<br />
richten. Als P-F Intervall wird im RCM<br />
(Reliability Centered Maintenance)-Jargon<br />
die Zeit zwischen der Entdeckung<br />
einer potenziellen Störung (P) und ihrem<br />
Eintritt (F) bezeichnet. Das Inspektionsintervall<br />
sollte dann kleiner als das halbe<br />
In der Datenbank sind die Abnutzungsmerkmale<br />
zusammen mit den Inspektionsverfahren<br />
gespeichert, die der Instandhalter<br />
bei der Zustandsbeurteilung<br />
anwenden soll. Damit wird eine strukturierte,<br />
reproduzierbare Vorgehensweise<br />
sichergestellt, ohne dass zustandsrelevante<br />
Informationen ungenügend bewertet<br />
oder übersehen werden [7].<br />
In der Theorie wäre die quantitative Beurteilung<br />
des Abnutzungszustands zwischen<br />
zwei Inspektionsintervallen wünschenswert.<br />
Beispielsweise hat sich der<br />
Abnutzungsvorrat im Zeitintervall von<br />
t2 nach t3 von V2 = ca. 90 % auf V3 =<br />
ca. 80 % reduziert. Eine quantitative Beurteilung<br />
wird aber eher selten möglich<br />
sein, weil es bisher nur wenig geeignete<br />
Messverfahren, wie beispielsweise die<br />
Schwingungsmessung, gibt. Eine qualitative<br />
Bewertung ist dann aber immer<br />
noch besser als gar keine!<br />
Die charakteristische Lebensdauer wird<br />
wie bereits ausgeführt als Variable betrachtet,<br />
die bei gegebenem Formfaktor<br />
den Endpunkt eines Kurvenverlaufs<br />
bildet, der durch den bei der Inspektion<br />
festgestellten Abnutzungsvorrat führt.<br />
D. h. nach jeder Inspektion (Bild 8, Zeitpunkte<br />
t 1<br />
/V 1<br />
, t 2<br />
/V 2<br />
, t 3<br />
/V 3<br />
und t 4<br />
/V 4<br />
) wird<br />
der wahrscheinliche Ausfallzeitpunkt<br />
t A<br />
=T neu berechnet. Diese Methode lässt<br />
nach Ansicht des Autors deutlich präzisere<br />
Prognose erwarten, als die heute<br />
eher übliche Bestimmung aus dem Delta<br />
aus Zeitfortschritt und Abnutzungsvorrat.<br />
Der Beweis steht aber noch aus.<br />
Die kontinuierliche Sammlung von Zustandsdaten,<br />
egal ob qualitativ oder<br />
quantitativ, wird aber in jedem Fall dazu<br />
beitragen, die vorhandenen Wissenslücken<br />
zu verkleinern, und dem Instandhalter<br />
schon nach kurzer Zeit wertvolle<br />
Informationen liefern.<br />
Planung des optimalen Instandhaltungstermins<br />
Während das Prognosemodell der Abnutzung<br />
auf Basis der in der Datenbank<br />
150<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Abschließend soll nochmals auf die einleitende<br />
Fragestellung „Sind Abnutzung<br />
und Ausfallzeitpunkt eines Betriebsmittels<br />
berechenbar?“ zurückgekommen<br />
werden:<br />
Der zentrale Schwierigkeitsgrad der vorausschauenden<br />
zustandsorientierten<br />
Instandhaltung liegt in Bestimmung<br />
des Abnutzungsvorrats spezifischer Bevorhandenen<br />
Kenndaten von Beginn an<br />
die Voraussagen berechnet, liefert das<br />
Zustandsmodell die erste, auf realen Zustandsdaten<br />
basierende, Terminprognose<br />
erst nach der ersten Inspektion. Durch<br />
Kombination beider Modelle können<br />
Fehleinschätzungen reduziert werden,<br />
da die Zustandsinspektion die statistische<br />
Unsicherheit des Prognosemodells<br />
vermindert. Beide Modelle sind insofern<br />
auch eine Kombination aus Theorie und<br />
Praxis. Die Planung und Steuerung von<br />
Instandhaltungsaufträgen kann nun auf<br />
die Terminprognosen der einzelnen Betriebsmittel<br />
aufbauen.<br />
Der früheste Instandhaltungsbeginn<br />
markiert den Zeitpunkt, an dem aus<br />
technischer Sicht frühestens Instandhaltungsmaßnahmen<br />
ergriffen werden<br />
müssen. Es ist möglich, aber unwirtschaftlich,<br />
Instandhaltungsmaßnahmen<br />
vor diesem Zeitpunkt durchzuführen.<br />
Der späteste Beginn markiert den Zeitpunkt,<br />
an dem Instandhaltungsmaßnahmen<br />
ergriffen werden müssen, um die<br />
Funktionsfähigkeit des Betriebsmittels<br />
weiterhin zu gewährleisten. Ein Verschieben<br />
von Instandhaltungsmaßnahmen<br />
triebsmittel. Gibt es keine messbare<br />
Abnutzung, dann ist für diese Betriebsmittel<br />
auch keine zustandsbasierende<br />
Ausfallprognose möglich. Dies sollte die<br />
Instandhalter aber nicht daran hindern,<br />
die vorausschauende zustandsorientierte<br />
Instandhaltung für die hierfür geeigneten<br />
Betriebsmittel weiter zu entwickeln<br />
und sich ein weiteres Instrument im<br />
„Werkzeugkasten des Instandhaltungsmanagements“<br />
zu schaffen. Die Instandhaltung<br />
muss sich die Erarbeitung von<br />
quantitativen Methoden zum Ziel setzen.<br />
Intuition alleine ist keine gute Entscheidungsgrundlage<br />
für das Instandhaltungsmanagement<br />
teurer Anlagen.<br />
Die in diesem Beitrag als Antwort auf<br />
die vorgenannte Fragestellung diskutierte<br />
Methode versucht den gemeinsamen<br />
Nenner der beiden Modelle Ausfallrate<br />
und Abnutzung zu finden und den Abnutzungsvorrat<br />
in Abhängigkeit von der<br />
Ausfallrate zu quantifizieren.<br />
Die vorgeschlagene Methode ist praxisorientiert<br />
und für den Instandhalter<br />
handhabbar. Lediglich mit zwei, der<br />
Weibull-Analyse entnommenen, nachvollziehbaren<br />
Parametern, der charaküber<br />
diesen Zeitpunkt hinaus ist mit einem<br />
höheren Ausfallrisiko verbunden.<br />
Wie auch immer, der späteste Beginn<br />
der Instandhaltung eines Betriebsmittels<br />
muss immer vor dem nächsten Wartungstermin<br />
der Gesamtanlage liegen,<br />
weil eine zustandsorientierte Instandhaltung<br />
im Ofen eingebauter Betriebsmittel<br />
sonst nicht möglich ist.<br />
Die weitere Planung des Instandhaltungstermins<br />
bzw. das Zusammenwirken<br />
aller notwendigen Instandhaltungsaktivitäten<br />
auf diesen Termin gehört zur Standardfunktionalität<br />
von IPS, auf die an<br />
dieser Stelle nicht weiter eingegangen<br />
werden soll.<br />
Fazit und Ausblick
F a c h b e r i c h t e<br />
teristischen Lebensdauer und einem<br />
Faktor für das Verschleißverhalten, kann<br />
der theoretische Abnutzungsvorrat eines<br />
Betriebsmittels über die Zeit beschrieben<br />
werden. Zusammen mit den in einer<br />
Datenbank gesammelten Zustandsdaten<br />
wird somit eine Optimierung der<br />
Instandhaltungsstrategie, eine Minimierung<br />
der Ausfallrisiken und der Kosten<br />
und eine Erhöhung der Einsatzdauer<br />
durch bessere Nutzung des Abnutzungsvorrats<br />
möglich.<br />
Die reale Bewertung des Abnutzungszustands<br />
einzelner Betriebsmittel erfolgt<br />
anhand definierter objektiver Inspektionskriterien.<br />
Der Abnutzungszustand<br />
wird dabei, wenn möglich, durch einen<br />
quantitativen Wert wiedergegeben. Alternativ<br />
ist auch eine qualitative Bewertung<br />
des Abnutzungsvorrats möglich.<br />
Der Abnutzungsgrad wird somit als<br />
Kennzahl in einer mathematischen Methode<br />
verfügbar.<br />
Die sowohl auf Inspektion als auch auf<br />
einem Rechenmodell basierende Prognose<br />
ermöglicht, sich besser auf Betriebsmittelausfälle<br />
einzustellen bzw. diese<br />
zu vermeiden. Die Instandhaltung wird<br />
dadurch besser planbar. Zudem können<br />
zusätzliche Inspektionen eingeleitet werden,<br />
sobald die Prognose auf einen zu<br />
erwartenden Betriebsmittelausfall hindeutet<br />
[4].<br />
Die Betrachtung des abnutzungsabhängigen<br />
Ausfallverhaltens einzelner Betriebsmittel<br />
ist ein erster Schritt auf dem<br />
Weg zu einer Verfügbarkeitsprognose einer<br />
gesamten Anlage. Nach Ansicht des<br />
Autors ist hierfür die Zeit aber noch nicht<br />
reif, da selbst bei der Entwicklung von<br />
Methoden zur Quantifizierung des Abnutzungsvorrats<br />
und zur Prognose des<br />
Ausfallverhaltens von einzelnen Betriebsmitteln<br />
noch erheblicher Forschungsbedarf<br />
besteht.<br />
Literatur<br />
[1] Steck-Winter, H.: Integratives Instandhaltungsmanagement<br />
von Thermoprozessanlagen<br />
[2] Steck-Winter, H.; Treptow, F.: Sicherer Betrieb<br />
von Thermoprozessanlagen mit Schutzgasatmosphären.<br />
Gaswärme <strong>International</strong>,<br />
4/2010, Seite 250-262, Vulkan Verlag Essen,<br />
2010<br />
[3] Steck-Winter, H.; Treptow, F.: Sicherer Betrieb<br />
von Thermoprozessanlagen mit Schutz-<br />
gasatmosphären. Gaswärme <strong>International</strong>,<br />
4/2010, Seite 250-262, Vulkan Verlag Essen,<br />
2010<br />
[4] Schuh, G.; Winter, C.P.; Lorenz, B.: Integration<br />
von Echtzeitsimulation und Zustandsüberwachung<br />
zur Bauteilzustandsprognose und<br />
Fehleranalyse für die Instandhaltung. RWTH<br />
Aachen, 2008<br />
[5] Kuhn, A.; Schuh, G.; Stahl, B.: Nachhaltige<br />
Instandhaltung. Ergebnisbericht der vom<br />
BMBF geförderten Untersuchung „Nachhaltige<br />
Instandhaltung“ VDMA Verlag, Frankfurt,<br />
2006<br />
[6] Moubray, J.: Reliability-centered Maintenance.<br />
Butterworth-Heinemann, Oxford,<br />
London, 1991<br />
[7] Barringer, P.E.: Predict Failures. Proceedings<br />
of IMEC 2004 <strong>International</strong> Mechanical Engineering<br />
Conference December 5-8, Kuwait,<br />
2004 y<br />
Dr. Hartmut Steck-Winter,<br />
MBA<br />
Aichelin Service GmbH,<br />
Ludwigsburg<br />
Tel.: 07141/6 43 71 04<br />
hartmut.steck-winter@<br />
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WISSEN für die ZUKUNFT<br />
Praxishandbuch Thermoprozesstechnik<br />
Band II: Anlagen – Komponenten – Sicherheit<br />
Das Praxishandbuch Thermoprozesstechnik ist das Standardwerk<br />
für die Wärmebehandlungsbranche und Pfl ichtlektüre für<br />
jeden Ingenieur, Techniker und Planer, der sich mit der Projektierung<br />
oder dem Betrieb von Thermoprozessanlagen befasst.<br />
Der Band II widmet sich den Themenbereichen Anlagen,<br />
Komponenten und Sicherheit. Namhafte Experten der<br />
Thermoprozesstechnik beschreiben anschaulich alle<br />
relevanten Sachverhalte.<br />
Hrsg.: H. Pfeifer, B. Nacke, F. Beneke<br />
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F a c h b e r i c h t e<br />
Steuerungs- und Schutzsysteme an<br />
industriellen Thermoprozessanlagen<br />
Control- and protective systems on industrial thermal processing installations<br />
Von Klaus Kroner<br />
An die Steuerung einer Thermoprozessanlage werden hohe Anforderungen<br />
bezüglich Anlagen- und Betriebssicherheit, Funktionalität, Verfügbarkeit und<br />
Wirtschaftlichkeit gestellt. Dabei gilt es, für die elektrische und elektronische<br />
Ausrüstung dieser Anlagen eine Vielzahl relevanter EG-Richtlinien und Normen<br />
zu berücksichtigen. Dieser Artikel erklärt die Zusammenhänge. Zudem erläutert<br />
er die Anforderungen an die Ausführung von Schutzsystemen und beschreibt<br />
die notwendigen Schritte der Risikobeurteilung. Darüber hinaus wird die Ermittlung<br />
von sogenannten „SIL/PL-Level“ von Sicherheitsfunktionen beschrieben.<br />
A control system for Industrial thermoprocessing equipment must meet<br />
stringent requirements in terms of plant and operating safety, functionality,<br />
availability and costeffectiveness. The electrical and electronic equipment for<br />
these installations must comply with a number of relevant EG directives and<br />
standards. This article explains the context. It also explains the requirements<br />
for the design of protective systems and describes the necessary steps of risk<br />
assessment. In addition the determination of so-called „SIL/PL-Level” for safety<br />
functions is described.<br />
im Verbrennungsraum, dem Abgassystem<br />
und dem Leistungsteil (Antriebe)<br />
der Thermoprozessanlage angeordnet<br />
sind. Der erforderliche Signalaustausch<br />
zwischen den beteiligten Steuerungskomponenten<br />
und der Feldebene unterscheidet<br />
dabei sicherheitsrelevante und<br />
nicht sicherheitsrelevante Signale.<br />
Die Prozess-Steuerung selbst besteht<br />
zum einen aus der Leittechnik/Bedienebene.<br />
Hier sind die zur Visualisierung<br />
und Bedienung der Anlage erforderlichen<br />
Betriebsmittel untergebracht. Es<br />
werden Steuerungsabläufe und Regelkreise<br />
für den Prozess implementiert und<br />
visualisiert (nicht fehlersicherer Teil der<br />
Prozess-Steuerung).<br />
Bedingt durch das Inkrafttreten<br />
der neuen Maschinenrichtlinie<br />
2006/42/EG, welche seit dem<br />
29.12.2009 gültig ist, werden auch an<br />
Thermoprozessanlagen Anforderungen<br />
bezüglich der funktionalen Sicherheit<br />
beschrieben. Die internationale Normung<br />
definiert Anforderungen in Bezug<br />
auf die Zuverlässigkeit von Sicherheitsfunktionen<br />
(Safety Integrity Level<br />
SIL bzw. Performance Level PL) mit dem<br />
Ziel der Risikominimierung für Personen,<br />
Umwelt, Produkte und Prozesse im Falle<br />
einer Fehlfunktion. Mit dieser Thematik<br />
müssen sich nun Hersteller von Thermoprozessanlagen<br />
und insbesondere Steuerungsbauer<br />
befassen.<br />
Die elektrische und elektronische Ausrüstung<br />
einer Thermoprozessanlage besteht<br />
aus der übergeordneten Prozess-<br />
Steuerung (Bild 1) sowie den elektrisch<br />
angesteuerten Geräten (Sensoren/Aktoren),<br />
die dezentral verteilt an einer Thermoprozessanlage<br />
angeordnet sind.<br />
Beispielhaft für eine Thermoprozessanlage<br />
ist in Bild 2 schematisch ein Industrieofen<br />
für Hochtemperaturbetrieb<br />
dargestellt. Die Prozess-Steuerung ist<br />
funktional verknüpft mit einer Vielzahl<br />
von Komponenten, welche in der Gaseingangsstrecke<br />
1, der Lufteingangsstrecke<br />
2, der Brennerregelung 3 sowie<br />
Bild 1: Prozess-Steuerung<br />
Fig. 1: Process control system<br />
Des Weiteren besteht die Prozess-Steuerung<br />
aus dem sogenannten Schutzsystem,<br />
welches alle Einrichtungen, Geräte<br />
und die Steuerung für Sicherheitsfunktionen<br />
beinhaltet, deren Hauptzweck dem<br />
Schutz von Personen, der Anlage und<br />
der Umwelt dient.<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
153
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 2: Industrieofen für Hochtemperaturbetrieb<br />
Fig. 2: High-temperature industrial furnace<br />
„Das Schutzsystem beinhaltet alle Komponenten,<br />
die zur Ausführung der Sicherheitsfunktionen<br />
erforderlich sind,<br />
z. B. Signalgeber, die sicherheitsrelevanten<br />
Größen (z. B. Flammenüberwachung),<br />
Geräte für die Unterbrechung<br />
der Brennstoffzufuhr, die Belüftung des<br />
Feuerraumes und den Schutz des beheizten<br />
Systems. Ein Schutzsystem besteht<br />
typischerweise aus Signalgebern, einer<br />
Schutzeinrichtung, die die Signale logisch<br />
verarbeitet und Stellgeräten. Wenn<br />
dies durch ein mehrkanaliges System<br />
erreicht wird, dann sind alle Kanäle und<br />
die Überwachungsgeräte, die für Sicherheitszwecke<br />
verwendet werden, in das<br />
Schutzsystem eingeschlossen.“ (Quelle<br />
DIN EN 746-2:2011).<br />
grundlegenden Anforderungen an die<br />
Anlagen- und Betriebssicherheit gemäß<br />
der entsprechenden EG-Richtlinien und<br />
Normen konstruktiv in Schaltungstechnik,<br />
Hardware und Steuerungsprogramme<br />
(Software) umzusetzen.<br />
EG-Richtlinien, horizontale<br />
Anwendung<br />
EG-Richtlinien sind horizontal anzuwenden,<br />
d. h. alle für ein Produkt zutreffenden<br />
Richtlinien sind in der Konstruktion<br />
anzuwenden und stellen die gesetzlichen<br />
Anforderungen dar (Bild 3). Die<br />
von den EG-Richtlinien spezifizierten<br />
Anforderungen werden durch entsprechende<br />
Gesetze in nationales Recht<br />
umgesetzt. Die grundlegenden Anforderungen<br />
der Richtlinien müssen vom<br />
Maschinenhersteller und ebenfalls vom<br />
Steuerungsbauer berücksichtigt und umgesetzt<br />
werden.<br />
Jedoch stellen die in den EG-Richtlinien<br />
festgelegten grundlegenden Anforderungen<br />
ausschließlich Mindestanforderungen<br />
an die elektrische Ausrüstung<br />
einer Thermoprozessanlage dar. Entscheidend<br />
für die konkrete Umsetzung<br />
aller Anforderungen an die Ausführung<br />
der elektrischen Ausrüstung einer Thermoprozessanlage<br />
sind die vertraglichen<br />
Vereinbarungen zwischen den Vertragspartnern,<br />
Hersteller und Betreiber, einer<br />
Thermoprozessanlage. Über die grundlegenden<br />
Anforderungen der EG-Richtlinien<br />
hinausgehende betreiberspezifische<br />
Anforderungen können beispielsweise<br />
in Werksnormen spezifiziert werden,<br />
auf welche dann vertraglich verwiesen<br />
wird.<br />
In der Maschinen-Richtlinie 2006/42/EG<br />
werden grundlegende Anforderungen<br />
bezüglich Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen<br />
bei Konzipierung und<br />
Bau von Maschinen formuliert. Die Umsetzung<br />
in nationales (deutsches) Recht<br />
Konstruktive Anforderungen an<br />
die Prozess-Steuerung<br />
An die Steuerung einer Thermoprozessanlage<br />
werden hohe Anforderungen<br />
bezüglich Sicherheit, Verfügbarkeit und<br />
Wirtschaftlichkeit gestellt. Die Aufgabe<br />
im Steuerungsengineering besteht nun<br />
darin, neben der Funktionalität auch die<br />
Bild 3: EG Richtlinien, Gesetzliche Anforderungen<br />
Fig. 3: EC directives and legal requirements<br />
154<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
erfolgt im Geräte- und Produktsicherheitsgesetz<br />
(GPSG), 9. Verordnung.<br />
In der Niederspannungsrichtlinie 2006/95/<br />
EG werden grundlegende Anforderungen<br />
bezüglich der Sicherheitsziele für<br />
elektrische Betriebsmittel formuliert. Die<br />
Umsetzung in nationales (deutsches)<br />
Recht erfolgt im Geräte- und Produktsicherheitsgesetz<br />
(GPSG), 1. Verordnung.<br />
Die hier beschriebenen Schutzziele behandeln<br />
vorrangig die Einhaltung der<br />
Schutzmaßnahmen zum Personen- und<br />
Anlagenschutz, bezogen auf die Verwendung<br />
elektrischer Betriebsmittel und<br />
deren Dimensionierung.<br />
Die EMV-Richtlinie 2004/108/EG formuliert<br />
grundlegende Anforderungen<br />
im Hinblick auf die ungestörte Funktion<br />
elektrischer/elektronischer Geräte bezogen<br />
auf elektromagnetische Felder. Die<br />
Umsetzung in nationales (deutsches)<br />
Recht erfolgt im EMV-Gesetz EMVG.<br />
Danach sollen Geräte und Anlagen möglichst<br />
selbst keine Störungen aussenden,<br />
jedoch gegenüber Störeinstrahlung bzw.<br />
leitungsgebundenen Störungen möglichst<br />
resistent sein.<br />
Die Gasverbrauchseinrichtungen Richtlinie<br />
2009/142/EG formuliert grundlegende<br />
Anforderungen an Geräte, Sicherheits-,<br />
Kontroll- und Regelvorrichtungen<br />
sowie Baugruppen. Die Umsetzung in<br />
nationales (deutsches) Recht erfolgt im<br />
Geräte- und Produktsicherheitsgesetz<br />
(GPSG), 7. Verordnung.<br />
Geräte, Sicherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen<br />
sowie Baugruppen<br />
für Gasverbrauchseinrichtungen sind so<br />
auszulegen, herzustellen und zu verwenden,<br />
dass durch deren Ausfall keine gefährliche<br />
Situation entstehen kann.<br />
Anforderungen an Hersteller<br />
Hersteller von Thermoprozessanlagen<br />
(IThE, Industrielle Thermoprozessanlagen)<br />
wenden die Maschinenrichtlinie<br />
2006/42/EG an und müssen durch das<br />
Ausstellen einer Konformitätserklärung<br />
für die Thermoprozessanlage deren<br />
Richtlinienkonformität und damit die<br />
Gesetzeskonformität (gemäß GPSG) bescheinigen.<br />
Gerätehersteller wenden in erster Linie<br />
die Richtlinie über Gasverbrauchseinrichtungen<br />
2009/142/EG an. Bei elektrisch<br />
betriebenen Geräten sind zusätzlich die<br />
Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG<br />
und die EMV-Richtlinie 2004/108/EG anzuwenden.<br />
Steuerungsbauer wenden die Niederspannungsrichtlinie<br />
2006/95/EG und<br />
die EMV-Richtlinie 2004/108/EG an.<br />
Weiterhin muss die Steuerung auch die<br />
betreffenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen<br />
der Maschinenrichtlinie<br />
2006/42/EG erfüllen, da sie ja<br />
die Steuerungsaufgaben für eben diese<br />
Maschine übernimmt. Die Steuerung für<br />
sich allein betrachtet unterliegt jedoch<br />
ausschließlich der Niederspannungsrichtlinie<br />
2006/95/EG und der EMV-Richtlinie<br />
2004/108/EG.<br />
EG-Richtlinien, grundlegende<br />
Anforderungen<br />
Hier ist ein Auszug (Punkt 1.2 „Steuerungen<br />
und Befehlseinrichtungen“) des Anhang<br />
I der Maschinenrichtlinie 2006/42/<br />
EG (gültig seit 29.12.2009) dargestellt:<br />
Grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen<br />
für Konstruktion<br />
und Bau von Maschinen:<br />
1.2 Steuerungen und Befehlseinrichtungen<br />
1.2.1 Sicherheit und Zuverlässigkeit von<br />
Steuerungen<br />
Steuerungen sind so zu konzipieren und<br />
zu bauen, dass es nicht zu Gefährdungssituationen<br />
kommt.<br />
Insbesondere müssen sie so ausgelegt<br />
und beschaffen sein, dass<br />
– sie den zu erwartenden Betriebsbeanspruchungen<br />
und Fremdeinflüssen<br />
standhalten<br />
Bild 4: Maschinensicherheits- Produktnormen<br />
Fig. 4: Machine-safety product standards<br />
– ein Defekt der Hardware oder der Software<br />
der Steuerung nicht zu Gefährdungssituationen<br />
führt<br />
– Fehler in der Logik des Steuerkreises<br />
nicht zu Gefährdungssituationen<br />
führen<br />
– vernünftigerweise vorhersehbare Bedienungsfehler<br />
nicht zu Gefährdungssituationen<br />
führen.<br />
(Quelle Maschinenrichtlinie 2006/42/EG)<br />
Anhand dieses Auszugs wird deutlich,<br />
dass in der Richtlinie die Schutzziele<br />
(Grundlegende Anforderungen) beschrieben<br />
werden, welche vom Konstrukteur<br />
umzusetzen sind. Konkrete Hilfe<br />
zur praxisorientierten Umsetzung dieser<br />
Schutzziele findet der Konstrukteur der<br />
Steuerung dann in den relevanten Normen,<br />
wo konstruktive Details beschrieben<br />
werden.<br />
Europäische Normen bekommen nach<br />
der Veröffentlichung im Amtsblatt der<br />
Europäischen Gemeinschaft den Status<br />
„Harmonisierte Norm“. Harmonisierte<br />
Normen sind danach ohne Änderungen<br />
in nationale Normen zu übernehmen.<br />
In harmonisierten Normen ist niedergelegt,<br />
wie nach dem derzeitigen Stand<br />
der Technik die grundlegenden Anforderungen<br />
der EG-Richtlinien erfüllt werden<br />
können. Die Übereinstimmung von Produkten<br />
mit harmonisierten Normen lässt<br />
die Übereinstimmung mit den grundlegenden<br />
Anforderungen der EG-Richtlinien<br />
vermuten.<br />
Normen haben keine Gesetzeskraft, ihre<br />
Anwendung ist freiwillig, aber dennoch<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
155
F a c h b e r i c h t e<br />
empfehlenswert. Dem Hersteller steht es<br />
frei, ob er bei der Herstellung seiner Produkte<br />
auf harmonisierte Normen zurückgreift<br />
oder auf andere Art und Weise die<br />
festgelegten grundlegenden Anforderungen<br />
der EG-Richtlinien erfüllt.<br />
Normative Zusammenhänge,<br />
Maschinensicherheits-<br />
Produktnormen<br />
Um wesentliche Zusammenhänge aufzuzeigen,<br />
wird in Bild 4 eine Darstellung<br />
gewählt, in der die Beziehungen<br />
zwischen den harmonisierten Normen<br />
untereinander und zu den zugehörigen<br />
Richtlinien deutlich werden.<br />
In der Waagerechten sind die relevanten<br />
EG-Richtlinien dargestellt, darunter sind<br />
jeweils die entsprechenden harmonisierten<br />
Normen zugeordnet.<br />
Die EN 746-2:2010 (Industrielle Thermoprozessanlagen<br />
– Teil 2: Sicherheitsanforderungen<br />
an Feuerungen und<br />
Brennstoffführungssysteme) ist eine harmonisierte<br />
Typ-C-Norm zur Maschinenrichtlinie.<br />
Im Anwendungsbereich der EN 746-2<br />
wird erläutert, dass sie zusammen mit<br />
der EN 746-1 die Sicherheitsanforderungen<br />
für Einzelbrenner und Mehrbrenner-<br />
Systeme festlegt, die Teile einer Industriellen<br />
Thermoprozessanlagen sind. (Im<br />
Folgenden werden Industrielle Thermoprozessanlagen<br />
als „IThE“ bezeichnet).<br />
Dieses Dokument behandelt die signifikanten<br />
Gefährdungen, Gefährdungssituationen<br />
und Ereignisse für Feuerungen<br />
und Brennstoffführungssysteme an IThE,<br />
auf der Grundlage, dass diese wie vor-<br />
Bild 5: Normen Elektrische Sicherheit<br />
Fig. 5: Electrical safety standards<br />
Die Norm IEC 61508 (Funktionale Sicherheit<br />
sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme) definiert Anforderungen<br />
an sicherheitsbezogene Systeme<br />
(Bild 6). Der Geltungsbereich dieser<br />
Norm umfasst den gesamten Lebenszyklus<br />
sicherheitsbezogener Systeme<br />
und erstreckt sich vom Konzept über die<br />
Planung, die Entwicklung, die Realisierung<br />
und den Betrieb des Systems bis hin<br />
zur Außerbetriebnahme einer Anlage.<br />
Die IEC 61508 ist eine generische Norm,<br />
die nicht auf ein bestimmtes Anwendungsgebiet<br />
eingeschränkt ist. Von weigesehen<br />
und unter den vom Hersteller<br />
vorgesehenen Bedingungen eingesetzt<br />
werden.<br />
Die EN 746-2 gilt für Brennstoff-Leitungssysteme<br />
in Strömungsrichtung,<br />
beginnend mit dem handbetätigten<br />
Hauptabsperrventil, Brenner, Brennersysteme<br />
und Zündeinrichtungen sowie für<br />
das sicherheitsbezogene Steuerungssystem<br />
(Schutzsystem).<br />
Diese europäische Norm ist jedoch nicht<br />
anwendbar für elektrische Verkabelung<br />
und Starkstromverkabelung, die dem<br />
IThE Steuerungsschrank/Bedienerfeld/<br />
Schutzsystem vorgeschaltet sind (Quelle<br />
EN 746-2:2010).<br />
Die Produktnormen DIN EN 298, DIN EN<br />
1643, DIN EN 1854 und DIN EN 161 sind<br />
harmonisierte Produktnormen zur Richtlinie<br />
über Gasverbrauchseinrichtungen.<br />
Den Bezug zur Maschinenrichtlinie, unter<br />
welcher sie nicht harmonisiert sind,<br />
bekommen diese Produktnormen durch<br />
Verweise in der EN 746-2.<br />
Die EN 746-2 verweist z. B. beim Einsatz<br />
von Flammenüberwachungseinrichtungen<br />
und Feuerungsautomaten auf die<br />
EN 298, welche die sicherheitstechnischen<br />
und konstruktiven Anforderungen<br />
an diese Geräte sehr ausführlich und detailliert<br />
beschreibt.<br />
Feuerungsautomaten werden gemäß<br />
Produktnorm DIN EN 298 (Feuerungsautomaten<br />
für Gasbrenner und Gasgeräte<br />
mit oder ohne Gebläse) entwickelt und<br />
gefertigt. Ventilüberwachungssysteme<br />
wie z. B. Dichtheitskontrolleinrichtungen<br />
werden entsprechend der Produktnorm<br />
DIN EN 1643 (Ventilüberwachungs-<br />
systeme für automatische Absperrventile<br />
für Gasbrenner und Gasgeräte), Druckwächter<br />
entsprechend der Produktnorm<br />
DIN EN 1854 (Druckwächter für Gasbrenner<br />
und Gasgeräte) und Automatische<br />
Absperrventile entsprechend der<br />
Produktnorm DIN EN 161 (Automatische<br />
Absperrventile für Gasbrenner und Gasgeräte)<br />
entwickelt und konstruiert.<br />
Des Weiteren wird nun auch auf Normen<br />
für die Funktionale Sicherheit verwiesen,<br />
in welchen die Anforderungen bezüglich<br />
SIL bzw. PL-Level beschrieben werden.<br />
Normative Zusammenhänge,<br />
Normen elektrische Sicherheit<br />
Die Elektrische Sicherheit wird in den<br />
Normen DIN EN 60204 (Sicherheit von<br />
Maschinen – Elektrische Ausrüstung<br />
von Maschinen), harmonisiert unter<br />
Maschinenrichtlinie sowie unter Niederspannungsrichtlinie<br />
und der DIN EN<br />
61439 (Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen),<br />
harmonisiert unter der<br />
Niederspannungsrichtlinie, beschrieben<br />
(Bild 5).<br />
In diesen Normen werden Festlegungen<br />
und Empfehlungen für die Sicherheit,<br />
Funktionsfähigkeit und Instandhaltung<br />
der elektrischen Ausrüstung geregelt<br />
und Schutzmaßnahmen wie z. B. Schutz<br />
gegen elektrischen Schlag, Dimensionierung<br />
und Auslegung von Schaltgeräten,<br />
Leitungen und Überstromeinrichtungen,<br />
Potenzialausgleich usw. beschrieben.<br />
Die elektrische Ausrüstung von Thermoprozessanlagen<br />
muss den Anforderungen<br />
gemäß EN 60204-1 entsprechen<br />
und die Gefährdungen berücksichtigen,<br />
welche in der von der Maschinenrichtlinie<br />
geforderten Risikobeurteilung während<br />
der Konstruktionsphase identifiziert<br />
wurden.<br />
Normative Zusammenhänge,<br />
Normen Funktionale Sicherheit<br />
156<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Normative Zusammenhänge,<br />
Deterministischer und<br />
Probabilistischer Ansatz<br />
Die einschlägigen Produktnormen für Sicherheitsgeräte<br />
wie z. B. die DIN EN 298<br />
für Feuerungsautomaten oder die DIN<br />
EN 161 für Automatische Absperrventile<br />
wurden auf der Grundlage des deterministischen<br />
Ansatzes zur Beurteilung<br />
von Fehlern und Ausfällen entwickelt<br />
(Bild 7). D. h. man betrachtet bei der<br />
Geräteentwicklung definierte und reproduzierbare<br />
gefährliche Ausfälle, welche<br />
es zu vermeiden gilt.<br />
Bild 6: Normen Funktionale Sicherheit<br />
Fig. 6: Functional safety standards<br />
teren Normengremien wurden folgende<br />
branchenspezifische Sektor-Normen von<br />
dieser Norm abgeleitet:<br />
IEC 61511 – Funktionale Sicherheit – Sicherheitstechnische<br />
Systeme<br />
für die Prozessindustrie<br />
EN 50156 – Elektrische Ausrüstung von<br />
Feuerungsanlagen<br />
IEC 62061 – Sicherheit von Maschinen<br />
– Funktionale Sicherheit<br />
sicherheitsbezogener elektrischer,<br />
elektronischer und<br />
programmierbarer elektronischer<br />
Steuerungssysteme<br />
ISO 13849 – Sicherheit von Maschinen<br />
– Sicherheitsbezogene Teile<br />
von Steuerungen<br />
Die IEC 61508 und die Sektornorm IEC<br />
61511 werden an Prozesstechnischen<br />
Anlagen in der chemischen Industrie angewendet.<br />
Beide IEC-Normen sind nicht<br />
unter einer EG-Richtlinie harmonisiert.<br />
Nachdem die SIL-Betrachtung von Sicherheitsfunktionen<br />
in der chemischen<br />
Industrie bereits seit einigen Jahren<br />
angewendet werden, wurde diese Betrachtung<br />
nun auch auf Maschinen und<br />
Maschinenanlagen gemäß der Maschinenrichtlinie<br />
ausgeweitet. Da gerade für<br />
Hersteller von Thermoprozessanlagen<br />
und für Hersteller von Sicherheitsgeräten<br />
für Thermoprozessanlagen diese Thematik<br />
noch relativ neu ist, müssen häufig<br />
die hierzu erforderlichen Kenntnisse und<br />
Erfahrungen noch erworben werden,<br />
um neue Anlagen an die zusätzlichen<br />
Anforderungen der Funktionalen Sicherheit<br />
anzupassen.<br />
Die Normen EN IEC 62061 und die EN<br />
ISO 13849 sind harmonisierte Normen<br />
Der probabilistische Ansatz stellt lediglich<br />
eine weitere Betrachtungsweise zur Beurteilung<br />
von Fehlern und Ausfällen dar.<br />
Hier wird die statistische Wahrscheinlichkeit<br />
gefährlicher Ausfälle ermittelt, die<br />
während der Entwicklung von Sicherheitsgeräten<br />
durch Rechnungen und<br />
Dauerversuche in einem komplexen Prozess<br />
vom Hersteller von Sicherheitsgeräten<br />
nachgewiesen werden muss.<br />
Bei der Entwicklung von Sicherheitsgeräten<br />
werden nun zusätzlich zu den<br />
deterministischen Produktnormen, wo<br />
wesentliche Anforderungen (grundsätzliche<br />
funktionale Anforderungen wie z. B.<br />
Anforderungen an die Dichtheit von Geräten,<br />
Sicherheitszeiten usw.) beschrieben<br />
werden, auch die neuen Normen für<br />
die Funktionale Sicherheit gemäß dem<br />
probabilistischem Ansatz angewendet.<br />
Durch die zusätzliche Anwendung dieser<br />
neuen Normen, welche als SIL-Anhang<br />
oder PL-Anhang zu bestehenden Produktnormen<br />
herausgegeben werden,<br />
wird es den Geräteherstellern ermöglicht,<br />
Sicherheitsgeräte mit Baumusterprüfung<br />
gemäß Richtlinie über Gasverzur<br />
Maschinenrichtlinie und finden Anwendung<br />
an Maschinen wie z. B. Thermoprozessanlagen.<br />
Die EN 50156 ist eine harmonisierte<br />
Norm zur Niederspannungsrichtlinie und<br />
wird z. B. an Dampfkesselanlagen angewendet.<br />
Alle drei Sektornormen befassen sich mit<br />
den Anforderungen an die funktionale<br />
Sicherheit von Systemen und beschreiben<br />
die Bestimmung sowie die Berechnung<br />
der erforderlichen SIL-Level oder<br />
PL-Level. An verschiedenen Stellen wird<br />
in diesen Sektor-Normen wiederum auf<br />
die generische IEC 61508 verwiesen.<br />
Fehlersichere SPS, Sicherheitsrelais sowie<br />
auch neuere Feuerungsautomaten bzw.<br />
Schutzsystemelektronik entsprechen den<br />
Anforderungen aus der IEC 61508 bzw.<br />
der IEC 62061 oder der ISO 13849. Für<br />
diese Geräte sind SIL-Zertifikate bzw. PL-<br />
Zertifikate verfügbar.<br />
Bild 7: Normative Zusammenhänge, Deterministischer + Probabilistischer Ansatz<br />
Fig. 7: Normative correlations, deterministic + probabilistic approach<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
157
F a c h b e r i c h t e<br />
brauchseinrichtungen zusätzlich auch<br />
mit einem SIL/PL-Zertifikat zu liefern.<br />
Da die Erstellung von SIL/PL-Zertifikaten<br />
für Sicherheitsgeräte ein umfangreicher,<br />
zeitaufwendiger und sehr komplexer<br />
Prozess ist, der üblicherweise und sinnvollerweise<br />
parallel zur Geräteentwicklung<br />
bearbeitet wird und auch die dazu<br />
erforderlichen Normen zum Teil noch in<br />
den Normengremien in Bearbeitung sind<br />
bzw. derzeit nur als Vornorm (pr-Norm)<br />
vorliegen, werden die Gerätehersteller<br />
erst nach und nach den Herstellern von<br />
Thermoprozessanlagen Sicherheitsgeräte<br />
mit zusätzlichem SIL/PL-Zertifikat zu<br />
Verfügung stellen können.<br />
SIL/PL-Zertifikate für Sicherheitsgeräte<br />
der Elster GmbH<br />
Feuerungsautomat:<br />
Für Elster Kromschröder Gasfeuerungsautomaten<br />
der Baureihe PFU 700 ist ein<br />
SIL 3/PL e Zertifikat verfügbar. Das Zertifikat<br />
wurde in Zusammenarbeit mit dem<br />
TÜV Süd erstellt. Die erfüllten Normen,<br />
SIL- und PL-Werte sowie alle relevanten<br />
Werte sind im Zertifikat angegeben.<br />
Automatische Absperrventile:<br />
Für Elster Kromschröder Automatische<br />
Absperrventile der Baureihe VAS 1 ist ein<br />
SIL/PL-Zertifikat (einsetzbar bis SIL 3/PL<br />
e) verfügbar. Der SIL/PL Level ist bei diesem<br />
Produkt abhängig von der Anzahl (1<br />
oder 2 Ventile) und der Schaltspielzahl<br />
des jeweiligen Einsatzfalls. Der tatsächliche<br />
SIL/PL-Wert wird aus verschiedenen<br />
Kennwerten des Produktes und der<br />
Schaltspielzahl der Anwendung ermittelt.<br />
Die Berechnungsformel ist im Zertifikat<br />
abgedruckt. Das Zertifikat wurde in<br />
Zusammenarbeit mit dem TÜV Rheinland<br />
erstellt. Die Berechnung der relevanten<br />
Werte in Abhängigkeit der Schaltspielzahl<br />
kann interaktiv in der technischen<br />
Information (TI) ermittelt werden.<br />
Druckwächter:<br />
Für Elster Kromschröder Druckwächter<br />
der Baureihe DG ist ein SIL/PL-Zertifikat<br />
(einsetzbar bis SIL 3/PL e) verfügbar. Der<br />
SIL/PL-Level ist auch bei diesem Produkt<br />
abhängig von der Anzahl (1 oder<br />
2 Druckwächter) und von der Schaltspielzahl<br />
des jeweiligen Einsatzfalls. Der<br />
tatsächliche SIL/PL-Wert wird aus verschiedenen<br />
Kennwerten des Produktes<br />
und der Schaltspielzahl der Anwendung<br />
ermittelt. Die Berechnungsformel ist<br />
im Zertifikat abgedruckt. Das Zertifikat<br />
wurde in Zusammenarbeit mit dem TÜV<br />
Rheinland erstellt. Die Berechnung der<br />
relevanten Werte in Abhängigkeit der<br />
Schaltspielzahl kann interaktiv in der<br />
technischen Information (TI) ermittelt<br />
werden.<br />
Alle Zertifikate sowie weitere Informationen<br />
zu den Sicherheitsgeräten der Elster<br />
GmbH werden online in der Dokuthek<br />
http://www.docuthek.com bereitgestellt.<br />
Safety Integrity Level (SIL – Level)<br />
Safety Integrity Level (SIL) werden definiert<br />
in den Sicherheitsnormen IEC<br />
61508 und IEC 62061 (Funktionale Sicherheit<br />
sicherheitsbezogener elektrischer,<br />
elektronischer und programmierbarer<br />
Steuerungssysteme). Es wird die<br />
Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen<br />
Ausfalls von elektrischen Geräten/Systemen<br />
betrachtet.<br />
Man unterscheidet drei Stufen SIL 1 – SIL<br />
3 (4):<br />
SIL – Level 1 = niedrigste Stufe<br />
SIL – Level 3 = höchste Stufe<br />
Die Anforderungsstufe SIL 4 findet in<br />
den harmonisierten Normen zur Maschinenrichtlinie<br />
keine Berücksichtigung. Zu<br />
SIL 4 siehe IEC 61508-1.<br />
Performance Level (PL)<br />
Performance Level (PL) werden definiert<br />
in der Sicherheitsnorm ISO 13849<br />
(Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen).<br />
Es wird die Wahrscheinlichkeit<br />
eines gefährlichen Ausfalls von elektrischen,<br />
hydraulischen, pneumatischen<br />
und mechanischen Geräten/Systemen<br />
betrachtet.<br />
Man unterscheidet fünf Stufen PL a – PL e:<br />
PL a = niedrigste Stufe<br />
PL e = höchste Stufe<br />
Gegenüberstellung PL/SIL<br />
Bild 8 zeigt den Performance Level (PL)<br />
und Sicherheits-Integritätslevel (SIL) als<br />
Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen<br />
Ausfalls pro Stunde (PFH D<br />
).<br />
Die Absicherung von hohen Risiken erfolgt<br />
mit SIL 3 bzw. PL e, in beiden Fällen<br />
liegt die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen<br />
Ausfalls pro Stunde zwischen 10 -8<br />
und 10 -7 . Die Absicherung niedriger Risiken<br />
erfolgt z. B. mit SIL 1 bzw. PL b/c,<br />
in beiden Fällen liegt die Wahrscheinlichkeit<br />
eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde<br />
zwischen 10 -6 und 10 -5 . Je höher das<br />
Risiko ist, desto kleiner muss die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
der verwendeten Sicherheitsgeräte<br />
sein.<br />
Normative Zusammenhänge,<br />
Gefahrenanalyse und Risikobeurteilung<br />
Im Bereich Sicherheit von Maschinen gibt<br />
die DIN EN ISO 12100:2011-03 (Sicherheit<br />
von Maschinen – allgemeine Gestaltungsleitsätze<br />
– Risikobeurteilung und<br />
Risikominderung) einen Gesamtrahmen<br />
zur systematischen Risikominderung vor.<br />
Die Risikobeurteilung erfolgt dabei nach<br />
den hier dargestellten Prinzipien. Die<br />
Norm DIN EN ISO 12100 ist eine harmonierte<br />
Norme zur Maschinenrichtlinie.<br />
Bild 8: Gegenüberstellung PL/SIL, Quelle IFA (BGIA) – Report 2/2008<br />
Fig. 8: Comparative assessment of PL/SIL, source: IFA (BGIA) report 2/2008<br />
Innerhalb des Rahmens der DIN EN ISO<br />
12100 legt die Norm IEC 62061 Sicher-<br />
158<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 9: Risikobeurteilung / Risikominderung nach EN ISO 12100, Quelle DIN EN ISO 12100:2011-03<br />
Fig. 9: Risk assessment / Risk reduction in accordance with EN ISO 12100, source: DIN EN ISO 12100:2011-03<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
159
F a c h b e r i c h t e<br />
heitsanforderungen für elektrisch/elektronische<br />
und programmierbar elektronische<br />
(E/E/PE) Steuerungen fest. Des<br />
Weiteren stellt sie eine Methodologie<br />
und Anforderungen bereit, um in Übereinstimmung<br />
mit ISO 13849 entworfene<br />
sicherheitsbezogene Teilsysteme<br />
zu integrieren. So können auch Risiken<br />
von hydraulischen, pneumatischen und<br />
mechanischen Geräten/Systemen betrachtet<br />
werden. „Der Hersteller einer<br />
Maschine oder sein Bevollmächtigter hat<br />
dafür zu sorgen, dass eine Risikobeurteilung<br />
vorgenommen wird, um die für<br />
die Maschine geltenden Sicherheits- und<br />
Gesundheitsschutzanforderungen zu ermitteln.<br />
Die Maschine muss dann unter<br />
Berücksichtigung der Ergebnisse der Risikobeurteilung<br />
konstruiert und gebaut<br />
werden.“<br />
(Quelle: Maschinenrichtlinie 2006/42/EG<br />
– Anhang I).<br />
Der Hersteller einer Maschine erstellt die<br />
in der Maschinenrichtlinie vorgeschriebene<br />
Risikobeurteilung, baut dann die<br />
Maschine unter Berücksichtigung der<br />
Risikobeurteilung und unter Anwendung<br />
harmonisierter Normen. Für die so erstellte<br />
sichere Maschine erstellt der Hersteller<br />
eine Konformitätserklärung, an<br />
der Maschine wird eine CE-Kennzeichnung<br />
angebracht.<br />
Der Betreiber einer Maschine erstellt<br />
gemäß Arbeitsmittelrichtlinie, Arbeitsschutzgesetz<br />
und Betriebssicherheitsverordnung<br />
die Gefährdungsanalyse am<br />
Arbeitsplatz seiner Mitarbeiter. Durch<br />
die Bereitstellung sicherer Arbeitsmittel,<br />
Schulung und Unterweisung der Mitarbeiter<br />
übernimmt er die Betreiberverantwortung<br />
und sorgt für sichere Arbeitsplätze<br />
sowie den sicheren Betrieb der<br />
Maschine.<br />
Der sichere Betrieb einer Thermoprozessanlage<br />
umfasst auch die regelmäßige<br />
Wartung der Anlage.<br />
Risikobeurteilung nach DIN EN<br />
ISO 12100, iterativer Prozess<br />
Die einzelnen Schritte der Risikobeurteilung<br />
werden in EN ISO 12100 beschrieben<br />
(Bild 9). Die Risikoanalyse beinhaltet<br />
die Festlegung der Grenzen der Maschine,<br />
die Identifizierung der Gefährdungen<br />
und die Risikoeinschätzung.<br />
Die Risikobeurteilung beinhaltet zusätzlich<br />
die Risikobewertung. Anhand des<br />
Bewertungsergebnisses, ob das Risiko als<br />
hinreichend klein erachtet werden kann,<br />
oder hinreichend vermindert wurde,<br />
ist die Risikobeurteilung entweder für<br />
die bewertete Sicherheitsfunktion abgeschlossen,<br />
oder es muss eine weitere<br />
Risikominderung betrieben werden.<br />
Der Prozess wird iterativ solange durchlaufen,<br />
bis die Frage „Risiko hinreichend<br />
vermindert?“ mit Ja beantwortet werden<br />
kann.<br />
Der Prozess der Risikobeurteilung muss<br />
für jede Sicherheitsfunktion separat<br />
durchgeführt werden. Die Risikobeurteilung<br />
betrifft alle Gefährdungen, welche<br />
an der Maschine auftreten können.<br />
Prozess zur Risikominderung<br />
aus Sicht des Konstrukteurs<br />
Die DIN EN ISO 12100 Norm legt die<br />
grundsätzliche Terminologie und Methodik<br />
fest, die für das Erreichen der Sicherheit<br />
von Maschinen angewandt werden.<br />
Die Festlegungen in dieser Norm sind für<br />
Konstrukteure vorgesehen.<br />
Alle Schutzmaßnahmen, die zum Erreichen<br />
dieses Ziels angewendet werden,<br />
sind in der als „3-Stufen-Methode“ bezeichneten<br />
Reihenfolge zu ergreifen.<br />
Schritt 1: Inhärent sichere Konstruktion:<br />
Diese Phase ist die einzige, in der Gefährdungen<br />
beseitigt werden können.<br />
Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit<br />
für zusätzliche Schutzmaßnahmen wie<br />
technische Schutzmaßnahmen oder ergänzende<br />
Schutzmaßnahmen.<br />
Schritt 2: Technische Schutzmaßnahmen<br />
und eventuell ergänzende Schutzmaßnahmen<br />
Schritt 3: Benutzerinformation hinsichtlich<br />
des Restrisikos<br />
Die Anwendung dieser Schritte soll mit<br />
der inhärent sicheren Konstruktion beginnen,<br />
erst wenn hier keine Risikominderung<br />
mehr erreicht werden kann,<br />
sollen zusätzliche Schutzmaßnahmen in<br />
Erwägung gezogen werden. Die Benutzerinformation<br />
hinsichtlich des Restrisikos<br />
soll erst an 3. Stelle gewählt werden,<br />
da die Wirksamkeit dieser Maßnahme<br />
grundsätzlich davon abhängig ist, ob<br />
die Informationen dem Betreiber bzw.<br />
Bediener der Maschine/Thermoprozessanlage<br />
auch vorliegen und ob die Benutzerinformation<br />
verstanden wurde.<br />
Prozess zur Risikominderung<br />
aus Sicht des Betreibers<br />
Schutzmaßnahmen, die anschließend<br />
vom Benutzer bzw. Betreiber durchzuführen<br />
sind, beziehen sich auf organisatorische<br />
Maßnahmen, Bereitstellung und<br />
Anwendung zusätzlicher Schutzeinrichtungen,<br />
Anwendung persönlicher Schutzausrüstung,<br />
Ausbildung, Schulung usw.<br />
SIL/PL-Level einer Sicherheitsfunktion<br />
Für eine Sicherheitsfunktion (bestehend<br />
aus Sensor + Logik + Aktor) wird der SIL/<br />
PL-Level ermittelt (Bild 10). Da Thermoprozessanlagen<br />
unterschiedliche Sicherheitsfunktionen<br />
enthalten, kann ein SIL/<br />
PL-Level nicht pauschal für eine komplette<br />
Anlage ermittelt bzw. berechnet<br />
werden, sondern muss separat für jede<br />
Sicherheitsfunktion ermittelt werden.<br />
Unter einer Sicherheitsfunktion eines<br />
Systems versteht man die Verschaltung<br />
von „Sensor“ (erfassen), „Steuerung/<br />
Logik“ (verarbeiten) und „Aktor“ (schalten).<br />
Ermittlung des benötigten SIL/<br />
PL-Level<br />
Bild 10: SIL/PL – Level einer Sicherheitsfunktion<br />
Fig. 10: SIL/PL level of a safety function<br />
Wenn die Risikobeurteilung der Thermoprozessanlage<br />
ergeben hat, dass zur Risikominimierung<br />
die Notwendigkeit einer<br />
zusätzlichen Schutzmaßnahme besteht<br />
und diese in Form einer elektrischen<br />
160<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Schutzeinrichtung/Sicherheitsfunktion<br />
ausgeführt werden soll, dann ist es erforderlich,<br />
zunächst den erforderlichen<br />
SIL-Level oder PL-Level zu ermitteln. Hier<br />
kommt die Verwendung der sogenannten<br />
Risikoelemente zu tragen.<br />
RISIKO = AUSMASS und WAHRSCHEIN-<br />
LICHKEIT DES SCHADENSEINTRITTS<br />
Das mit einer bestimmten Gefährdungssituation<br />
zusammenhängende Risiko<br />
hängt von folgenden Elementen ab:<br />
a) dem Schadensausmaß;<br />
b) der Eintrittswahrscheinlichkeit dieses<br />
Schadens als Funktion<br />
1) der Gefährdungsexposition einer Person/von<br />
Personen,<br />
2) des Eintritts eines Gefährdungsereignisses,<br />
3) der technischen und menschlichen<br />
Möglichkeiten zur Vermeidung oder<br />
Begrenzung des Schadens.<br />
Ermittlung des erforderlichen<br />
Performance Level gemäß<br />
DIN EN ISO 13849-1<br />
Bild 11: Ermittlung des Performance Level, Quelle DIN EN ISO 13849-1<br />
Fig. 11: Determination of Performance Level, source: DIN EN ISO 13849, Part 1<br />
Die Ermittlung des erforderlichen PL-Levels<br />
erfolgt unter Berücksichtigung der<br />
Schwere der Verletzung (S = S1 oder S2),<br />
Häufigkeit und/oder Dauer der Gefährdungsexposition<br />
(F = F1 oder F2) und der<br />
Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung<br />
oder Begrenzung des Schadens<br />
(P = P1 oder P2).<br />
Für die in Bild 11 dargestellte spezifische<br />
Gefährdung, für die S als S2, F als F2 und<br />
P als P1 bestimmt worden sind, ergibt<br />
sich ein erforderlicher PL-Level von PL d.<br />
Ermittlung des erforderlichen<br />
SIL-Level gemäß EN 62061<br />
Die Ermittlung des erforderlichen SIL-<br />
Levels erfolgt unter der Berücksichtigung<br />
der Schwere der Auswirkungen (S = 4, 3,<br />
2 oder 1), Häufigkeit und Dauer der Gefährdungsexposition<br />
(F = 5, 4, 3 oder 2),<br />
Wahrscheinlichkeit des Auftretens des<br />
gefahrbringenden Ereignisses (W = 5, 4,<br />
3, 2 oder 1) und der Möglichkeit der Vermeidung<br />
oder Begrenzung des Schadens<br />
(P = 5, 3 oder 1).<br />
Die Klasse K wird gemäß der Formel K =<br />
F + W + P berechnet. Der Schnittpunkt<br />
aus der Schwere S und der Klasse K ergibt<br />
den erforderlichen SIL-Level.<br />
Für die in Bild 12 dargestellte spezifische<br />
Gefährdung, für die S als 3, F als 4, W als<br />
5 und P als 5 bestimmt worden sind, ergibt<br />
sich: K = F + W + P = 4 + 5 + 5 = 14<br />
Bei Anwendung der Tabelle ergibt dies<br />
im Schnittpunkt aus S = 3 und K = 14<br />
einen erforderlichen SIL-Level von SIL 3.<br />
EN 746-2:2010 Elektrische<br />
Ausrüstung und Schutzsystem<br />
Die generelle Anforderung der EN 746-<br />
2:2010 besagt, dass die elektrische Ausrüstung<br />
von Thermoprozessanlagen in<br />
Übereinstimmung mit der DIN EN 60204<br />
(Elektrische Ausrüstung von Maschinen)<br />
auszuführen ist.<br />
Eine wesentliche Neuerung in der aktuellen<br />
Norm sind die Anforderungen bezüglich<br />
der funktionalen Sicherheit an<br />
das Schutzsystem. Das Schutzsystem ist<br />
wahlweise gemäß der Ausführung A, B,<br />
C oder D aufzubauen.<br />
EN 746-2:2010 Anforderungen<br />
Schutzsystem<br />
Die Norm beschreibt eine pauschalisierte<br />
Einstufung von Funktionen:<br />
Nicht gefährliche Funktionen:<br />
Hier werden keine Anforderungen an die<br />
funktionale Sicherheit spezifiziert.<br />
Überwachungsfunktionen, welche nicht<br />
unmittelbar gefährlich sind:<br />
Hier wird der Einsatz von Komponenten<br />
gemäß Produktnormen (siehe EN 746-2,<br />
Abschnitt 5.2–5.6) oder Komponenten<br />
mit SIL 2/PL d Zertifizierung gefordert.<br />
Beispielhaft werden in der Norm Überwachungsfunktionen<br />
wie z. B. Gasdruck<br />
und Temperatur aufgeführt.<br />
Unmittelbar gefährliche Funktionen:<br />
Hier wird der Einsatz von Komponenten<br />
gemäß Produktnormen (siehe EN 746-2,<br />
Abschnitt 5.2–5.6) oder Komponenten<br />
mit SIL 3/PL e Zertifizierung gefordert.<br />
Diese Anforderungen gehen aus der Beschreibung<br />
der Ausführungen A, B, C<br />
und D hervor. Beispielhaft werden in der<br />
Norm unmittelbar gefährliche Funktionen<br />
wie z. B. Flammenüberwachung und<br />
Verhältnisüberwachung aufgeführt.<br />
EN 746-2:2010 Schutzsystem<br />
Ausführung A<br />
Das Schutzsystem Ausführung A ist ein<br />
fest verdrahtetes Schutzsystem (nicht<br />
programmierbar) und beschreibt die<br />
Verwendung von Sicherheitsgeräten<br />
gemäß Produktnormen (siehe Abschnitt<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
161
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 12: Ermittlung des SIL Level, Quelle EN 62061<br />
Fig. 12: Determination of SIL level, source: EN 62061<br />
5.2–5.6) (Bild 13). D. h. die hier zur Anwendung<br />
kommenden Sicherheitsgeräte<br />
entsprechen speziellen auf den Einsatzbereich<br />
und die funktionalen Anforderungen<br />
an diese Geräte abgestimmten<br />
Sicherheitsanforderungen, wie sie in<br />
den entsprechenden Produktnormen<br />
für Feuerungsautomaten, Ventilüberwachungssysteme,<br />
Druckwächter, Automatische<br />
Absperrventile und Gas/Luft-<br />
Verhältnisregelung gefordert werden.<br />
Bild 13: Schutzsystem Ausführung A,<br />
Quelle EN 746-2:2010<br />
Fig. 13: Safety system, Version A, source:<br />
EN 746, Part 2:2010<br />
Eine Anwendung der EN 62061 oder<br />
EN ISO 13849 ist nicht möglich.<br />
Beispiel:<br />
Die „Sicherheitsfunktion Dichtheitskontrolle“<br />
wird gemäß Ausführung A mittels<br />
der Verschaltung eines Sensors (Druckwächter<br />
gemäß DIN EN 1854) mit der<br />
Logik (Dichtheitskontrolle gemäß DIN EN<br />
1643) und den Aktoren (Gasventile gemäß<br />
DIN EN 161) aufgebaut.<br />
Für die Feuerungstechnik liegen seit Jahrzehnten<br />
umfangreiche ständig an den<br />
Stand der Technik angepasste Produktnormen<br />
vor. Die nach diesen Normen<br />
ausgeführten Anlagen und Produkte<br />
weisen ein sehr hohes Sicherheitsniveau<br />
auf. Am Beispiel der millionenfach im<br />
Feld befindlichen Feuerungsautomaten<br />
ist festzustellen, dass es nie zu Schadensfällen<br />
gekommen ist, die auf mangelnde<br />
Anforderungen in Normen zurückzuführen<br />
sind.<br />
Auch ohne zusätzliche SIL/PL Zertifizierung<br />
von Sicherheitsgeräten ist nach wie<br />
vor die Sicherstellung der Schutzziele<br />
und Sicherheitsanforderungen für den<br />
Einsatz von Sicherheitsgeräten gemäß<br />
Produktnormen gegeben und damit die<br />
Realisierung eines Schutzsystems Ausführung<br />
A als eine von mehreren alternativen<br />
Möglichkeiten anzusehen.<br />
Um darüber hinaus zukünftig auch<br />
zusätzliche Anforderungen aus den<br />
Normen für funktionale Sicherheit einzubeziehen,<br />
wird derzeit intensiv in Normengremien<br />
und Arbeitsgruppen mit<br />
Herstellern und Prüfstellen an sektorspezifischen<br />
Erweiterungen zu den oben<br />
genannten Produktnormen gearbeitet.<br />
Als Ergebnis dieser Anstrengungen ist<br />
die zusätzliche SIL/PL-Zertifizierung von<br />
Sicherheitsgeräten zu erwarten und aktuell<br />
bereits teilweise bei Herstellern von<br />
Sicherheitsgeräten in der Umsetzung.<br />
Die zusätzliche SIL/PL-Zertifizierung von<br />
Sicherheitsgeräten wird jedoch in der<br />
Regel (Ausnahme – Nachweis der Betriebsbewährtheit)<br />
nicht für ältere Sicherheitsgeräte<br />
möglich sein, da der<br />
Zertifizierungsprozess entwicklungsbegleitend<br />
erfolgt und damit nicht rückwirkend<br />
möglich ist.<br />
EN 746-2:2010 Schutzsystem<br />
Ausführung B<br />
Das Schutzsystem Ausführung B ist ein<br />
fest verdrahtetes Schutzsystem (nicht<br />
programmierbar) und beschreibt die<br />
Verwendung von Sicherheitsgeräten<br />
gemäß Produktnormen (siehe Abschnitt<br />
5.2–5.6) in Kombination mit Sicherheitsgeräten<br />
für welche ein entsprechender<br />
SIL/PL Level definiert und nachgewiesen<br />
ist (Bild 14).<br />
162<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Für „Überwachungsfunktionen, welche<br />
nicht unmittelbar gefährlich“ sind (z. B.<br />
Gasdruck, Temperatur), müssen Komponenten<br />
gemäß Produktnormen (siehe<br />
Abschnitt 5.2 – 5.6) oder Komponenten<br />
mit mindestens SIL 2 / PL d Zertifizierung<br />
eingesetzt werden.<br />
Für „Unmittelbar gefährliche Funktionen“<br />
(z. B. Flammenüberwachung)<br />
müssen Komponenten gemäß Produktnormen<br />
(siehe Abschnitt 5.2 – 5.6) oder<br />
Komponenten mit SIL 3 / PL e Zertifizierung<br />
eingesetzt werden.<br />
Beispiel:<br />
Die „Sicherheitsfunktion Hochtemperatur<br />
Grenzwertüberwachung“ wird<br />
gemäß Ausführung B mittels der Verschaltung<br />
eines Sensors (Sicherheits-<br />
Temperaturbegrenzer mit SIL/PL Zertifizierung)<br />
mit der Logik (Feuerungsautomat<br />
gemäß DIN EN 298) und den<br />
Aktoren (Gasventile gemäß DIN EN 161)<br />
aufgebaut.<br />
EN 746-2:2010 Schutzsystem<br />
Ausführung C<br />
Das Schutzsystem Ausführung C ist ein<br />
SPS-basiertes Schutzsystem (programmierbar)<br />
und beschreibt die Verwendung<br />
von Sicherheitsgeräten gemäß Produktnormen<br />
(siehe Abschnitt 5.2–5.6) in<br />
Kombination mit Sicherheitsgeräten für<br />
welche ein entsprechender SIL/PL Level<br />
definiert und nachgewiesen ist und/ oder<br />
in Kombination mit einer SPS für welche<br />
ein entsprechender SIL/PL-Level definiert<br />
und nachgewiesen ist (Bild 15).<br />
Für „Überwachungsfunktionen, welche<br />
nicht unmittelbar gefährlich“ sind (z.B.<br />
Gasdruck, Temperatur), müssen Komponenten<br />
gemäß Produktnormen (siehe<br />
Abschnitt 5.2–5.6) oder Komponenten<br />
mit mindestens SIL 2/PL d Zertifizierung<br />
eingesetzt werden.<br />
Bild 14: Schutzsystem Ausführung B, Quelle EN 746-2:2010<br />
Fig. 14: Safety system, Version B, source: EN 746, Part 2:2010<br />
Beispiel:<br />
Die „Sicherheitsfunktion Sicherheitskette<br />
Gas Max. Drucküberwachung“ wird<br />
gemäß Ausführung C mittels der Verschaltung<br />
eines Sensors (Druckwächter<br />
gemäß DIN EN 1854) mit der Logik<br />
(Sicherheits-SPS mit SIL/PL-Zertifizierung)<br />
und den Aktoren (Gasventile gemäß DIN<br />
EN 161) aufgebaut.<br />
EN 746-2:2010 Schutzsystem<br />
Ausführung D<br />
Das Schutzsystem Ausführung D ist ein<br />
SPS-basiertes Schutzsystem (programmierbar)<br />
und beschreibt die Verwendung<br />
von Sicherheitsgeräten, für welche ein<br />
entsprechender SIL/PL-Level definiert<br />
und nachgewiesen ist in Kombination<br />
mit einer SPS, für welche ein entsprechender<br />
SIL/PL-Level definiert und nachgewiesen<br />
ist (Bild 16).<br />
Alle Komponenten sollen gemäß der<br />
Norm eine SIL 3/PL e Zertifizierung aufweisen.<br />
Die Hard- und Software der SPS muss<br />
den Anforderungen gemäß EN IEC<br />
62061 bzw. EN ISO 13849 entsprechen<br />
und auch die funktionalen Anforderungen<br />
(z. B. Gesamtschließzeit), wie in<br />
Abschnitt 5.2 bis 5.6 spezifiziert, berücksichtigen.<br />
Beispiel:<br />
Die „Sicherheitsfunktion Sicherheitskette<br />
Gas. Max. Drucküberwachung“ wird<br />
gemäß Ausführung D mittels der Verschaltung<br />
eines Sensors (Druckwächter<br />
gemäß DIN EN 1854 und SIL/PL-Zertifizierung)<br />
mit der Logik (Sicherheits-SPS<br />
oder Sicherheitselektronik mit SIL/PL-Zertifizierung)<br />
und den Aktoren (Gasventile<br />
gemäß DIN EN 161 und SIL/PL-Zertifizierung)<br />
aufgebaut.<br />
Anmerkung:<br />
Durch die ausschließliche Forderung<br />
nach SIL 3/PL e ergibt sich hier ein Widerspruch<br />
zu den anderen Ausführungen<br />
des Schutzsystems in der Norm. Praktikabel<br />
erscheint hier eine Unterscheidung in<br />
Für „Unmittelbar gefährliche Funktionen“<br />
(z. B. Flammenüberwachung)<br />
müssen Komponenten gemäß Produktnormen<br />
(siehe Abschnitt 5.2 – 5.6) oder<br />
Komponenten mit SIL 3/PL e Zertifizierung<br />
eingesetzt werden.<br />
Die Hard- und Software der SPS muss<br />
den Anforderungen gemäß EN IEC<br />
62061 bzw. EN ISO 13849 entsprechen<br />
und auch die funktionalen Anforderungen<br />
(z. B. Gesamtschließzeit), wie in<br />
Abschnitt 5.2 bis 5.6 spezifiziert, berücksichtigen.<br />
Bild 15: Schutzsystem Ausführung C, Quelle EN 746-2:2010<br />
Fig. 15: Safety system, Version C, source: EN 746, Part 2:2010<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
163
F a c h b e r i c h t e<br />
eine sichere Einheit bildet. Softwarefehler<br />
können unmittelbar zu einem Sicherheitsrisiko<br />
führen. Um Softwarefehler<br />
zu vermeiden, sind entsprechende<br />
Maßnahmen zu ergreifen. Häufig werden<br />
entsprechende Sofwaremodule von<br />
den Steuerungsherstellern angeboten.<br />
Speziell der Teil 3 der IEC 61508 befasst<br />
sich mit der Softwareerstellung.<br />
Bild 16: Schutzsystem Ausführung D, Quelle EN 746-2:2010<br />
Fig. 16: Safety system, Version D, source: EN 746, Part 2:2010<br />
SIL 2/PL d und SIL 3/PL e vorzunehmen,<br />
wie in Ausführung B und C beschrieben.<br />
V-Modell für Softwareentwicklung<br />
für Sicherheits-SPS<br />
Für die Softwareentwicklung für Sicherheits-SPS<br />
sowie Programmierbarer Sicherheitsgeräte<br />
wird z. B. die Vorgehensweise<br />
gemäß V-Modell empfohlen.<br />
Alle Tätigkeiten im Lebenszyklus von<br />
sicherheitsbezogener Embedded- oder<br />
Anwendungssoftware müssen hauptsächlich<br />
die Vermeidung von Fehlern<br />
berücksichtigen, die während des Softwarelebenszyklus<br />
eingebracht werden.<br />
Das Hauptziel der Anforderungen an die<br />
Software ist es, lesbare, verständliche,<br />
testbare und wartbare Software zu erhalten.<br />
Die konstruktiven Tätigkeiten umfassen<br />
die sicherheitsbezogene Software-<br />
Spezifikation, die Systemgestaltung, die<br />
Modulgestaltung und die Codierung<br />
(das SPS-Programm). Die überprüfenden<br />
Aktivitäten umfassen die Modultests, die<br />
Integrationstests und die Validierung der<br />
Software.<br />
(Quelle EN ISO 13849-1; IEC 61508-3)<br />
Die sichere Programmgestaltung ist sehr<br />
wichtig, damit die Kombination aus SIL/<br />
PL zertifizierter SPS-Hardware zusammen<br />
mit der Software der Sicherheits-SPS<br />
Sicherheitsfunktionen einer<br />
Prozess-Steuerung<br />
In Bild 17 sind die wesentlichen Sicherheitsfunktionen<br />
des Schutzsystems der<br />
Prozess-Steuerung einer Thermoprozessanlage<br />
dargestellt. Elektronische Sicherheitsgeräte<br />
sind orange eingefärbt.<br />
Die Einspeisung (100) versorgt die Steuerung<br />
mit der Versorgungsspannung. Der<br />
Start der Verbrennungsluftgebläsesteuerung<br />
(210) erfolgt unter Einbeziehung<br />
der Wechselüberwachung des Luft min.<br />
Druckwächters (311).<br />
Der Steuerungsblock für die Überwachung<br />
der Sicherheitsgrenzen (300)<br />
übernimmt die sicherheitsrelevante<br />
Überwachung der Safety Limits Luft min.<br />
(311), Gas min. (321), Gas max. (322),<br />
Not-Halt (331) und die Überwachung<br />
Bild 17: Sicherheitsfunktionen Prozess-Steuerung<br />
Fig. 17: Process control system safety functions<br />
164<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Tabelle 1: Erforderliche SIL/PL-Level von Sicherheitsfunktionen<br />
Table 1: SIL/PL levels necessary for safety functions<br />
des Sicherheitstemperaturbegrenzers<br />
(332). Nach dem Anlagenstart und dem<br />
Vorhandensein aller Sicherheits-Grenzwerte<br />
(300) beginnt die Vorspülung<br />
(341) der Thermoprozessanlage sowie<br />
die Dichtheitskontrolle (350) der Ventile.<br />
Nach Abschluss der Vorspülung (341)<br />
und dem OK-Signal der Dichtheitskontrolle<br />
(350) ist die Sicherheitskette (gelb<br />
dargestellt) gesetzt und die Brenner<br />
werden in Zündstellung gestartet. Nach<br />
Rückmeldung der Flammensignale an<br />
die Gasfeuerungsautomaten (450) gehen<br />
die Brenner in Betrieb. Der Temperaturregler<br />
(510) übernimmt die Temperaturregelung<br />
der Beheizungseinrichtung.<br />
Die Anforderungen bezüglich der erforderlichen<br />
SIL/PL-Level an die in Bild 17<br />
dargestellten Sicherheitsfunktionen werden<br />
in der Tabelle 1 aufgeführt.<br />
Erforderliche SIL/PL-Level von<br />
Sicherheitsfunktionen<br />
Die in Tabelle 1 aufgeführten Sicherheitsfunktionen<br />
werden zunächst auf ihre Betriebsart<br />
hin betrachtet. Generell werden<br />
der sogenannte Low Demand Mode (Betriebsart<br />
mit niedriger Anforderungsrate,<br />
nicht mehr als einmal pro Jahr betätigt)<br />
und der sogenannte High Demand Mode<br />
(Betriebsart mit hoher Anforderungsrate,<br />
mehr als einmal pro Jahr betätigt) unterschieden.<br />
Praktisch hat der Low Demand<br />
Mode an Maschinen/Thermoprozessanlagen<br />
keine Bedeutung, da einerseits nur<br />
wenige Sicherheitsfunktionen überhaupt<br />
so eingestuft werden könnten, andererseits<br />
wird in der EN 62061 der Low<br />
Demand Mode für die Anwendung an<br />
Maschinen als nicht relevant betrachtet.<br />
ANMERKUNG aus EN 62061 – 3.2.26:<br />
Einrichtungen, die nur in Übereinstimmung<br />
mit den Anforderungen zur Betriebsart<br />
mit niedriger Anforderungsrate<br />
gemäß IEC 61508-1 und IEC 61508-2<br />
entworfen worden sind, können für die<br />
Verwendung als Teil eines sicherheitsbezogenen<br />
elektrischen Steuerungssystems<br />
(SRECS) nach EN 62061 ungeeignet sein.<br />
Die Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate<br />
wird für die Anwendung von<br />
SRECS an Maschinen als nicht relevant<br />
betrachtet. (Quelle EN 62061).<br />
Wie in der EN 62061 beschrieben, wird<br />
an Maschinen wie Thermoprozessanlagen<br />
für die Komponenten des Schutzsystems<br />
nur die Betriebsart mit hoher<br />
Anforderungsrate (High Demand) betrachtet.<br />
Erforderliche SIL/PL-Level:<br />
Zum einen sind in Tabelle 1 die in der<br />
EN 746-2 geforderten SIL/PL-Level eingetragen.<br />
Daneben sind SIL/PL-Level<br />
aufgeführt, welche in Gesprächen mit<br />
Herstellern von Thermoprozessanlagen<br />
gemäß der Risikobeurteilung aus IEC<br />
62061 und ISO 13849 ermittelt wurden.<br />
Die in Tabelle 1 als Beispiel aufgeführten<br />
Werte beziehen sich auf typische Thermoprozessanlagen.<br />
Die erforderlichen<br />
SIL/PL Level können in Abhängigkeit der<br />
Risikobeurteilung abweichen.<br />
Folgendes lässt sich feststellen:<br />
Bei den Anforderungen an die Überwachung<br />
des Gas- und Luftdruckes besteht<br />
mit der Anforderung SIL 2/PL d aus<br />
EN 746-2 große Übereinstimmung.<br />
Für die Sicherheitsfunktionen Vorspülung<br />
und Dichtheitskontrolle macht die<br />
EN 746-2 keine direkten Angaben. Die<br />
Ermittlung der Werte SIL 2/PL d beruht<br />
auf einer Beurteilung dahingehend, dass<br />
diese Sicherheitsfunktion in der Regel immer<br />
zusammen mit anderen Sicherheitsfunktionen<br />
(z. B. Verwendung von zwei<br />
automatischen Absperrventilen gemäß<br />
EN 161 oder Vorspülung und Dichtheitskontrolle)<br />
zur Anwendung kommen,<br />
d.h. ein Ausfall führt in der Regel nicht<br />
zu einer unmittelbaren Gefährdung. In<br />
Einzelfällen kann je nach Risikobeurteilung<br />
SIL 3/PL e erforderlich sein.<br />
Für die Anforderung an die Sicherheitsfunktion<br />
Flammenüberwachung/Gasfeuerungsautomat<br />
besteht mit SIL 3/PL e<br />
wiederum Übereinstimmung mit der<br />
Anforderung aus EN 746-2. Hier ist klar,<br />
dass bei nicht vorhandener Flamme am<br />
Brenner unverbranntes Gas in den Feuerungsraum<br />
strömt und eine unmittelbare<br />
Gefährdung besteht.<br />
Die Risikobeurteilung für die Überwachung<br />
der Zündstellung ergab für Einzelbrenner<br />
SIL 2/PL d und für Mehrbrennersysteme<br />
SIL 1/PL c, da im Falle einer<br />
Mehrbrenneranlage (z. B. Zündung eines<br />
Brenners von vielen Brennern) das Risiko<br />
deutlich sinkt.<br />
Die Beurteilung der Luft/Gas-Verhältnisüberwachung<br />
gestaltete sich äußerst<br />
schwierig. Abgesehen davon, daß die<br />
Forderung der EN 746-2 nach SIL 3/PL e<br />
und die üblicherweise anzutreffende<br />
Realisierung an Thermoprozessanlagen<br />
häufig deutlich voneinander abweichen,<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
165
F a c h b e r i c h t e<br />
ist es derzeit kaum möglich, SIL 3 /PL e<br />
technisch zu realisieren. Differenzdruckmessumformer<br />
zur Durchflussmessung<br />
über einer Blende sind zwar in der Regel<br />
einkanalig mit SIL 2/PL d oder zweikanalig<br />
mit SIL 3/PL e erhältlich, jedoch<br />
wird in den entsprechenden Zertifikaten<br />
häufig nur ein PFD-Wert für den Low Demand<br />
Mode anstelle eines PFH D<br />
-Wertes<br />
für den High Demand Mode ausgewiesen.<br />
Der Umstand, dass gemäß EN<br />
62061 (siehe oben) der Low Demand<br />
Mode für Maschinen und somit für Thermoprozessanlagen<br />
als nicht relevant betrachtet<br />
wird und deshalb Geräte für den<br />
High Demand Mode eingesetzt werden<br />
sollen, erschwert die Problematik zusätzlich.<br />
Letztendlich kann man sagen, dass<br />
hier Hersteller von Geräten und Hersteller<br />
von Thermoprozessanlagen noch<br />
gemeinsam Lösungen entwickeln müssen,<br />
welche auf der einen Seite zu dem<br />
gewünschten hohen sicherheitstechnischen<br />
Niveau führen, auf der anderen<br />
Seite unter wirtschaftlicher Betrachtung<br />
bezahlbar sein sollen.<br />
Die Hochtemperatur-Grenzwertüberwachung,<br />
welche an Thermoprozessanlagen<br />
in Abhängigkeit der Prozesstemperatur<br />
zur Umschaltung der<br />
Flammenüberwachung auf Temperaturüberwachung<br />
verwendet wird, ist<br />
eindeutig SIL 3/PL e zuzuordnen, da hier<br />
die gleichen Anforderungen wie bei der<br />
Sicherheitsfunktion Flammenüberwachung<br />
bestehen. Auch hier wiederum<br />
Übereinstimmung mit der EN 746-2.<br />
Die Sicherheitsfunktion Not-Halt/Not-<br />
Aus wird üblicherweise in SIL 2/PL d oder<br />
SIL 3/PL e eingestuft. Gelegentlich kann<br />
hier auch SIL 1/PL c in Abhängigkeit der<br />
jeweiligen Anlagenbeschaffenheit ausreichend<br />
sein.<br />
Die erforderlichen SIL/PL-Level für Sicherheitsfunktionen<br />
des Schutzsystems können<br />
im Einzelfall abweichen, eine Risikobeurteilung<br />
ist wie beschrieben generell<br />
durchzuführen.<br />
Fazit<br />
Grundsätzlich kann man an der Tabelle 1<br />
sehen, dass es für die meisten Sicherheitsfunktionen<br />
des Schutzsystems einer<br />
Thermoprozessanlage machbar ist, die<br />
von den Normen zur funktionalen Sicherheit<br />
geforderten Anforderungen zu<br />
ermitteln und auch umzusetzen. Es gibt<br />
zwar hier und da noch Schwierigkeiten,<br />
grundsätzlich ist die Branche aber auf einem<br />
guten Weg.<br />
Für die Berechnung der SIL/PL-Level werden<br />
von Geräteherstellern sowie der IFA<br />
(BGIA) entsprechende Tools angeboten,<br />
alternativ kann die Berechnung aber<br />
auch gemäß der Beschreibung in den<br />
Normen IEC 62061 oder ISO 13849 vorgenommen<br />
werden.<br />
Es ist zu erwarten, dass von Seiten der<br />
Gerätehersteller mehr und mehr Geräte<br />
mit SIL/PL-Zertifizierung angeboten<br />
werden, und dass bei Herstellern von<br />
Thermoprozessanlagen die neuen Anforderungen<br />
nach und nach in den Konstruktionsalltag<br />
einbezogen werden. Hilfreich<br />
sind hier nicht zuletzt die alternativ<br />
anwendbaren Ausführungen A – D des<br />
Schutzsystems gemäß EN 746-2.<br />
Zusammenstellung relevanter<br />
EG-Richtlinien und Normen<br />
Maschinenrichtlinie 2006/42/EG<br />
RICHTLINIE 2006/42/EG DES EUROPÄI-<br />
SCHEN PARLAMENTS UND DES RATES<br />
vom 17. Mai 2006 über Maschinen und<br />
zur Änderung der Richtlinie 95/16/EG<br />
(Neufassung)<br />
Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG<br />
RICHTLINIE 2006/95/EG DES EUROPÄI-<br />
SCHEN PARLAMENTS UND DES RATES<br />
vom 12. Dezember 2006 zur Angleichung<br />
der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten<br />
betreffend elektrische<br />
Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb<br />
bestimmter Spannungsgrenzen<br />
(kodifizierte Fassung)<br />
EMV Richtlinie 2004/108/EG<br />
RICHTLINIE 2004/108/EG DES EUROPÄI-<br />
SCHEN PARLAMENTS UND DES RATES<br />
vom 15. Dezember 2004 zur Angleichung<br />
der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten<br />
über die elektromagnetische<br />
Verträglichkeit und zur Aufhebung<br />
der Richtlinie 89/336/EWG<br />
Richtlinie über Gasverbrauchseinrichtungen<br />
2009/142/EG<br />
RICHTLINIE 2009/142/EG DES EUROPÄI-<br />
SCHEN PARLAMENTS UND DES RATES<br />
vom 30. November 2009 über Gasverbrauchseinrichtungen<br />
(kodifizierte Fassung)<br />
GPSG<br />
Gesetz über technische Arbeitsmittel<br />
und Verbraucherprodukte<br />
(Geräte- und Produktsicherheitsgesetz –<br />
GPSG) Ausfertigungsdatum: 06.01.2004<br />
EN ISO 12100:2010<br />
Sicherheit von Maschinen – Allgemeine<br />
Gestaltungsleitsätze – Risikobeurteilung<br />
und Risikominderung (ISO 12100:2010);<br />
Deutsche Fassung EN ISO 12100:2010<br />
DIN EN ISO 12100 – 1, April 2004 (darf<br />
noch bis 2013-11-01 angewendet werden)<br />
Sicherheit von Maschinen – Grundbegriffe,<br />
allgemeine Gestaltungsleitsätze<br />
Teil 1: Grundsätzliche Terminologie, Methodologie<br />
DIN EN ISO 12100 – 2, April 2004 (darf<br />
noch bis 2013-11-01 angewendet werden)<br />
Sicherheit von Maschinen – Grundbegriffe,<br />
allgemeine Gestaltungsleitsätze<br />
Teil 2: Technische Leitsätze<br />
EN ISO 14121-1:2007<br />
Sicherheit von Maschinen – Risikobeurteilung<br />
– Teil 1: Leitsätze (ISO 14121-<br />
1:2007);<br />
Deutsche Fassung EN ISO 14121-1:2007<br />
TECHNICAL REPORT ISO/TR 14121-2<br />
Safety of machinery – Risk assessment –<br />
Part 2: Practical guidance and examples<br />
of methods<br />
EN 61508-1:2010<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme<br />
– Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC<br />
61508-1:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-1:2010<br />
EN 61508-2:2010<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/<br />
programmierbarer elektronischer Systeme<br />
– Teil 2: Anforderungen an sicherheitsbezogene<br />
elektrische/elektronische/<br />
programmierbare elektronische Systeme<br />
(IEC 61508-2:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-2:2010<br />
EN 61508-3:2010<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme<br />
– Teil 3: Anforderungen an Software (IEC<br />
61508-3:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-3:2010<br />
EN 61508-4:2010<br />
166<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme<br />
– Teil 4: Begriffe und Abkürzungen (IEC<br />
61508-4:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-4:2010<br />
EN 61508-5:2010<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme<br />
- Teil 5: Beispiele zur Ermittlung der Stufe<br />
der Sicherheitsintegrität (safety integrity<br />
level) (IEC 61508-5:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-5:2010<br />
EN 61508-6:2010<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme<br />
- Teil 6: Anwendungsrichtlinie für IEC<br />
61508-2 und IEC 61508-3 (IEC 61508-<br />
6:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-6:2010<br />
EN 61508-7:2010<br />
Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener<br />
elektrischer/elektronischer/programmierbarer<br />
elektronischer Systeme<br />
- Teil 7: Überblick über Verfahren und<br />
Maßnahmen (IEC 61508-7:2010);<br />
Deutsche Fassung EN 61508-7:2010<br />
EN 60204-1:2006<br />
Sicherheit von Maschinen – Elektrische<br />
Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine<br />
Anforderungen (IEC 60204-<br />
1:2005, modifiziert); Deutsche Fassung<br />
EN 60204-1:2006<br />
EN 61511-1:2004<br />
Funktionale Sicherheit - Sicherheitstechnische<br />
Systeme für die Prozessindustrie<br />
- Teil 1: Allgemeines, Begriffe, Anforderungen<br />
an Systeme, Software und Hardware<br />
(IEC 61511-1:2003 + Corrigendum<br />
2004); Deutsche Fassung EN 61511-<br />
1:2004<br />
EN 50156-1:2004<br />
Elektrische Ausrüstung von Feuerungsanlagen<br />
- Teil 1: Bestimmungen für die<br />
Anwendungsplanung und Errichtung;<br />
Deutsche Fassung EN 50156-1:2004<br />
EN 62061:2005<br />
Sicherheit von Maschinen - Funktionale<br />
Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer,<br />
elektronischer und programmierbarer<br />
elektronischer Steuerungssysteme<br />
(IEC 62061:2005);<br />
Deutsche Fassung EN 62061:2005<br />
EN ISO 13849-1:2008<br />
Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene<br />
Teile von Steuerungen - Teil<br />
1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze (ISO<br />
13849-1:2006); Deutsche Fassung EN<br />
ISO 13849-1:2008<br />
EN ISO 13849-2:2008<br />
Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene<br />
Teile von Steuerungen – Teil 2:<br />
Validierung (ISO 13849-2:2003); Deutsche<br />
Fassung EN ISO 13849-2:2008, Berichtigung<br />
zu DIN EN ISO 13849-2:2008-<br />
09<br />
EN 61439-1:2009<br />
Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen<br />
– Teil 1: Allgemeine Festlegungen<br />
(IEC 61439-1:2009, modifiziert); Deutsche<br />
Fassung EN 61439-1:2009<br />
EN 61439-2:2009<br />
Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen<br />
– Teil 2: Energie-Schaltgerätekombinationen<br />
(IEC 61439-2:2009); Deutsche Fassung<br />
EN 61439-2:2009<br />
DIN EN 746-1:2010-02<br />
Industrielle Thermoprozessanlagen<br />
– Teil 1: Allgemeine Sicherheitsanforderungen<br />
an industrielle Thermoprozessanlagen;<br />
Deutsche Fassung EN 746-<br />
1:1997+A1:2009/DIN EN 746-1:2010-02<br />
DIN EN 746-2:2011-02<br />
Industrielle Thermoprozessanlagen - Teil<br />
2: Sicherheitsanforderungen an Feuerungen<br />
und Brennstoffführungssysteme;<br />
Deutsche Fassung EN 746-2:2010 / DIN<br />
EN 746-2:2011-02<br />
DIN EN 746-3:2010-02<br />
Industrielle Thermoprozessanlagen – Teil<br />
3: Sicherheitsanforderungen für die Erzeugung<br />
und Anwendung von Schutzund<br />
Reaktionsgasen;<br />
Deutsche Fassung EN 746-3:1997+<br />
A1:2009 / DIN EN 746-3:2010-02<br />
EN 746-4:1999<br />
Industrielle Thermoprozessanlagen - Teil<br />
4: Besondere Sicherheitsanforderungen<br />
an Feuerverzinkungsanlagen; Deutsche<br />
Fassung EN 746-4:1999<br />
EN 746-5:2000<br />
Industrielle Thermoprozessanlagen - Teil<br />
5: Besondere Sicherheitsanforderungen<br />
an Salzbad-Wärmebehandlungseinrichtungen<br />
und -anlagen; Deutsche Fassung<br />
EN 746-5:2000<br />
EN 746-8:2000<br />
Industrielle Thermoprozessanlagen - Teil<br />
8: Besondere Sicherheitsanforderungen<br />
an Abschreckanlagen; Deutsche Fassung<br />
EN 746-8:2000<br />
EN 13611:2007<br />
Sicherheits-, Regel- und Steuereinrichtungen<br />
für Gasbrenner und Gasgeräte<br />
- Allgemeine Anforderungen; Deutsche<br />
Fassung EN 13611:2007<br />
DIN EN 298:2004-01<br />
Feuerungsautomaten für Gasbrenner<br />
und Gasgeräte mit oder ohne Gebläse;<br />
Deutsche Fassung EN 298:2003 / DIN EN<br />
298:2004-01<br />
EN 1643:2000<br />
Ventilüberwachungssysteme für automatische<br />
Absperrventile für Gasbrenner<br />
und Gasgeräte; Deutsche Fassung EN<br />
1643:2000<br />
EN 1854:2010<br />
Druckwächter für Gasbrenner und Gasgeräte;<br />
Deutsche Fassung EN 1854:2010<br />
EN 161:2007<br />
Automatische Absperrventile für Gasbrenner<br />
und Gasgeräte;<br />
Deutsche Fassung EN 161:2007<br />
EN 12067-2:2004<br />
Gas-Luft-Verbundregeleinrichtungen für<br />
Gasbrenner und Gasgeräte –<br />
Teil 2: Elektronische Ausführung; Deutsche<br />
Fassung EN 12067-2:2004<br />
BGIA – Report 2/2008<br />
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F a c h b e r i c h t e<br />
Referenzmessungen in der<br />
Aufkohlungsatmosphäre – Teil 2<br />
Reference measurements in a carburizing atmosphere: part 2<br />
Von Džo Mikulović, Dragan Živanović, Florian Ehmeier<br />
Die wichtigsten Parameter für die Regelung des Aufkohlungsprozesses sind die<br />
Temperatur und das Kohlenstoffpotenzial (C-Potenzial) der Atmosphäre. Die<br />
Temperatur wird üblicherweise mit Hilfe von Thermoelementen gemessen. Für<br />
die Regelung des C-Potenzials hat sich die Messung des Sauerstoffpartialdruckes<br />
der Ofenatmosphäre mittels In-Situ-Sauerstoffsonden (O 2<br />
-Sonden) und Lambda-Sonden<br />
(L-Sonden) durchgesetzt. Sowohl die Thermoelemente als auch die<br />
Sonden für Restsauerstoffmessungen verlieren mit der Zeit an Genauigkeit. Für<br />
eine genaue Regelung sind somit Referenzmessungen zur Korrektur der Temperatur<br />
und des C-Potenzials unerlässlich. Im ersten Teil dieses Artikels [1] wurden<br />
die Ursachen für die Fehlmessungen mit Thermoelementen und O 2<br />
-Sonden<br />
bzw. L-Sonden beschrieben. Die möglichen Referenzmessungen mit Hilfe eines<br />
Prüfthermoelementes und der Gasanalyse zur Korrektur dieser Fehler wurden<br />
ebenfalls vorgestellt. Darüber hinaus wurde darauf eingegangen, was bei diesen<br />
Referenzmessungen beachtet werden muss und welche Aufschlüsse diese, insbesondere<br />
die Gasanalyse mit einem Gasanalysator, über die Ofenatmosphäre<br />
geben. In Teil 2 des Artikels werden nun folgende weitere Referenzmessungen<br />
für das C-Potenzial vorgestellt: Referenzmessung mit einer zweiten O 2<br />
-Sonde<br />
oder L-Sonde, Taupunktmessung und Referenzmessung mittels Weicheisenfolie.<br />
Darüber hinaus werden auch noch die Vor- und Nachteile dieser Referenzmessungen<br />
erläutert.<br />
The most important parameters for the control of carburizing processes are the<br />
temperature and the C-potential of the atmosphere. Temperature is normally<br />
measured by means of thermocouples. For the control of C-potential the measurement<br />
of oxygen partial pressure of the furnace atmosphere by in-situ O 2<br />
-<br />
probes and Lambda probes (L-probes) became accepted. The thermocouples as<br />
well as the probes for measurement of residual oxygen gradually lose in accuracy.<br />
Therefore, reference measurements for adjustment of temperature and<br />
C-potential are essential for an exact control. In the first part of this article [1] the<br />
reasons for incorrect measurements with thermocouples and O 2<br />
-probes, respectively<br />
L-probes have been explained. The appropriate reference measurements<br />
with calibrated thermo couple and gas analysis for correction of these faults<br />
were also described. Furthermore, it was explained what has to be observed<br />
with these reference measurements and which information is given, thereby,<br />
about the furnace atmosphere, especially with the gas analysis by means of a<br />
gas analyzer. Within part 2, following now, following additional reference measurements<br />
for C-potential will be presented: reference measurement with a second<br />
O 2<br />
-probe or L-probe, dew point measurement and foil test. The advantages<br />
and disadvantages of theses reference measurements will be also discussed.<br />
Die wichtigsten Parameter für die<br />
Regelung des Aufkohlungsprozesses<br />
sind die Temperatur und<br />
das Kohlenstoffpotenzial (C-Potenzial)<br />
der Atmosphäre. Um genaue und reproduzierbare<br />
Ergebnisse zu erreichen,<br />
müssen daher diese Parameter so genau<br />
wie nur möglich gemessen werden. Aufgrund<br />
der Alterung und anderer möglicher<br />
Fehlerquellen liefern die Thermoelemente<br />
und O 2<br />
-Sonden sowie L-Sonden,<br />
die hierfür verwendet werden, im Laufe<br />
der Zeit ungenaue bzw. falsche Messwerte<br />
[1]. Daher sind Referenzmessungen<br />
unerlässlich, um die Messergebnisse<br />
entsprechend korrigieren zu können.<br />
Anderenfalls ist es nicht gesichert, dass<br />
man durch die Regelung die erwünschten<br />
Ergebnisse erzielen wird.<br />
Wie im ersten Teil des Artikels [1] beschrieben<br />
wurde, erfolgt die Referenzmessung<br />
für die Temperatur mittels eines<br />
Prüfthermoelements. Für die Ermittlung<br />
des C-Potenzials in der Aufkohlungsatmosphäre<br />
gibt es verschiedene indirekte<br />
und direkte Möglichkeiten (Bild 1). In<br />
Aufkohlungsatmosphären, in denen als<br />
Trägergas Endogas oder Stickstoff/Methanol<br />
eingesetzt wird, sind die CO- und<br />
H 2<br />
-Werte annähernd konstant. Deshalb<br />
wird in der Praxis zur Ermittlung des C-<br />
Potenzials oft nur O 2<br />
, CO 2<br />
oder der Taupunkt<br />
gemessen und die Werte für CO<br />
und H 2<br />
als konstant angenommen.<br />
Für die Regelung hat sich die Messung<br />
des Sauerstoffpartialdruckes mittels einer<br />
O 2<br />
-Sonde bzw. einer L-Sonde durchgesetzt.<br />
Die Referenzmessung mittels<br />
Gasanalyse (CO- und CO 2<br />
-Messung mit<br />
einem Gasanalysator) wurde im Teil 1<br />
des Artikels [1] beschrieben. Im Folgenden<br />
werden die indirekten Referenzmessungen<br />
für den C-Pegel mittels einer<br />
zweiten O 2<br />
-Sonde oder L-Sonde und<br />
mittels Taupunktmessung beschrieben.<br />
Es werden auch die Vor- und Nachteile<br />
einiger Messmethoden zur direkten Bestimmung<br />
des C-Pegels diskutiert.<br />
Referenzmessung des<br />
C-Potenzials mit einer zweiten<br />
O 2<br />
-Sonde oder L-Sonde<br />
Der Aufbau und die Funktionsweise der<br />
O 2<br />
-Sonden sowie der L-Sonde wurden<br />
ausführlich in [2] beschrieben. Die Referenzmessung<br />
mit diesen Sonden, genauso<br />
wie die Referenzmessung mit Hilfe<br />
der CO- und CO 2<br />
-Gasanalyse, hat den<br />
Vorteil, dass die Messung kontinuierlich<br />
durchgeführt werden kann. Mit Hilfe<br />
eines C-Potenzial-Reglers, welcher die<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
169
F a c h b e r i c h t e<br />
Möglichkeit besitzt, mit zwei Sonden zu<br />
arbeiten und diese zu vergleichen, kann<br />
man die Ausfallwahrscheinlichkeit des<br />
C-Potenzial-Regelsystems enorm verringern.<br />
Man spricht in diesem Zusammenhang<br />
auch von Redundanz. Dieser Begriff<br />
bezeichnet allgemein in der Technik<br />
das zusätzliche Vorhandensein funktional<br />
gleicher oder vergleichbarer Komponenten<br />
eines technischen Systems, wenn<br />
diese bei einem störungsfreien Betrieb<br />
im Normalfall nicht benötigt werden.<br />
Der C-Potenzial-Regler Carbomat-M besitzt<br />
die Möglichkeit, mit zwei Sonden<br />
im Vergleich zu arbeiten (Bild 2). Dabei<br />
wird über eine Sonde, welche als führende<br />
Sonde bezeichnet wird, der C-Pegel<br />
berechnet und die zweite Sonde arbeitet<br />
als Vergleichssonde. Im Fehlerfall schaltet<br />
der Carbomat-M von der führenden<br />
Sonde auf die Vergleichssonde um und<br />
rechnet mit den Werten dieser Sonde<br />
Bild 1: Bestimmung<br />
des C-Pegels in der<br />
Aufkohlungsatmosphäre<br />
Fig. 1: Determination<br />
of carbon potential<br />
in carburizing atmosphere<br />
weiter. Dadurch wird vermieden, dass<br />
die C-Potenzial-Regelung und die Datenaufzeichnung<br />
unterbrochen wird, vor<br />
allem, wenn die Sonde im laufenden Prozess<br />
ausfällt. Da nach „Murphys Gesetz“<br />
der Fehlerfall der Sonde genau dann<br />
auftritt, wenn er den meisten Schaden<br />
verursacht, kann man mit Hilfe dieses<br />
redundanten Systems den Schaden vorbeugen.<br />
An einem kleinen Rechenbeispiel wird<br />
gezeigt, wie sich die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
der C-Potenzial-Regelung reduziert,<br />
wenn ein redundantes System aus<br />
zwei parallel arbeitenden Sonden verwendet<br />
wird. Um systematische Fehler<br />
auszuschließen, ist es wichtig, Sonden<br />
unterschiedlichen Typs zu verwenden,<br />
z. B. eine O 2<br />
-Sonde und eine L-Sonde. Da<br />
die Sonden sich in der Konstruktion wesentlich<br />
unterscheiden, wirken sich auch<br />
die prozess- und anlagenbedingten Stör-<br />
Bild 2: C-Potential-Regler Carbomat-M: a) Vergleich von zwei parallel arbeitenden Sonden;<br />
b) Menü zum Einstellen der Parameter für die Sondenumschaltung<br />
Fig. 2: C-Potential controller Carbomat-M: a) Comparison of two parallel working probes;<br />
b) Setting menu for probe switching parameters<br />
einflüsse auf die Sonden unterschiedlich<br />
aus. In einem solchen Fall können die<br />
Ausfälle der Sonden als unabhängig voneinander<br />
betrachtet werden, was für die<br />
Berechnung sehr wichtig ist. Wird davon<br />
ausgegangen, dass innerhalb einer entsprechenden<br />
Zeitperiode die erste Sonde<br />
eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 30 %<br />
P(Sonde1)=0,3 und die zweite Sonde<br />
eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 20 %<br />
P(Sonde2)=0,2 hat, dann errechnet sich<br />
die Wahrscheinlichkeit dafür, dass beide<br />
Sonden gleichzeitig ausfallen, als Produkt<br />
der einzelnen Wahrscheinlichkeiten.<br />
So erhält man für den hier betrachteten<br />
Fall:<br />
(1)<br />
Die Ausfallwahrscheinlichkeit für das<br />
System aus beiden Sonden reduziert sich<br />
für die entsprechende Zeitperiode auf<br />
6%. Dies bedeutet eine enorme Reduzierung<br />
der Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
des Systems.<br />
Referenzmessung des<br />
C-Potenzials mit Hilfe der<br />
Taupunktmessung<br />
Für die Berechnung des C-Potenzials<br />
aus dem H 2<br />
O-Gehalt der Ofenatmosphäre<br />
wird der Taupunkt gemessen.<br />
Als Taupunkt oder Taupunkttemperatur<br />
bezeichnet man die Temperatur, bei<br />
der die Kondensatbildung des Wassers<br />
gerade einsetzt. Im Bild 3 ist die Sättigungsdampfdrucklinie<br />
aus dem Phasendiagramm<br />
für Wasser für den Temperaturbereich<br />
von -30 °C bis +20 °C<br />
dargestellt. Diese Linie, welche experimentell<br />
ermittelt wurde, stellt den Zusammenhang<br />
zwischen Taupunkt und<br />
dem Partialdruck bzw. dem Anteil von<br />
Wasser in einer Atmosphäre dar. Kennt<br />
man die Taupunkttemperatur einer<br />
Ofenatmosphäre, dann kann man aus<br />
dem Diagramm den Partialdruck ablesen<br />
und damit den C-Pegel bestimmen. In einer<br />
Atmosphäre mit einem Taupunkt von<br />
z. B. +10 °C beträgt der Partialdruck des<br />
Wassers 12,27 mbar. Mit Hilfe der Magnus-Formel<br />
[3], welche erstmals 1844<br />
von Heinrich Gustav Magnus empirisch<br />
aufgestellt und seitdem lediglich durch<br />
genauere Werte ergänzt wurde, kann<br />
man den Partialdruck von Wasser in einer<br />
Ofenatmosphäre aus dem Taupunkt<br />
berechnen. Für Taupunkttemperaturen ≥<br />
0 °C lautet die Formel<br />
170<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
⎛ 17,62⋅ T ⎞<br />
pH ( 2<br />
O)= 6,112mbar ⋅ exp⎜<br />
⎟ , (2)<br />
⎝243,12°C+ T ⎠<br />
und für Taupunkttemperaturen < 0 °C<br />
und > -65 °C<br />
⎛ 22,46 ⋅ T ⎞<br />
pH ( 2<br />
O)= 6,112mbar ⋅ exp⎜<br />
⎟ . (3)<br />
⎝272,62°C+ T ⎠<br />
T ist die Taupunktemperatur in °C.<br />
Die auf dem Markt erhältlichen Taupunktsensoren,<br />
mit welchen man den<br />
Partialdruck H 2<br />
O kontinuierlich ermitteln<br />
kann, sind für die Aufkohlungsatmosphäre<br />
nicht robust genug und haben<br />
sich nicht durchgesetzt. Man verwendet<br />
zur Taupunktmessung sogenannte Spiegeltaupunktmessgeräte.<br />
Der schematische<br />
Aufbau dieser Geräte ist im Bild 4<br />
gezeigt. Das Ofengas wird durch eine<br />
Messkammer über die Oberfläche eines<br />
Spiegels geleitet. Der Spiegel wird mit<br />
Hilfe eines thermoelektrischen Peltier-<br />
Elements so lange gekühlt, bis sich auf<br />
der Spiegeloberfläche ein Taubeschlag<br />
bildet. Mit Hilfe eines Temperaturmessfühlers<br />
erfasst man die Temperatur der<br />
Spiegeloberfläche. Zum Zeitpunkt des<br />
Beginns der Kondensatbildung wird die<br />
Temperatur des Spiegels direkt abgelesen.<br />
Das ist die Taupunkttemperatur.<br />
Das Spiegeltaupunktmessgerät Dewchecker<br />
1.1 (Bild 5) zeichnet sich vor allem<br />
dadurch aus, dass man die Temperatur<br />
des Spiegels auf einen konstanten Wert<br />
dauerhaft regeln kann. Zu diesem Zweck<br />
wird die gewünschte Spiegeltemperatur<br />
als fester Sollwert vorgegeben. Die Elektronik<br />
steuert dann das Peltier-Element<br />
derart, dass die vorgegebene Sollwerttemperatur<br />
des Spiegels gehalten wird.<br />
Dies ermöglicht eine präzise Näherung<br />
an den Taupunkt und dadurch auch eine<br />
sehr genaue Messung des Taupunkts unabhängig<br />
vom Gerätebediener.<br />
Für eine genaue Taupunktmessung mit<br />
Spiegeltaupunktmessgeräten sind unter<br />
anderen folgende Punkte zu beachten:<br />
– Die Gasentnahmearmatur spielt dabei<br />
eine ebenso wichtige Rolle wie bei der<br />
Gasanalyse mit einem Gasanalysator<br />
und muss deshalb so aufgebaut sein,<br />
wie im ersten Teil des Artikels [1] bereits<br />
beschrieben wurde.<br />
Bild 3: Sättigungsdampfdrucklinie für H 2<br />
O<br />
Fig. 3: Saturated vapor pressure curve for H 2<br />
O<br />
– Ist der Taupunkt des zu messenden Gases<br />
höher als die Umgebungstemperatur,<br />
oder höher als irgendein Teil des<br />
Messgasentnahmesystems, so führt<br />
dies zu vorzeitiger Kondensatbildung.<br />
Dies ist besonders dann der Fall, wenn<br />
die Messgaszuleitungen mit kalten Teilen<br />
(z. B. Wasserleitungen) in Berührung<br />
kommen, an offenen Fenstern<br />
vorbeiführen, oder an kalten Wänden<br />
verlegt sind. Zur vorzeitigen Kondensatbildung<br />
im Messkammersystem des<br />
Taupunktmessgerätes kann es auch<br />
kommen, wenn das Gerät aus einem<br />
kalten Raum in einen wärmeren gebracht<br />
wird und der Taupunkt des zu<br />
messenden Gases oberhalb der Temperatur<br />
dieser gasberührten Teile liegt.<br />
Abhilfe:<br />
Wenn sich Kondensat im Messgasentnahmesystem<br />
gebildet hat, sollte der<br />
Entnahmeschlauch an der Gasentnahmestelle<br />
gelöst werden. Es ist dann<br />
Bild 4: Schematischer Aufbau eines Spiegeltaupunktmessgerätes<br />
Fig. 4: Schematic construction of a mirror dew point measuring system<br />
solange mit der im Gerät eingebauten<br />
Pumpe Raumluft durch das Gerät zu<br />
saugen, bis Leitungen, Filter und Messkammer<br />
wieder trocken sind. Die Kontrolle,<br />
ob das System trocken ist, wird<br />
erleichtert, wenn man den Taupunkt<br />
der Raumluft vor Beginn der Messungen<br />
mit dem Gerät bestimmt. Durch<br />
gelegentliche Messungen lässt sich<br />
kontrollieren, ob dieser Raumlufttaupunkt<br />
nach der Messung noch etwa<br />
konstant und das Messsystem trocken<br />
geblieben ist.<br />
– Die Geräte sollten regelmäßig gewartet<br />
und kalibriert werden. Zur Kalibrierung<br />
des gesamten Messsystems werden mit<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
171
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 5: Dewchecker 1.1 (Prototyp)<br />
Fig. 5: Dewchecker 1.1 (Prototype)<br />
Hilfe eines geregelten Klimaschrankes<br />
unterschiedliche Taupunkte erzeugt.<br />
Die Messung erfolgt dann mit dem zu<br />
kalibrierenden Gerät und mit einem<br />
Präzisions-Tauspiegelhygrometer. Aus<br />
dem Vergleich der Messwerte wird<br />
dann eine entsprechende Korrektur<br />
vorgenommen, sodass die Messwerte<br />
innerhalb der Toleranz liegen.<br />
Direkte Bestimmung des<br />
C-Potenzials<br />
Zu den direkten Messmethoden der C-<br />
Potenzial-Bestimmung gehören Messungen<br />
mittels Reineisendraht und<br />
Reineisenfolie. Bei der Messung mit<br />
Reineisendraht wird dieser der zu bestimmenden<br />
Aufkohlungsatmosphäre<br />
Bild 6: Folienprüfgerät FPG 1.0 mit Terminals T200 und T300<br />
Fig. 6: Foiltester FPG 1.0 with terminals T200 and T300<br />
ausgesetzt. Anschließend werden mit<br />
einem Widerstandsmessgerät der Widerstand<br />
und dadurch die Widerstandsdifferenz<br />
gemessen. Aus der Änderung<br />
des elektrischen Widerstands wird das<br />
C-Potenzial der Atmosphäre bestimmt.<br />
Bei der Messung mit einer ca. 0,05 mm<br />
dicken Reineisenfolie wird diese für<br />
10-15 Minuten der zu bestimmenden<br />
Ofenatmosphäre ausgesetzt. Die Dauer<br />
ist aufgrund des notwendigen Gleichgewichts<br />
von der Temperatur und dem C-<br />
Potenzial der Ofenatmospäre abhängig.<br />
Anschließend wird der Kohlenstoffgehalt<br />
der Folie ermittelt. Hierzu gibt es verschiedene<br />
Methoden [4-6]:<br />
Glimmentladungsspektroskopie<br />
(GDOS): Das ist das genaueste Verfahren.<br />
Mit der GDOS ist man in der Lage,<br />
den Tiefenverlauf des Kohlenstoffs in der<br />
Folie zu messen. Bei dieser Messmethode<br />
wird sozusagen der Kohlenstoffgehalt im<br />
Kern der Folie als Maß für das C-Potenzial<br />
verwendet. Alle Fehlereinflüsse, wie<br />
z. B. Verschmutzung oder Randoxidation<br />
der Folie, welche bei anderen Messmethoden<br />
zu Fehlern führen würden,<br />
spielen bei GDOS keine Rolle. Trotz der<br />
hohen Genauigkeit ist diese Methode jedoch<br />
viel zu aufwendig und viel zu teuer,<br />
um damit lediglich den Kohlenstoffgehalt<br />
in Folien zu bestimmen.<br />
Verbrennungsverfahren: Das Verbrennungsverfahren<br />
zur Ermittlung des Kohlenstoffgehaltes<br />
in Folien ist heute weit<br />
verbreitet. Die Folie wird in einem klei-<br />
nen Tiegel zusammen mit ca. 1 g Wolframgranulat<br />
erhitzt. In einem Hochfrequenzofen<br />
verbrennt das Material unter<br />
reinem Sauerstoff. Durch geeignete Filter<br />
werden alle Oxide mit Ausnahme von<br />
Kohlendioxid herausgefiltert. Anschließend<br />
wird der CO 2<br />
-Gehalt mit einem<br />
IR-Absorptionsmessgerät gemessen. Der<br />
dabei ermittelte CO 2<br />
-Gehalt ist ein Maß<br />
für den Kohlenstoffgehalt der Folie bzw.<br />
für das C-Potenzial der Ofenatmosphäre.<br />
Im Vergleich zu Wirbelstrommessung<br />
und Gewichtsmessung der Folie ist dieses<br />
Verfahren sehr teuer und zeitaufwendig.<br />
Zudem ist der Kalibrieraufwand bei diesem<br />
Verfahren erheblich und erfordert<br />
eine hohe Qualifikation des Betreibers.<br />
Wirbelstromverfahren: Bei dieser Methode<br />
werden die Unterschiede in den<br />
elektromagnetischen Eigenschaften der<br />
Folie, welche durch den unterschiedlichen<br />
Kohlenstoffgehalt verursacht werden,<br />
mit Hilfe einer Wirbelstrommessung<br />
analysiert. Der Vorteil gegenüber der<br />
Gewichtsmessung der Folie ist, dass man<br />
mit der Folie nicht sorgfältig umgehen<br />
muss, weil sich Schmutz und Verunreinigungen<br />
auf das Messergebnis nicht<br />
auswirken.<br />
Die Wirbelstrommessung hat aber auch<br />
erhebliche Nachteile im Vergleich zur<br />
Gewichtsmessung. Die elektromagnetischen<br />
Eigenschaften, welche hier untersucht<br />
werden, hängen nicht nur vom<br />
Kohlenstoffgehalt der Folie ab, sondern<br />
auch von weiteren Parametern, wie z. B.<br />
der Gitterstruktur und Korngröße. Diese<br />
Parameter hängen wiederum davon ab,<br />
wie schnell und wie stark die Folie abkühlt.<br />
Diese Fehlereinflüsse lassen sich in<br />
der Praxis kaum eliminieren. Ein weiterer<br />
erheblicher Nachteil ist, dass zur Kalibrierung<br />
des Messgerätes ein zweites Messverfahren,<br />
meistens Folienverbrennung<br />
oder Gewichtsmessung, vorhanden sein<br />
muss. Besitzt man jedoch bereits eines<br />
dieser Verfahren, dann ist es unwirtschaftlich,<br />
ein weiteres Gerät anzuschaffen,<br />
das keine nennenswerten Vorteile,<br />
wie z. B. eine genauere Messung, mit<br />
sich bringen würde.<br />
Gravimetrisches Verfahren: Das Wiegen<br />
mit einer Präzisionswaage ist sicherlich<br />
die einfachste und preiswerteste<br />
Methode zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes<br />
in Reineisenfolien. Das Gewicht<br />
der Folie wird bevor und nachdem<br />
sie der Ofenatmosphäre ausgesetzt wird<br />
gemessen. Aus diesen zwei Gewichtsmessungen<br />
und dem Kohlenstoffgehalt<br />
der Folie, bevor sie der Ofenatmosphäre<br />
172<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
ausgesetzt wurde, wird der prozentuale<br />
Gewichtsanteil des Kohlenstoffs wie<br />
folgt berechnet:<br />
%C =100 − m 0<br />
m ⋅ ( 100 +%C 0 ). (4)<br />
Wobei m 0<br />
das Gewicht der Folie ist, bevor<br />
sie der Ofenatmosphäre ausgesetzt<br />
wird, m das Gewicht der Folie, nachdem<br />
sie der Ofenatmosphäre ausgesetzt wird<br />
und %C 0<br />
der Grundkohlenstoffgehalt,<br />
bevor die Folie der Ofenatmosphäre<br />
ausgesetzt wird. Der nach der Formel<br />
(4) errechnete Gewichtsanteil des Kohlenstoffes<br />
entspricht nach DIN 17014<br />
dem C-Potenzial der Ofenatmosphäre.<br />
Bei der Verwendung der gravimetrischen<br />
Methode ist sorgfältig darauf zu achten,<br />
dass Fehler durch Verunreinigungen in<br />
der Form von Ruß, Fett oder Fingerabdrücken<br />
vermieden werden. Es muss zudem<br />
jegliche Form von Oxidation beim<br />
Entnehmen der Folie vermieden werden,<br />
da Oxidschichten zu einer Verfälschung<br />
des Ergebnisses führen.<br />
Direkte Messung des C-Potenzials<br />
mit dem Folienprüfgerät<br />
FPG 1.0<br />
Das Folienprüfgerät FPG 1.0 (Bild 6)<br />
ist eine Präzisionswaage zur gravimetrischen<br />
Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes<br />
in dünnen Eisenfolien. Die<br />
Gewichtsmessung erfolgt mit einem<br />
spannbandgelagerten Drehspulmesswerk.<br />
Das C-Potenzial kann mit einer<br />
Genauigkeit von ±0,01 %C gemessen<br />
werden. Um eine hohe Messgenauigkeit<br />
über einen längeren Zeitraum zu gewähren,<br />
muss das Folienprüfgerät jedes Mal,<br />
wenn es eingeschaltet wird, mit einem<br />
95 mg schweren Prüfgewicht kalibriert<br />
werden. Die für die Messung verwendeten<br />
Folien haben ein Gewicht von etwa<br />
97 mg. Damit wird immer um den Kalibrierpunkt<br />
gemessen, was zu einer hohen<br />
Messgenauigkeit führt. Darüber hinaus<br />
werden bei jedem Messzyklus sieben<br />
Messungen gemacht. Die größte und die<br />
kleinste Messung werden ignoriert und<br />
aus den restlichen fünf Messungen wird<br />
der Mittelwert gebildet.<br />
Wie bereits erwähnt, ist für eine genaue<br />
Gewichtsmessung wichtig, dass die Folie<br />
frei von Verunreinigungen wie Fett oder<br />
Fingerabdrücken ist. Aus diesem Grund<br />
enthält jedes Folienprüfgerät diverses Zubehör<br />
(Bild 7), das zur Vorbereitung der<br />
Folien benötigt wird. Die Folien werden<br />
zunächst um den beiliegenden Holzstab<br />
Bild 7: Zubehör für Folienprüfgerät FPG 1.0<br />
Fig. 7: Accessories for foiltester FPG 1.0<br />
gewickelt und danach zur Reinigung in<br />
die mit Aceton gefüllte Plastikflasche<br />
eingelegt. Für die Messung werden sie<br />
mit der antimagnetischen Pinzette aus<br />
der Plastikflasche entnommen und mit<br />
einem Heißluftföhn getrocknet. Die Folie<br />
darf danach nicht mehr mit den Händen<br />
angefasst werden.<br />
Eine Besonderheit des Gerätes ist die<br />
einfache Bedienung mit Hilfe der Bedienterminals<br />
T200 oder T300. Im Display<br />
der Bedienterminals wird jeder Arbeitsschritt<br />
im Klartext angezeigt und damit<br />
eine fehlerfreie Bedienung des Gerätes<br />
sichergestellt. Mit dem Bedienterminal<br />
T300 und der dazugehörigen PC Soft-<br />
Bild 8: Software „T300 View”<br />
Fig. 8: Software “T300 View”<br />
ware „T300 View“ (Bild 8) können zudem<br />
Benutzernamen und Namen für die<br />
Folienproben angelegt und verwaltet<br />
werden. Mit einem USB-Stick können<br />
alle Messdaten auf den PC übertragen<br />
und mit Hilfe der Software analysiert und<br />
archiviert werden.<br />
Folienprobe und<br />
Zweipunktkorrektur<br />
Die direkte Bestimmung des C-Potenzials<br />
mit einem Folienprüfgerät wird häufig<br />
zur Korrektur des C-Potenzials, welches<br />
mit einer O 2<br />
-Sonde oder L-Sonde berechnet<br />
wird, verwendet. Die meisten<br />
C-Potenzial-Regler erlauben einen Offset<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
173
F a c h b e r i c h t e<br />
Referenzmessung für die Taupunktregelung<br />
eines Generators verwenden.<br />
Von den Methoden zur direkten Bestimmung<br />
des C-Potenzials ist vor allem das<br />
gravimetrische Verfahren hervorzuheben.<br />
Die Gewichtsmessung mit eine Folienwaage<br />
ist einfach durchzuführen und<br />
sehr wirtschaftlich. Aus diesen Gründen<br />
wird sie in der Praxis den anderen direkten<br />
Verfahren vorgezogen.<br />
Literatur<br />
Bild 9: C-Potential-Regler Carbomat-M: a) Menü für C-Potential-Korrektur mit Folienprobe;<br />
b) Menü mit Werten der Zweipunktkorrektur<br />
Fig. 9: C-Potential controller Carbomat-M: a) Menu for C-potential correction with foil test;<br />
b) Menu with values for two point correction<br />
oder mit anderem, Worten eine Korrektur<br />
des C-Pegels in einem Arbeitspunkt.<br />
Diese Korrektur ist ausreichend für Prozesse<br />
mit einem konstanten C-Potenzial<br />
und einer konstanten Temperatur. Für<br />
Aufkohlungsprozesse, in welchen die<br />
Temperatur und das C-Potenzial geändert<br />
werden, ist eine solche Korrektur<br />
nicht ausreichend.<br />
Die Ungenauigkeit bei der Messung mit<br />
O 2<br />
-Sonden wird meistens durch feine<br />
Haarrisse in der Keramik der Sonde verursacht.<br />
Die Ausdehnung der Haarrisse<br />
hängt von der Temperatur ab. Dadurch<br />
sind die Messfehler mit der Sonde bei<br />
verschiedenen Temperaturen unterschiedlich.<br />
Korrigiert man das C-Potenzial<br />
bei einer hohen Temperatur, z. B.<br />
bei 920 °C und einem C-Potenzial von<br />
1,2 %C, dann sind die Messergebnisse<br />
mit der Sonde und damit auch die Regelung<br />
in der Nähe dieser Werte sehr genau.<br />
Senkt man jedoch die Temperatur<br />
und das C-Potenzial, wird die Regelung<br />
aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens<br />
der Sonde und aufgrund der vorgenommenen<br />
Korrektur ungenau.<br />
Mit den C-Potenzial-Reglern Carbomat-<br />
M (Bild 9) und Carbo-M können mit der<br />
Folienprobe Korrekturen in zwei Punkten<br />
vorgenommen werden. Wenn die<br />
Temperaturen, bei denen die Korrekturen<br />
mit der Folienproben vorgenommen<br />
werden, sich um mehr als 30 °C unterscheiden,<br />
so werten die Regler dies als<br />
Korrekturen in zwei unterschiedlichen<br />
Punkten. Andernfalls werden die Werte<br />
der ersten Korrektur mit den Werten<br />
der zweiten Korrektur überschrieben. Es<br />
wird empfohlen, die Folien bei einer Aufkohlungstemperatur<br />
von ca. 920 °C und<br />
1,2 %C sowie bei einer Härtetemperatur<br />
von ca. 880 °C 0,80 %C durchzuführen.<br />
Die Zwischenwerte werden dann automatisch<br />
interpoliert. Dadurch hat man im<br />
ganzen Arbeitsbereich eine sehr genaue<br />
C-Potenzial-Messung und -Regelung.<br />
Fazit<br />
Aus Gründen der Qualitätssicherung sind<br />
Referenzmessungen unverzichtbar. Im<br />
Prozess der Gasaufkohlung sind Temperatur<br />
und C-Potenzial die wichtigsten Parameter,<br />
welche regelmäßig überwacht<br />
bzw. überprüft werden müssen. Die<br />
Referenzmessung der Temperatur wird<br />
in der Praxis durch eine In-Situ-Überprüfung<br />
der Thermoelemente, also in der<br />
Anlage vor Ort, durchgeführt. Für das C-<br />
Potenzial gibt es mehrere Methoden, die<br />
sich als Referenzmessung eignen.<br />
Die im ersten Teil des Artikels vorgestellte<br />
Methode, die Gasanalyse mit NDIR-Sensoren,<br />
ist zudem ein zusätzliches Hilfsmittel<br />
für die Lösung der unterschiedlichsten<br />
Probleme. Die Referenzmessung mit<br />
einer zweiten O 2<br />
-Sonde bzw. L-Sonde<br />
hat vor allem den Vorteil, dass mit entsprechenden<br />
Reglern der Prozess auch<br />
beim Ausfall einer Sonde mit der zweiten<br />
Sonde automatisch und ohne Unterbrechung<br />
weiter geregelt werden kann.<br />
Die Spiegeltaupunktmessgeräte eignen<br />
sich nicht nur zur Referenzmessung für<br />
das C-Potenzial. Man kann mit diesen<br />
Geräten auch den Taupunkt von Endogasgeneratoren<br />
bestimmen und dies als<br />
[1] Mikulović, D., Živanović, D., Ehmeier, F.: C-Pegelregelung<br />
mit der O 2<br />
-Sonde und der L-Sonde.<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (58) Nr. 4/2009,<br />
S. 241-246<br />
[2] Mikulović, D., Živanović, D., Ehmeier, F.: Referenzmessungen<br />
in der Aufkohlungsatmosphäre<br />
– Teil 1. <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong><br />
(59) Nr. 4/2010, S. 237-244<br />
[3] Sonntag, D.: Important new Values of the<br />
Physical Constants of 1986, Vapour Pressure<br />
Formulations based on ITS-90, and Psychrometer<br />
Formulae. Z. Meteorol. 40 (1990), 5,<br />
S. 340-344<br />
[4] Klümper-Westkamp, H., Mayr, P., Reimche,<br />
W., Feiste, K. L., Bernhard, M. und Bach,<br />
F.-W.: Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes<br />
in Aufkohlungsfolien. HTM 57 (2002) 5,<br />
S. 364-372<br />
[5] Feiste, K.L., Winter, K.-M.: C-Detect – Ein<br />
alternatives Verfahren zur Kohlenstoffbestimmung<br />
in Reineisenfolien zum Abgleich von<br />
Aufkohlungsatmosphären. <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong><br />
(56) Nr. 5/2007, S. 359-362<br />
[6] Roggatz, M., Engler, N.: Praxisnahe C-Pegelüberprüfung<br />
der Ofenatmosphäre mittels<br />
Eisenfolien. <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (56)<br />
Nr. 5/2007, S. 366-369<br />
y<br />
Dr. Džo Mikulović<br />
MESA Electronic GmbH,<br />
Geretsried<br />
Tel.: 08171 / 76930<br />
dmikulovic@<br />
mesa-international.de<br />
Dr. Dragan Živanović<br />
Fakultät für Elektrotechnik,<br />
Universität Niš, Serbien<br />
MESA Electronic GmbH, Niš,<br />
Serbien<br />
Tel.: 08031 / 900576760<br />
dzivanovic@<br />
mesa-international.com<br />
Dipl.-Ing (FH)<br />
Florian Ehmeier<br />
MESA Electronic GmbH,<br />
Geretsried<br />
Tel.: 08171 / 76930<br />
fehmeier@<br />
mesa-international.de<br />
174<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
Dreistufiges Ofenführungssystem mit<br />
Optimierung der Sollwertbestimmung<br />
durch Betrachtung des Wärmeguts<br />
F a c h b e r i c h t e<br />
Three-level furnace control system including optimization of setpoint via holistic<br />
charge analysis<br />
Von Lorenzo Croce, Uta Leifgen<br />
Ofenführungsmodelle unterstützen seit den 1970 er-Jahren den Betrieb von<br />
Erwärmungs anlagen. Aufgrund der damals zur Verfügung stehenden geringen<br />
Rechner- und Speicher kapazitäten war eine Vielzahl von Vereinfachungen sowohl<br />
im Algorithmus als auch in der Modellierung erforderlich. Diese waren für<br />
die zu dieser Zeit vorliegenden Produktionsfahrweisen und geringeren Anforderungen<br />
an die Energie effizienz und Produktqualität ausreichend. Ofenbetreiber<br />
stehen heute vor dem Problem, ein größeres Materialspektrum mit immer<br />
höher werdenden Qualitätsanforderungen (engere Toleranzen) bei kleineren<br />
Losgrößen erwärmen zu müssen. Die strengeren Umweltauflagen und gestiegenen<br />
Energiekosten verschärfen das Problem zusätzlich, sodass die bisherigen<br />
Konzepte an ihre Grenzen stoßen. Im folgenden Beitrag wird ein neues dreistufiges<br />
Verfahren beschrieben, das den gesamten Ofeninhalt betrachtet, die Fahrweise<br />
optimiert und somit auf die bisher üblichen Vereinfachungen verzichtet.<br />
Since the 1970 s furnace control systems are supporting the operation of heattreatment<br />
plants. Low memory and calculation capacity of older PCs leaded to<br />
a lot of simplifications concerning the algorithm as well as the modelling. Until<br />
now requirements for energy efficiency and product quality have been growing<br />
more and more. At the same time the material spectrum became more diversified<br />
with smaler lot sizes and higher quality standards (tighter tolerances). Higher<br />
environment specification and higher energy costs intensify the problem even<br />
more, thus pushing old concepts at their limits. In this article a new three step<br />
procedure is described, which looks at the whole furnace content, optimizes the<br />
operating and ignores the common simplifications.<br />
1. Bestimmung der Materialtemperatur<br />
Ausgehend von einer Position des zu erwärmenden<br />
Wärmguts im Ofen werden<br />
an der Nutzgutoberfläche Wärmeströme<br />
zu- bzw. abgeführt. Bilanziert man diese<br />
Wärmeströme für den Ofentyp in einem<br />
vorgegebenen Bilanzraum, können die<br />
Oberflächentemperaturen des Nutzguts<br />
in einem ersten Schritt ermittelt werden.<br />
Unter Vorgabe dieser Oberflächentemperaturen<br />
ergeben sich dann die<br />
Temperaturverteilungen im Nutzgut aus<br />
der Lösung der Fourier‘schen Wärmeleitungs<br />
gleichung.<br />
2. Sollwertgenerator<br />
Mit Kenntnis des aktuellen Erwärmungszustandes<br />
des Materials können in einem<br />
2. Schritt die benötigten Sollwerte<br />
für die Ofenraumtemperatur bestimmt<br />
werden. Hierbei sind maximal zulässige<br />
Oberflächen- und Kantentemperaturen<br />
sowie bestehende Ofenrestriktionen (wie<br />
z. B. maximale Aufheizgradienten, Maximal-<br />
und Minimaltemperaturen je Zone,<br />
maximale Gasmenge je Zone) zu berücksichtigen.<br />
Die Temperaturführung bei Wiedererwärmungsöfen<br />
ist im Allgemeinen<br />
sehr komplex: Das zu<br />
erwärmende Material mit unterschiedlichen<br />
Starttemperaturen, Geometrien<br />
und Legierungsanteilen soll zum Ziehzeitpunkt<br />
definierte Materialtemperaturen<br />
an verschiedenen Stellen des<br />
Wärmguts erreicht haben. Um die unterschiedlichen<br />
Qualitätsanforderungen zu<br />
erfüllen, ist eine geeignete, gleichmäßige<br />
Erwärmung des Wärmguts notwendig.<br />
Je nach Anforderung sind vorgegebene<br />
unterschiedliche Temperaturgradienten,<br />
max. Kantentemperaturen, Aufheiz-,<br />
Halte- und Abkühltemperaturen zu berücksichtigen.<br />
Die Erwärmung des Materials<br />
wird dabei ferner von Stillständen<br />
(geplante/ungeplante) in den nachfolgenden<br />
Aggregaten beeinflusst.<br />
Da die Wärmguttemperatur während<br />
des Prozesses nicht mit vertretbarem<br />
Aufwand gemessen werden kann, werden<br />
seit den 70 er-Jahren des letzten<br />
Jahrhunderts mathematische Modelle<br />
zur Ofenführung eingesetzt.<br />
Die Aufgaben eines Ofenführungsmodells<br />
lassen sich durch folgende Teilaufgaben<br />
beschreiben:<br />
3. Regelung<br />
Die vom Modell ermittelten Sollwerte<br />
werden einer Ofensteuerung übergeben,<br />
die diese über eine integrierte oder<br />
unterlagerte Regelung unter Berücksichtigung<br />
der jeweiligen Ofenträgheit einstellt.<br />
Ofenführungsmodelle mit<br />
vereinfachten Ansätzen<br />
Da die exakte Berechnung des Erwärmungsvorgangs<br />
einen sehr hohen Rechenaufwand<br />
erfordert und daher zeitaufwendig<br />
und komplex ist, wurden<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
175
F a c h b e r i c h t e<br />
hoch ist. Jede Applikation wird praktisch<br />
zum Unikat. Einfache Anpassungen am<br />
Ofen, dem Wärmgut oder an den Optimierungskritierien<br />
bewirken in der Regel<br />
eine aufwendige und immer wieder notwendige<br />
Nachkalibrierung und Korrektur<br />
des Modells.<br />
Bild 1: Prinzip von celFcsRht<br />
Fig. 1: The celFcsRht principle<br />
bisher in der praktischen Umsetzung für<br />
onlinegeführte Ofenführungs systeme<br />
vereinfachende Ansätze verwendet [1, 2,<br />
3]. Übliche Vereinfachungen sind:<br />
– keine dreidimensionale Lösung der<br />
Wärmeleitungsgleichung (nur einoder<br />
zwei-dimensionale Betrachtung)<br />
– ungenaue schematisierende Modellierung<br />
des Prozesses und des Wärmeguts<br />
– Klassifizierung der Qualitäten in Gruppen<br />
(gleiche Behandlung unterschiedlicher<br />
Werkstoffe)<br />
– Hinterlegung von vorab berechneten,<br />
festen Sollwertkurven<br />
– Bestimmung der Sollwerte nach Auswahl<br />
eines einzelnen „kritischen“ Materials<br />
in der Ofenzone für ausschließlich<br />
dieses Material<br />
Jede Vereinfachung führt zu ungenaueren<br />
Ergebnissen und damit zu einer<br />
Konterkarierung der gewünschten Verbesserungen.<br />
Besonders bei komplexen<br />
Fahrweisen mit wechselnden Wärmguteigenschaften<br />
(Qualitäten oder Abmessungen)<br />
oder bei Stillstandsphasen ergibt<br />
sich dadurch eine Verschlechterung<br />
der Ausbringqualität und der Energieeffizienz<br />
der Öfen.<br />
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen,<br />
dass eine schlechtere Abbildung der Physik<br />
im Modell einen höheren Aufwand<br />
zur Bestimmung der dann notwendigen<br />
empirischen und anlagenbezogenen<br />
Korrekturfaktoren nach sich zieht. Dies<br />
bedeutet, dass auch bei gleichen Ofentypen<br />
mit ähnlichem Wärmgut die spezifischen<br />
Anpassungen am Modell und<br />
damit der Anpassungsaufwand während<br />
der Inbetriebnahme für jede Anlage sehr<br />
Dreistufiges Ofenführungsmodell<br />
Für das neue Ofenführungsmodell<br />
celFcsRht (celano Furnace control system<br />
Reheating) stellen sowohl die exakte<br />
Bestimmung der lokalen Temperaturverteilung<br />
im Material als auch die<br />
flexible und situationsangepasste Sollwertbestimmung<br />
die größte technische<br />
Anforderung dar. Ein Modell, das diese<br />
Anforderungen erfüllt, bietet das größte<br />
Verbesserungspotenzial hinsichtlich<br />
der heute benötigten größeren Materialspektren<br />
mit immer höher werdenden<br />
Qualitätsbedingungen bei kleineren Losgrößen.<br />
Diese Anforderungen werden<br />
durch die strengeren Umweltauflagen<br />
und gestiegenen Energiekosten noch<br />
weiter erhöht.<br />
Bereits 2007 [4] stellte die celano GmbH<br />
auf der 2. Steelsim Konferenz in Graz im<br />
Rahmen einer Studie ein Konzept vor,<br />
das mit Hilfe eines dreistufigen Verfahrens<br />
(Bild 1) und der Betrachtung des<br />
gesamten Ofeninhalts die hohen Anforderungen<br />
zu erfüllen versprach. Für<br />
die dort analysierte Produktionssequenz<br />
wurde eine Energieeinsparung von 6 %<br />
erreicht.<br />
1. Stufe – Beobachter<br />
Die aktuelle Materialtemperatur wird<br />
ermittelt (Energiebilanzen im Ofenraum,<br />
dreidimensionale Wärmeleitungsgleichung<br />
im Material). Dabei werden<br />
sowohl der Wärmeübergang durch<br />
Konvektion und Strahlung als auch die<br />
Wärmeleitung und die zugeführte Energie<br />
durch Verbrennung berücksichtigt.<br />
Die sehr geringe Abweichung von 0,7 %<br />
zwischen gemessener und berechneter<br />
Kerntemperatur einer Bramme bei<br />
Ofenaustritt bzw. 0,8 % bei der Materialtemperatur<br />
(50 mm Tiefe) unterstreicht<br />
die hohe Genauigkeit der Berechnung<br />
(Bild 2 und 3).<br />
2. Stufe – Prognose<br />
Die erwartet zukünftig lokale Temperaturverteilung<br />
aller im Ofen vorhandenen<br />
Materialien wird mit Hilfe der Prognose<br />
berechnet. Hierzu ruft die Prognose<br />
den Beobachter mehrfach auf, um<br />
die zukünftigen Materialbewegungen<br />
176<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 2: Vergleich zwischen gemessener und berechneter Kerntemperatur<br />
Fig. 2: Comparative assessment of measured and calculated center temperature<br />
Bild 3: Vergleich zwischen gemessener und berechneter Materialtemperatur<br />
(50 mm Tiefe)<br />
Fig. 3: Comparative assessment of measured and calculated material<br />
temperature (depth 50 mm)<br />
und die geplanten Veränderungen der<br />
Ofenraumtemperatur zu simulieren. Als<br />
Ergebnis liefert die Prognose den erwarteten<br />
zeitlichen Verlauf der lokalen<br />
Temperaturverteilung in jeder einzelnen<br />
Bramme.<br />
3. Stufe – Optimierung<br />
Die Sollwertbestimmung erfolgt durch<br />
die Optimierung mit Hilfe eines evolutionären<br />
Algorithmus [5, 6]. Ausgehend<br />
von der aktuellen Situation werden veränderte<br />
Sollwerte (sogenannte Szenarien)<br />
vorgegeben. Die aus jedem Szenario<br />
resultierenden zeitlichen Verläufe der<br />
Materialtemperatur (Ergebnis der Prognose)<br />
werden mit Hilfe der sogenannten<br />
Fitnessfunktion bewertet. Durch Anwendung<br />
der Mechanismen Selektion,<br />
Vererbung und Mutation erzeugt der<br />
evolutionäre Algorithmus unter Berücksichtigung<br />
der Fitnesswerte neue Szenarien,<br />
die wiederum von der Prognose<br />
simuliert werden. Ziel der Optimierung<br />
ist die Ermittlung des Szenarios mit dem<br />
höchsten Fitnesswert. Ein großer Vorteil<br />
liegt in der flexiblen Struktur der Fitnessfunktion,<br />
die leicht auf kundenspezifische<br />
Schwerpunkte angepasst werden<br />
kann. Die einzelnen (sich möglicherweise<br />
wider sprech en den) Ziele können darüber<br />
hinaus auch gewichtet werden.<br />
Die Umsetzung erfolgte im Rahmen des<br />
Forschungsprojekts EP090653 des Zentralen<br />
Innovationsprogramms Mittelstand<br />
(„Gefördert vom Bundesministerium für<br />
Wirtschaft und Technologie aufgrund eines<br />
Beschlusses des Deutschen Bundestages“).<br />
Parallelisierung mit 32 Prozessoren<br />
und OpenMP<br />
Die Programmierung dieses dreistufigen<br />
Verfahrens lässt sich in puncto<br />
Speicherbedarf und Rechenleistung mit<br />
NP-äquivalenten Problemstellungen der<br />
Informatik vergleichen und zählt zu den<br />
komplexesten Optimierungsproblemen.<br />
Um sicherzustellen, dass celFcsRht für<br />
die Onlineführung betrieben werden<br />
kann, war eine vollständige Umstellung<br />
von sequentieller Programmführung auf<br />
parallele Algorithmen notwendig. Es<br />
mussten softwaretechnische Probleme<br />
wie z. B. Deadlocks, Synchronisation zwischen<br />
den parallelen Prozessen und Einzelergebnissen,<br />
Lastverteilung und Speicherorganisation<br />
gelöst werden.<br />
Die Parallelisierung ist für alle drei Stufen<br />
realisiert worden. Als Vorteil zeigte<br />
sich hierbei der verwendete evolutionäre<br />
Algorithmus, der eine unabhängige<br />
Berechnung der einzelnen Szenarien innerhalb<br />
einer Generation vorsieht und<br />
so eine effektive Verteilung auf eigene<br />
Threads ermöglicht.<br />
In einem Beispiel auf einem Standard-<br />
PC (32 Cores insgesamt verteilt auf<br />
vier AMD-Prozessoren von Typ Opteron<br />
6136 mit jeweils acht cores, 2,4 GHz,<br />
64 GB RAM) konnten Performancesteigerungen<br />
um den Faktor 10 bei der<br />
Beobachtung und Faktor 8 bei der Optimierung<br />
erreicht werden. Als Programmiersprache<br />
wurde C++ mit OpenMP<br />
als Programmierschnittstelle für die Parallelisierung<br />
verwendet. Als Betriebssystem<br />
kam Open Suse Linux Enterprise<br />
Server 11 mit 64 Bit Umgebung zum<br />
Einsatz.<br />
Ofensimulation<br />
Zur Reduktion der Inbetriebnahmezeit<br />
und für ofenunabhängige Simulationen<br />
hat die celano GmbH den Ofensimulator<br />
celFcsSim entwickelt. Mit diesem können<br />
die unterschiedlichsten Erwärmungsöfen<br />
und Einsatzmaterialen zunächst konfiguriert<br />
und anschließend simuliert werden.<br />
Im Online-Betrieb wird das Ofenführungssystem<br />
mit den Daten von den<br />
Steuerungen versorgt (Ofendaten und<br />
Ofenspiegel). celFcsRht führt anhand<br />
dieser Daten die Berechnungen durch<br />
und zeigt sie in einer grafischen Oberfläche<br />
(Bild 4) an.<br />
In dieser wird der Ofen mit seinem<br />
Wärmgut in 3D-Grafik angezeigt. Die<br />
farbliche Darstellung des Materials in<br />
dem Ofen richtet sich nach der berechneten<br />
Materialtemperatur. Die durchschnittlichen<br />
berechneten Temperaturen<br />
für Kopf, Mitte und Fuß werden als Tool-<br />
Tip angezeigt. Für jedes angewählte Material<br />
können sowohl die geometrischen<br />
Daten und Qualitätsdaten als auch die<br />
Erwärmungskurven bis zum aktuellen<br />
Zeitpunkt angezeigt werden.<br />
Für die Offline-Berechnungen werden<br />
die Eingangsdaten vom Ofensimulator<br />
aus Dateien gelesen und dem Ofenführungssystem<br />
zur Verfügung gestellt.<br />
In Verbindung mit dem Ofensimulator<br />
celFcsSim kann das Ofenführungsmodell<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
177
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 4: Ofenbelegung<br />
Fig. 4: Furnace<br />
occupation<br />
celFcsRht für unterschiedliche Zwecke<br />
genutzt werden:<br />
– Kontrolle des momentanen Erwärmungsprozesses<br />
– Nachberechnung von abgeschlossenen<br />
Erwärmungsprozessen<br />
– Analyse:<br />
Welchen Einfluss hat eine Änderung<br />
der Ofendaten (z. B. Ofengeometrie,<br />
Brennerleistung)?<br />
– Welchen Einfluss haben Änderungen<br />
der Materialdaten (z. B.<br />
Geometrie, Stoffwerte)?<br />
Welchen Einfluss haben Änderungen<br />
in Ziehtakten bzw. Stillstandszeiten?<br />
Fazit<br />
Es wurde ein neues Konzept für ein<br />
Ofenführungssystem entwickelt. Dieses<br />
besteht aus drei Stufen: Beobachter, Prognose<br />
und Optimierung. Die auf einem<br />
evolutionären Algorithmus basierende<br />
Optimierung generiert unterschiedliche<br />
zukünftige Szenarien. Deren Auswirkungen<br />
auf die zeitliche Verteilung der<br />
Temperatur im Glühgut des gesamten<br />
Ofenspiegels/im gesamten Glühgut werden<br />
durch den kombinierten Aufruf von<br />
Prognose und Beobachter mit sehr hoher<br />
Genauigkeit berechnet und durch die<br />
Fitnessfunktion bewertet.<br />
Durch Parallelisierung wird die Rechenzeit<br />
soweit reduziert, dass der Einsatz<br />
zur Onlineführung realer Wiedererwärmungsöfen<br />
erstmals möglich wird.<br />
Die erreichten Energieeinsparungen von<br />
6 % sind Erfolg versprechend für die<br />
Zukunft.<br />
Literatur<br />
[1] Schupe W.: Vereinfachte Berechnung des<br />
Strahlungswärmeübergangs in Industrieöfen<br />
und Vergleich mit Messungen in einer Versuchsbrennkammer;<br />
Dr.-Thesis (1974)<br />
[2] Kohlgruber, K.; Woelk, G.: Optimizing the<br />
energy input of industrial furnaces; Gaswärme<br />
international, vol. 36 (1987), p. 438-442<br />
[3] Pederson, L.M.; Wittenmark, B.: On the reheat<br />
furnace control problem; American<br />
Control Conference (1998), p. 3811-3815<br />
[4] Croce, L.; Grosse-Gorgemann, A.: New aspects<br />
in controlling a reheating furnace for<br />
slabs by a thermodynamic model; 2nd <strong>International</strong><br />
Conference on Simulation and Modeling<br />
of Metallurgical Processes in Steelmaking,<br />
Graz (2007)<br />
[5] Fogel, D. B.: An Introduction to Simulated<br />
Evolutionary Optimization. IEEE Trans. on<br />
Neural Networks: Special Issue on Evolutionary<br />
Computation, Vol. 5, No. 1 (1994),<br />
p. 3-14<br />
[6] Kenneth A. de Jong: Evolutionary Computation:<br />
A Unified Approach. MIT Press. 2006 y<br />
Dipl.-Ing. Lorenzo Croce<br />
celano GmbH, Bottrop<br />
Tel.: 02041 / 77901-121<br />
l.croce@celano.de<br />
Dr.-Ing. Uta Leifgen<br />
celano GmbH, Bottrop<br />
Tel.: 02041 / 77901-124<br />
u.leifgen@celano.de<br />
178<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Numerische Berechnung<br />
der Lärmemission einer nicht<br />
vorgemischten Flamme<br />
Numerical simulation of noise emission from a non-premixed flame<br />
Von Feichi Zhang, Peter Habisreuther, Matthias Hettel, Henning Bockhorn<br />
Die Lärmemission einer nichtvorgemischten Wasserstoffflamme wurde mit zwei<br />
verschiedenen Methoden ermittelt. Einerseits wurde der Verbrennungslärm mit<br />
Hilfe der kompressiblen LES (Large Eddy Simulation) direkt berechnet, andererseits<br />
wurde eine Spektralmethode angewendet, bei der das Lärmspektrum durch<br />
die Nachbearbeitung einer RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) Simulation<br />
bestimmt wurde. Zur Modellierung der turbulenten reagierenden Strömung<br />
wurde in beiden Fällen das neu entwickelte UTFC (Unified Turbulent Flame<br />
Speed Closure) Verbrennungsmodell eingesetzt. Der Vergleich der Ergebnisse<br />
mit Messdaten zeigt sowohl für das Strömungs- und Temperaturfeld als auch für<br />
das Schallspektrum eine gute Übereinstimmung.<br />
The noise emitted from a non-premixed hydrogen flame was investigated using<br />
two different methods. On one hand, the noise level from the combustion was<br />
directly computed by a compressible LES (Large Eddy Simulation), on the other<br />
hand, a spectral method was applied in the post-processing of a RANS (Reynolds<br />
Averaged Navier Stokes) simulation in order to evaluate the noise spectrum. For<br />
modeling the turbulent reacting flow in both cases, the newly developed UTFC<br />
(Unified Turbulent Flame Speed Closure) combustion model was employed. The<br />
comparison of these results with measured data showed for both, flow field and<br />
noise level spectra, a good agreement.<br />
Die Verbrennung von fossilen<br />
Brennstoffen stellt trotz aller<br />
Anstrengungen, regenerative<br />
Energiequellen verstärkt zu nutzen, den<br />
weitaus größten Anteil der weltweiten<br />
Energienutzung. Bei der Auslegung neuer<br />
Brennkammern oder Brenner sowie<br />
bei der Verbesserung bestehender Systeme<br />
kommen zunehmend die Methoden<br />
der numerischen Strömungsmechanik<br />
(Computational Fluid Dynamics – CFD)<br />
zum Einsatz. In Verbindung mit Reaktionsmodellen<br />
liefern diese Rechnungen<br />
Abschätzungen für Strömungs-, Temperatur-<br />
und Konzentrationsfelder in den<br />
vorgegebenen Rechengebieten.<br />
Eine turbulente Strömung mit überlagerter<br />
Verbrennung ist immer von Geräuschemissionen<br />
begleitet. Die von turbulenten<br />
Flammen emittierten Geräusche<br />
entstehen im Wesentlichen durch zwei<br />
voneinander weitgehend unabhängige<br />
Mechanismen [1]. Zum einen werden<br />
durch die turbulenten Schwankungen<br />
der räumlichen Geschwindigkeitsverteilungen<br />
Schubspannungen erzeugt, die<br />
auch schon bei isothermer Strömung<br />
als lokale Schallquellen wirken [2]. Zum<br />
anderen stellt die Verbrennung innerhalb<br />
eines Volumenelementes eine zusätzliche<br />
Schallquelle dar, wobei die Schallintensität<br />
zur Volumenexpansionsrate proportional<br />
ist [3]. Die Geräusche, die aus<br />
der durch die Verbrennung bedingten<br />
Volumenexpansion entstehen, überwiegen<br />
die Geräuschemissionen aus den im<br />
turbulenten Strömungsfeld erzeugten<br />
Schubspannungen um Größenordnungen<br />
[4, 5]. Daher sind turbulente Flammen<br />
immer „lauter”, d. h. sie weisen höhere<br />
Schalldruckpegel auf, als isotherme<br />
turbulente Strömungen.<br />
Verbrennungsmodellierung –<br />
das Unified TFC Modell<br />
In der vorliegenden Arbeit wird das UTFC<br />
Verbrennungsmodell zur Simulation der<br />
reagierenden Strömung verwendet. Das<br />
Modell ist aus dem Reaktionsmodell<br />
von Schmid [6] abgeleitet, welches ursprünglich<br />
für die Modellierung von vorgemischten<br />
Flammen entwickelt wurde.<br />
Das Modell beinhaltet die Lösung einer<br />
zusätzlichen Transportgleichung für die<br />
Reaktionsfortschrittsvariable u:<br />
∂ρ̃θ<br />
∂t + ∂ρũ ̃θ<br />
i<br />
= ∂ ⎛ μ t<br />
∂̃θ ⎞<br />
⎜ ⎟+ ̇ω θ<br />
∂x i<br />
∂x i ⎝∂x i<br />
∂x i ⎠<br />
. (1)<br />
2<br />
S<br />
̇ω θ<br />
= ̃ρ t<br />
u<br />
̃θ ( 1− ̃θ )<br />
u'L t<br />
Dabei ist u‘ die turbulente Geschwindigkeitsschwankung,<br />
L t<br />
das turbulente<br />
Längenmaß und u<br />
die Dichte der unverbrannten<br />
Mischung. Die turbulente<br />
Brenngeschwindigkeit S t<br />
im Quellterm u<br />
beinhaltet die Wechselwirkung zwischen<br />
Verbrennungsreaktion und Turbulenz.<br />
Das Gleichungssystem wird durch Modellierung<br />
von S t<br />
mittels bekannter Größen<br />
geschlossen. Das Modell zählt daher<br />
zur Klasse der sog. TFC (Turbulent Flame<br />
Speed Closure) Modelle. Schmid hat den<br />
folgenden Ausdruck für S t<br />
hergeleitet [6]<br />
−2<br />
S t<br />
= S l<br />
+u' ( 1+Da t ) −0,25 , (2)<br />
dabei ist S 1<br />
die laminare Brenngeschwindigkeit<br />
und Da t<br />
die turbulente Damköhlerzahl.<br />
Die Da t<br />
ist aus dem Verhältnis<br />
zwischen dem turbulenten t t<br />
und chemischen<br />
Zeitmaß t c<br />
zu berechnen. Die<br />
Turbulenzparameter in diesem Modell<br />
müssen durch entsprechende Modellannahmen<br />
bezüglich der Turbulenz<br />
bestimmt werden. Das Modell wurde<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
179
F a c h b e r i c h t e<br />
erfolgreich zur Modellierung von turbulenten,<br />
vorgemischten Flammen angewendet<br />
[7, 8].<br />
Die Erweiterung des vorgestellten TFC<br />
Modells zum Unified TFC (UTCF) Modell<br />
ermöglicht nun auch die Anwendung<br />
des Reaktionsmodells für die Simulation<br />
von teilweise vorgemischten und nicht<br />
vorgemischten Flammen [9, 10]. Dabei<br />
wird immer angenommen, dass die<br />
Mischung vor der Reaktion stattfindet,<br />
sodass die gesamte turbulente Flamme<br />
nun als ein Ensemble von vorgemischten<br />
Reaktionszonen mit unterschiedlichen<br />
Gemischzusammensetzungen<br />
angesehen werden kann, die mit dem<br />
turbulenten Strömungsfeld interagieren.<br />
Diese Wechselwirkung zwischen Chemie<br />
und Turbulenz wird dabei durch die<br />
Größe S t<br />
beschrieben, welche bei dieser<br />
Betrachtungsweise nicht eine Brenngeschwindigkeit<br />
darstellt, sondern vielmehr<br />
ein Maß für den Reaktionsumsatz repräsentiert.<br />
Die Zusammensetzungen der<br />
vorgemischten Reaktionszonen werden<br />
durch den Mischungsbruch und die<br />
Reaktionsverläufe durch die Fortschrittsvariable<br />
u beschrieben. Um die Schwankung<br />
von durch Turbulenz zu berücksichtigen,<br />
wird eine PDF (Probability<br />
Density Function) für eingeführt, welche<br />
durch den Mittelwert und dessen<br />
Varianz ‘‘ 2 bestimmt ist. Die Zustände<br />
innerhalb der vorgemischten Flammenstrukturen<br />
werden zunächst durch Vorabberechnung<br />
mittels eines detaillierten<br />
Reaktionsmechanismus bestimmt. Danach<br />
werden diese über die PDF von <br />
gemittelt. Als Ergebnis ergibt sich eine<br />
Tabelle, in der die im Verbrennungsmodell<br />
benötigten Größen Dichte der unverbrannten<br />
Mischung und laminare<br />
Brenngeschwindigkeit in Abhängigkeit<br />
des Mischungsbruches (Mittelwert<br />
und Varianz) abgelegt sind:<br />
̃ρ u ( ξ,ξ'' 2<br />
),̃S l ( ξ,ξ'' 2<br />
). Weiterhin sind die<br />
Mittelwerte aller im Reaktionsmechanismus<br />
verwendeten Spezies zusätzlich<br />
in Abhängigkeit vom lokalen Reaktionsfortschritt<br />
tabelliert:<br />
( ) .<br />
ỹ i<br />
ξ,ξ'' 2 ,θ<br />
Bild 1:<br />
Funktionsweise des<br />
Unified TFC Modells<br />
Fig. 1:<br />
Schema of the<br />
Unified TFC model<br />
Bild 1 veranschaulicht die Kopplung der<br />
Tabelle mit dem CFD Löser. Im CFD-Code<br />
werden drei zusätzliche Transportgleichungen<br />
für die Variablen , ‘‘ 2 und u<br />
gelöst [9, 10, 11]. Für jede Rechenzelle<br />
werden unter Verwendung dieser Variablen<br />
die lokalen Größen ̃ρ u<br />
und ̃S l<br />
aus der Tabelle ausgelesen. Zusammen<br />
mit den Turbulenzparametern ( u',L t<br />
,τ t )<br />
kann dann der Quellterm ̇ω θ<br />
von Gleichung<br />
(1) berechnet werden. Die ausgelesenen<br />
Massenbrüche ỹ i<br />
werden benötigt,<br />
um die Temperatur auszuwerten<br />
und die Konzentrationen der Zwischenund<br />
Produktspezies zu erhalten.<br />
Die Spektralmethode zur<br />
Berechnung der Lärmemission<br />
Während die Lärmemission aus der Verbrennung<br />
mittels einer kompressiblen<br />
LES (oder einer Direkten Numerischen<br />
Simulation) direkt berechnet werden<br />
kann, bietet die Spektralmethode die<br />
Möglichkeit, das Schallspektrum durch<br />
die Nachbearbeitung des Ergebnisses<br />
einer RANS Simulation auszuwerten (beschrieben<br />
in [12, 13]). Bei dieser Methode<br />
wird die Flamme als eine akustische<br />
Quelle (Monopol) angesehen, während<br />
der durch die Strömung induzierte Lärmanteil<br />
vernachlässigt wird. Die durch die<br />
Verbrennung erzeugte akustische Quelle<br />
wird durch den inhomogenen Anteil<br />
der Lighthill-Gleichung [13] beschrieben<br />
und enthält die instationäre Wärmefreisetzungsrate<br />
̇q'. Der Schalldruck p‘ in<br />
der Lösung der Lighthill-Gleichung ist<br />
eine Funktion von ̇q'. Die Wärmefreisetzungsrate<br />
̇q' kann durch die Umsatzrate<br />
der chemischen Spezies oder den Reaktionsquellterm<br />
der Fortschrittsvariablen in<br />
Gleichung (1) beschrieben werden. Das<br />
Spektrum der Fortschrittsvariablen Ẽ<br />
2 θ '<br />
korrespondiert mit dem für die homogene<br />
Turbulenz abgeleitetem Spektrum<br />
Ẽ 2 u'<br />
für die turbulente kinetische Energie<br />
[12]. Mit dem von Tennekes und Lumley<br />
[14] vorgeschlagenen Ansatz für Ẽu' 2<br />
wird das Spektrum der Wärmefreisetzung<br />
Ẽq zu:<br />
E q<br />
= ̇̃qC S<br />
C D<br />
α α ε2/3<br />
k κ−5/3 exp<br />
⎛<br />
⎜− 3 2 πβα1/ 2<br />
κL<br />
t<br />
⎝<br />
( ( ) −4/3 +α( κη<br />
2 c<br />
) )<br />
4/3<br />
⎞<br />
⎟ = ̇̃qC S<br />
C D<br />
E ,(3)<br />
2 u<br />
⎠ α k<br />
dabei ist die Wellenzahl, k die turbulente<br />
kinetische Energie und die turbulente<br />
Dissipationsrate. Als untere Längenskala<br />
(Kolmogorov/Corrsin-Skala) findet<br />
der Ausdruck η 2 c<br />
= max⎡⎣<br />
3L G<br />
,L C<br />
⎤ ⎦ Verwendung,<br />
wobei L G<br />
= S l3<br />
/ ε der Gibson-Skala<br />
und L c<br />
= ( a 03<br />
/ ε) 0,25 der Corrsin-Skala entspricht.<br />
a 0<br />
ist die Temperaturleitzahl. Die<br />
obere Längenskala wird durch das integrale<br />
turbulente Längenmaß L t<br />
repräsentiert.<br />
C S<br />
, C D<br />
, , sind Modellkonstanten.<br />
̇̃q ist die mittlere Dichte der Wärmefreisetzungsrate<br />
[W/m 3 ] welche aus dem<br />
Reaktionsquellterm der Fortschrittsvariablen<br />
berechnet werden kann [13]<br />
2<br />
S<br />
̇̃q = ̃p t<br />
u<br />
θ( 1− ̃θ )H u<br />
. (4)<br />
u'L t<br />
H u<br />
ist der untere Heizwert des Brennstoffes.<br />
Die akustische Leistung P ac<br />
zur quantitativen<br />
Bestimmung des Lärms entspricht<br />
der Integration des Schalldrucks p‘ mit<br />
der Schallschnelle u‘ über eine geschlossene<br />
Fläche, die alle berücksichtigten<br />
Quellen umschließt<br />
P ac<br />
= ∫ p'u'dA =<br />
A<br />
A<br />
∫<br />
p'p'<br />
dA = p'p' A . (5)<br />
ρ 0<br />
c 0<br />
ρ 0<br />
c 0<br />
0<br />
und c 0<br />
sind die Dichte und Schallgeschwindigkeit<br />
im Fernfeld. Durch Einsetzen<br />
der Lösung für p‘ aus der Lighthill-<br />
Gleichung ergibt sich die endgültige<br />
Form für das Spektrum von P ac<br />
2<br />
2π ⎛ γ−1⎞<br />
P ac<br />
=<br />
2<br />
4πρ 0<br />
c<br />
⎜<br />
0 ⎝ c<br />
⎟<br />
0 ⎠<br />
. (6)<br />
2 4π<br />
∫ ( 2πfκE q ( κ)<br />
)<br />
3 δ 3<br />
dV W/H<br />
t<br />
⎡⎣ Z<br />
⎤ ⎦<br />
V f<br />
180<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
S t<br />
ist die turbulente Flammendicke, f die<br />
Frequenz, der Isentropenexponent.<br />
Dieser Ausdruck für P ac<br />
entspricht der<br />
Integration der beitragenden Monopolquellen<br />
über das gesamte kohärente Volumen<br />
V coh<br />
= 4π /3δ t<br />
(Flammenvolumen),<br />
welche miteinander korrelieren. Durch<br />
eine Umrechnung der Wellenzahl in die<br />
zugeordnete Frequenz entsteht schließlich<br />
das Spektrum P ac<br />
(f) [12,13].<br />
Numerische Simulation der<br />
Wasserstoffflamme<br />
Berechnet wurde eine mit dem Brennstoff<br />
Wasserstoff betriebene nichtvorgemischte<br />
Strahlflamme, die in der Literatur<br />
als Sandia H3 Flamme bekannt ist<br />
[15].<br />
Sowohl die RANS- als auch die LES-<br />
Berechnung wurden mit dem gleichen<br />
Gitter durchgeführt. Bei der RANS-<br />
Rechnung wurde das RNG k- Modell<br />
[16] und für die LES-Rechnung das Smagorinsky<br />
Feinstruktur (sgs, sub grid scale)<br />
Modell [17] für die Beschreibung der Turbulenz<br />
eingesetzt. In beiden Fällen wurde<br />
das UTFC Verbrennungsmodell verwendet.<br />
Bei der RANS-Rechnung wurde<br />
alternativ auch ein FLL (Flamelet) Modell<br />
[11] benutzt.<br />
In Bild 2 sind die Geometrie des Brenners<br />
sowie das Rechengitter gezeigt. Der<br />
Brennstoffstrom aus 50 % H 2<br />
und 50 %<br />
N 2<br />
(Vol. %) wird in einen Coflow von<br />
Luft (0,2 m/s) eingedüst. Die mit dem<br />
Düsendurchmesser (d = 8 mm) gebildete<br />
Reynoldszahl Re beträgt 10.000. Die<br />
Messung wurde unter atmosphärischen<br />
Bedingungen (Temperatur T = 300 K,<br />
Druck p = 1 bar) durchgeführt. Für die<br />
Simulationen wurde ein blockstrukturiertes<br />
Gitter mit ca. 1 Mio. Zellen<br />
(N axial<br />
×N tangential<br />
×N radial<br />
= 400×36×64) verwendet,<br />
welches ein zylindrisches Gebiet<br />
(Länge×Durchmesser = 600 mm × 200 mm)<br />
abdeckt (Bild 2). Die Farben der Begrenzungen<br />
des Rechengebietes in Bild 2<br />
bezeichnen die unterschiedliche Randbedingungen<br />
(blau = Einlass, rot = Auslass,<br />
grün = freier Rand, gelb = Coflow). Am<br />
Einlass wurden die Bedingungen einer<br />
voll entwickelten turbulenten Rohrströmung<br />
angesetzt. Dazu wurde eine Methodik<br />
nach Klein et al. [18] verwendet,<br />
um die sich zeitlich und räumlich korrelierenden<br />
turbulenten Geschwindigkeitsfluktuationen<br />
zu erzeugen. Die Rechnungen<br />
wurden mit dem kommerziellen<br />
CFD-Solver ANSYS-CFX durchgeführt,<br />
Bild 2: Skizze des Brenners und des Gitters für die numerischen Simulationen<br />
Fig. 2: Sketch of the burner for the H3 flame and the computational mesh for the numerical simulations<br />
Mischung = st<br />
= 0,3 sowie die axialen<br />
Positionen der gemessenen radialen Profile<br />
bei x/d = 5, 20, 40, 60 sind ebenfalls<br />
eingezeichnet. Die gemessene Flammenlänge<br />
liegt bei x/d = 34 und wird damit<br />
sehr gut durch beide Rechnungen wiedergegeben.<br />
Die zwei Temperaturfelder<br />
sind sehr ähnlich.<br />
Einen detaillierten Vergleich zeigt Bild 4,<br />
in welchem die berechneten radialen<br />
Profile der zeitlich gemittelten Größen<br />
axiale Geschwindigkeit, Mischungsbruch,<br />
Temperatur und turbulente kinedas<br />
oben erwähnte Modell (UTFC) sowie<br />
die Routinen zur Auswertung (Spektralmodell)<br />
wurden über Benutzerschnittstellen<br />
in das Programm implementiert.<br />
Die Berechnung der Schallemission aus<br />
der Flamme erfordert als Voraussetzung<br />
möglichst genau vorhergesagte Strömungs-<br />
und Temperaturfelder. In Bild 3<br />
ist dazu ein Vergleich der sich aus der<br />
RANS Simulation bei Verwendung des<br />
UTFC (links) und des FLL (rechts) Modells<br />
ergebenden Temperaturfelder dargestellt.<br />
Die Isolinie der stöchiometrischen<br />
Bild 3: Temperaturverteilung der RANS-Simulation mit dem UTFC (links) und FLL (rechts) Modell<br />
Fig. 3: Temperature distributions from RANS simulations using the UTFC (left) and FLL (right) model<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
181
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 4: Vergleich der mit RANS/LES berechneten radialen Profile mit Messdaten<br />
Fig. 4: Comparison of the measured and computed radial profiles using RANS and LES methods<br />
tische Energie im Vergleich zur Messung<br />
dargestellt sind. Die Übereinstimmung<br />
der mit den RANS-Rechnungen ermittelten<br />
Mischungsbrüche (1. Bildspalte) mit<br />
der Messung ist gut. Im Strahlrandbereich<br />
ist die Mischung bei der Rechnung<br />
jedoch etwas stärker als im Experiment.<br />
Dies ist auf die bekannte Überschätzung<br />
des Strahlwinkels bei der Berechnung<br />
runder Freistrahlen mit RANS-Modellen<br />
zurückzuführen und führt auf erhöhte<br />
Temperaturen in diesem Bereich (2. Bildspalte).<br />
Die Geschwindigkeitsfelder der<br />
RANS-Rechnungen stimmten gut mit der<br />
Messung überein, zeigen jedoch ebenfalls<br />
eine etwas zu starke Strahlaufweitung<br />
(3. Bildspalte). Maßgebliche Unterschiede<br />
bei der turbulenten kinetischen<br />
Energie (4. Bildspalte) sind lediglich bei<br />
x/D=20 zu erkennen, wo diese bei Verwendung<br />
des FLL-Modelles überschätzt<br />
wird.<br />
Bei der LES-Rechnung wird die Einmischung<br />
von Luft in den Strahl stärker<br />
überschätzt. Diese führt zu einem verfrühten<br />
Absinken des Mischungsbruches<br />
gegenüber der Messung schon auf der<br />
Strahlachse bei x/D=20 und resultiert<br />
damit in etwas zu hohen Temperaturen<br />
in diesem Bereich. Die Temperatur im<br />
Außenbereich des Strahles ist gegenüber<br />
den RANS-Rechnungen erhöht (s. x/<br />
D=40). Diese Phänomene sind vor allem<br />
durch die zu groß berechnete kinetische<br />
Energie bei der LES-Rechnung zurückzuführen<br />
(s. x/D=20). Durch das verwendete<br />
und für eine LES-Rechnung relativ<br />
grobe Gitter wird die sgs-Viskosität überschätzt,<br />
was zu einer stärkeren Einmischung<br />
führt. Die modellierte Viskosität<br />
skaliert direkt mit der Gitterabmessung<br />
t<br />
~ 2 [8,16].<br />
Die in Bild 5 gezeigten Momentanbilder<br />
der LES-Rechnung geben einen Einblick<br />
in die Flammenstrukturen. Die Isolinien<br />
der stöchiometrischen Mischung ( st<br />
=0,3)<br />
sind jeweils durch schwarze Kurven gekennzeichnet.<br />
Innerhalb der durch die<br />
schwarzen Linien begrenzten Gebiete<br />
ist die Mischung fett (d. h. >0,3, siehe<br />
linkes Bild). Da beim Brennstoff Wasserstoff<br />
das Maximum der laminaren<br />
Brenngeschwindigkeit bei =0,38 liegt,<br />
sind die Gebiete der größten turbulenten<br />
Brenngeschwindigkeit (mittleres Bild)<br />
und damit auch der größten Temperatur<br />
(rechtes Bild) tendenziell in den Bereichen<br />
fetter Mischung zu finden. Diese<br />
Korrelation ist dadurch begründet, dass<br />
die Reaktion bei dieser Flamme vor allem<br />
mischungsdominiert ist (große Damköhlerzahl).<br />
Die Verteilung der Temperatur<br />
und der turbulenten Flammengeschwindigkeit<br />
(bzw. des Reaktionsumsatzes)<br />
ist daher eng an die Verteilung des Mischungsbruches<br />
gekoppelt. Der Einfluss<br />
der Turbulenz auf die Flammenstruktur<br />
ist jedoch deutlich an der gewellten und<br />
zerrissenen Flammenfront zu erkennen.<br />
Die horizontale schwarze Linie markiert<br />
die zeitlich gemittelte Flammenlänge<br />
der Messung, die bei L st<br />
= 34 d liegt. Die<br />
Flammenlänge wird durch die Rechnungen<br />
gut wiedergegeben: L st<br />
= 31,5 d bei<br />
der LES- und L st<br />
= 33 d bei der RANS-<br />
Rechnung.<br />
Akustische Analyse der berechneten<br />
Flamme<br />
Bild 5: Momentanbilder der LES-Rechnung für die Größen Mischungsbruch, Temperatur und Flammengeschwindigkeit<br />
Fig. 5: Snapshots from the LES for the instantaneous mixture fraction, temperature and turbulent<br />
flame speed<br />
Gemessene Schallintensitätspegel L I<br />
[dB] der betrachteten Flamme für unterschiedliche<br />
axiale und radiale Positionen<br />
sind in [19] zu finden. Die aus der kompressiblen<br />
LES berechneten Druck- und<br />
Geschwindigkeitsschwankungen können<br />
direkt als Schalldruck p‘ und Schallschnelle<br />
u‘ interpretiert werden. Daraus<br />
kann die Schallintensität I [W/m 2 ] aus I = p‘<br />
u‘ bestimmt werden. Die Umrechnung<br />
182<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
F a c h b e r i c h t e<br />
Bild 7 stellt die aus der Spektralmethode<br />
berechnete lokale Schallleistung<br />
für unterschiedliche Frequenzen dar<br />
(f = 100/500/1000/2000/5000 Hz). Diese<br />
ergibt sich nach Gleichung (6) ohne<br />
die Integration über das kohärente Volumen<br />
bzw. ohne die Aufsummierung<br />
der gesamten resultierenden Schallleisvon<br />
I zu L I<br />
erfolgt durch L I<br />
= 10 log 10<br />
(I/I 0<br />
)<br />
[dB], wobei I 0<br />
= 10 -12 [W/m 2 ] ist [20].<br />
Aus der RANS-Simulation kann das<br />
Schallspektrum mittels der oben diskutierten<br />
Spektralmethode [12] bestimmt<br />
werden. Die berechnete turbulente kinetische<br />
Energie k und Dissipationsrate ε<br />
werden benötigt, um das Spektrum der<br />
Wärmefreisetzung nach Gleichung (3)<br />
auszuwerten. Die eingehende mittlere<br />
Dichte der Wärmefreisetzungsrate ̇̃q<br />
wird unter Verwendung des UTFC Modelles<br />
nach Gleichung (4) ausgerechnet.<br />
Dies stellt hiermit eine Erweiterung des in<br />
[12, 13] beschriebenen Spektralmodells<br />
für nicht vorgemischte Flammen dar,<br />
da die Reaktionsrate ̇ω θ<br />
jetzt zusätzlich<br />
durch die Mischung bestimmt ist. Der<br />
Heizwert H u<br />
in ̇̃q für Wasserstoff wurde<br />
zu 120 MJ/kg angesetzt. Die Schallintensität<br />
berechnet sich über I = P ac<br />
/A,<br />
wobei A die Oberfläche einer Kugel darstellt.<br />
Diese Kugel ist durch den Radius<br />
definiert, der durch die Entfernung der<br />
Messstelle zu einem Punkt auf der Brennersymmetrieachse<br />
und mit gleicher axialer<br />
Koordinate angenähert wird.<br />
In Bild 6 werden die Schallintensitätspegel<br />
aus den RANS-/LES-Simulationen mit<br />
der Messung verglichen. Die betrachtete<br />
Stelle (MP) ist 0,5 m von der Symmetrieachse<br />
und 0,34 m von der Brenneraustrittsebene<br />
entfernt. Die aus den RANS-<br />
Rechnungen ermittelten Spektren zeigen<br />
insgesamt eine gute Übereinstimmung<br />
mit der Messung. Das Spektrum L I<br />
aus<br />
der LES-Rechnung liegt leicht über den<br />
gemessenen Werten; dies ist hauptsäch-<br />
Bild 6:<br />
Vergleich der aus<br />
LES und RANS berechneten<br />
Schallintensitätspegel<br />
L I<br />
mit<br />
der Messung<br />
Fig. 6:<br />
Comparison of the<br />
computed sound<br />
intensity level L I<br />
with<br />
the measurement<br />
lich durch die Reflektionen der Druckwellen<br />
an den Auslass- und Freistrahlrändern<br />
verursacht. Eine völlig nicht<br />
reflektierende Randbedingung ist in der<br />
derzeitigen Version des Solvers nicht verfügbar.<br />
Bei dem mit dem Spektralmodell<br />
berechneten Spektrum ist der Abfall bei<br />
höheren Frequenzen in sehr guter Übereinstimmung<br />
mit der Messung. Die Abweichung<br />
von L I<br />
im niederfrequenten Bereich<br />
(100 Hz bis 200 Hz) ist auf andere<br />
Effekte, wie z. B. den durch den Brenner<br />
erzeugten Strömungslärm zurückzuführen,<br />
welcher nicht durch das Spektralmodell<br />
abgedeckt wird.<br />
tung. Die gelbe Kurve kennzeichnet<br />
die Flammenoberfläche bei = st<br />
. Es ist<br />
eindeutig zu sehen, dass sich die Stellen<br />
mit der höchsten Schallleistung mit<br />
steigender Frequenz/Wellenzahl entlang<br />
der Hauptreaktionszone zu der Flammenwurzel<br />
bewegen. Dies kann auf die<br />
Tatsache zurückgeführt werden, dass die<br />
hochfrequente Turbulenzbewegung an<br />
der Flammenwurzel entlang der Scherschicht<br />
des Strahls am stärksten ist und<br />
stromab abnimmt. Darüber hinaus ergibt<br />
sich für den Betrag der höchsten Schallleistung<br />
zuerst ein Zuwachs im niederfrequenten<br />
Bereich (100 Hz bis 500 Hz),<br />
danach aber eine Abnahme im hochfrequenten<br />
Bereich (500 Hz bis 5.000 Hz),<br />
welches dem Verhalten des Spektrums<br />
für die turbulente kinetische Energie entspricht.<br />
Damit ist evident, dass die Turbulenz<br />
die Ursache für die instationäre<br />
Wärmefreisetzung bei der Verbrennung<br />
ist, welche dann den dominierenden Lärmanteil<br />
nach außen emittiert.<br />
Bild 7: Mit der Spektralmethode ermittelte lokale Schallleistungen P ac<br />
[W]<br />
Fig. 7: Local sound power P ac<br />
[W] derived from the spectral model<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
183
F a c h b e r i c h t e<br />
Fazit<br />
Für die Berechnung der Lärmemission aus<br />
Verbrennungsvorgängen wurden zwei<br />
unterschiedliche Methoden vorgestellt<br />
und deren Ergebnisse verglichen. Die<br />
Anwendbarkeit dieser Methoden wurde<br />
anhand einer turbulenten, nicht vorgemischten<br />
Wasserstoffflamme untersucht.<br />
Die Modellierung der reagierenden Strömung<br />
erfolgte sowohl mit RANS als auch<br />
mit LES zur Beschreibung der turbulenten<br />
Strömungsvorgänge und mit dem UTFC<br />
Verbrennungsmodell. Der Vergleich der<br />
berechneten Strömungsvariablen und<br />
der Temperatur zeigt eine gute Übereinstimmung<br />
mit der Messung. Während<br />
das Schallfeld durch eine kompressible<br />
LES direkt bestimmt werden kann, wird<br />
die Lösung aus der RANS-Rechnung als<br />
Input für ein Spektralmodell eingesetzt,<br />
mit welchem dann das Schallfeld ermittelt<br />
wird. Beide Methoden liefern eine<br />
sehr gute Übereinstimmung des berechneten<br />
Schallspektrums im Vergleich zu<br />
der akustischen Messung.<br />
Danksagung<br />
Der Deutschen Forschungsgemeinschaft<br />
sei an dieser Stelle für die finanzielle<br />
Hilfe zur Durchführung dieser Arbeit im<br />
Rahmen des Forschungsprojekts DFG-<br />
BO 693/15-3 „Combustion Noise“ gedankt.<br />
Literatur<br />
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Unit 486), Anna Schwarz, Johannes Janicka<br />
(ed.), Fluid Mechanics and its Applications,<br />
Springer, Berlin Heidelberg (2009), 151-178<br />
[14] Tennekes, H., Lumley JL.: A First Course in<br />
Turbulence, 11th edn. The MIT Press, ISBN<br />
0-262-200198, 1972<br />
[15] Barlow, R. (Ed.): Proceedings of the TNF<br />
Workshops, Sandia National Laboratories,<br />
Livermore, CA, available at www.ca.sandia.<br />
gov/TNF, 1996-2004<br />
[16] Yakhot, V., Orszag, S.A., Thangam, S., Gatski,<br />
T.B., Speziale, C.G.: Development of turbulence<br />
models for shear flows by a double<br />
expansion technique, Physics of Fluids A4(7)<br />
(1992), 1510-1520<br />
[17] Smagorinsky, J.: General circulation experiments<br />
with the primitive equations. 1. The<br />
basic experiment, Mon. Weather Rev. 91<br />
(1963), 99-164<br />
[18] Klein, M., Sadiki, A., Janicka, J.: A digital filter<br />
based generation of inflow data for spatially<br />
developing direct numerical or large<br />
eddy simulations, Journal of Computational<br />
Physics 286 (2003), 652-665<br />
[19] Piscoya, R., Brick, H., Ochmann, M.: Equivalent<br />
Source Method and Boundary Element<br />
Method for Calculating Combustion Noise,<br />
Acta Acustica united with Acustica 94<br />
(2008), 512-527<br />
[20] Möser, M.: Technische Akustik. 7. Auflage<br />
Springer Berlin Heidelberg New York. ISBN<br />
978-3-540-22510, 2007 y<br />
Dipl. Ing. Feichi Zhang<br />
Engler-Bunte-Institut / Fachbereich<br />
für Verbrennungstechnik<br />
Karlsruher Institut für<br />
Technologie, Karlsruhe<br />
Tel.: 0721 / 608 42808<br />
feichi.zhang@kit.edu<br />
Dr. Ing. Peter Habisreuther<br />
Engler-Bunte-Institut / Fachbereich<br />
für Verbrennungstechnik<br />
Karlsruher Institut für<br />
Technologie, Karlsruhe<br />
Tel.: 0721 / 608 42577<br />
peter.habisreuther@kit.edu<br />
Dr. Ing. Matthias Hettel<br />
Institut für Technische Chemie<br />
und Polymerchemie<br />
Karlsruher Institut für<br />
Technologie, Karlsruhe<br />
Tel.: 0721 / 608 47622<br />
matthias.Hettel@kit.edu<br />
Prof. Dr. Ing.<br />
Henning Bockhorn<br />
Engler-Bunte-Institut / Fachbereich<br />
für Verbrennungstechnik<br />
Karlsruher Institut für<br />
Technologie, Karlsruhe<br />
Tel.: 0721 / 608 42570<br />
henning.bockhorn@kit.edu<br />
Hotline<br />
Chefredakteur: Dipl.-Ing. Stephan Schalm<br />
Redaktionsbüro: Annamaria Frömgen<br />
Anzeigenverkauf: Jutta Zierold<br />
Leserservice: Martina Grimm<br />
0201/82002-12s.schalm@vulkan-verlag.de<br />
0201/82002-91a.froemgen@vulkan-verlag.de<br />
0201/82002-22j.zierold@vulkan-verlag.de<br />
0931/4170473mgrimm@datam-services.de<br />
184<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
T h e r m p r o c e s s 2011<br />
Beste Aussichten für<br />
„The Bright World of Metals“<br />
GIFA, METEC, THERMPROCESS und<br />
NEWCAST, die vom 28. Juni bis 2. Juli<br />
nach Düsseldorf einladen, sind in 2011<br />
erneut das Gipfeltreffen der internationalen<br />
Fachwelt. Kurz vor Messebeginn<br />
stehen die Zeichen für die vier Technologiemessen<br />
auf Erfolg: Die derzeitigen<br />
Anmeldezahlen versprechen ein ähnlich<br />
starkes Aufgebot wie zur letzten Veranstaltung<br />
im Jahr 2007.<br />
Das Ausstellerinteresse an der METEC<br />
ist im Vergleich zu 2007 sogar nochmals<br />
gestiegen, so dass sich die <strong>International</strong>e<br />
Metallurgie-Fachmesse jetzt mit neuer<br />
Hallenstruktur präsentiert. Wie geplant<br />
belegen die METEC-Aussteller die Hallen<br />
4 und 5 auf dem Düsseldorfer Messegelände<br />
– neu ist aber, dass die Messehalle<br />
3 ebenfalls für die Metallurgie-Unternehmen<br />
genutzt wird. Diese ist deutlich größer<br />
als die Halle 7a, welche in 2007 zur<br />
METEC gehörte. Die weitere Belegung<br />
des Düsseldorfer Messegeländes entspricht<br />
der Vorveranstaltung. Die GIFA<br />
– <strong>International</strong>e Giesserei-Fachmesse –<br />
zeigt in mehr als fünf Ausstellungshallen<br />
alles rund um das Thema Gießereitechnologie.<br />
Neben den Anmeldungen der<br />
„Big Player“ der Branche verzeichnet<br />
die Messe Düsseldorf zur GIFA auch ein<br />
Foto Rene Tillmann/Messe Düsseldorf<br />
gestiegenes Interesse von Unternehmen,<br />
die sich im nächsten Jahr zum ersten Mal<br />
bei der Messe präsentieren werden. Auch<br />
die Anmeldezahlen zur THERMPROCESS<br />
versprechen eine Wiederholung des Erfolgs<br />
aus 2007. In den Hallen 9 und 10<br />
zeigen die internationalen Branchenführer<br />
Thermoprozesstechnik auf höchstem<br />
Niveau. Das Messe-Quartett wird durch<br />
die NEWCAST, <strong>International</strong>e Fachmesse<br />
für Präzisionsgussprodukte, komplettiert.<br />
Auch in 2011 bietet sie den kompletten<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
185
T h e r m p r o c e s s 2011<br />
Titel der THERMPROCESS 2011<br />
Veranstaltung 10. <strong>International</strong>e Fachmesse und Symposium<br />
für die Thermoprozesstechnik<br />
Ausstellungsort<br />
Messegelände Düsseldorf<br />
Messeplatz<br />
40474 Düsseldorf<br />
Termin 28. Juni bis 2. Juli 2011<br />
Öffnungszeiten<br />
täglich von 9 bis 18 Uhr<br />
*Die Eintrittskarten beinhalten die<br />
kostenlose Fahrt zur Messe und zurück<br />
mit den öffentlichen Verkehrsmitteln im<br />
VRR-Verbund am Tag des Messebesuchs<br />
(DB 2. Klasse, zuschlagfreie Züge).<br />
Der Ticketshop öffnet im Frühjahr 2011<br />
Kataloge Alle vier Kataloge: EUR 75,00 (GIFA 2011,<br />
METEC 2011, THERMPROCESS 2011,<br />
NEWCAST 2011)<br />
Eintrittskarten<br />
Tageskarte: 50 €*<br />
40 €* im Online-Vorverkauf<br />
Dauerkarte: 120 €*<br />
100 €* im Online-Vorverkauf<br />
Schüler/Studenten: 15 €*<br />
15 €* im Online-Vorverkauf (gegen Vorlage<br />
eines entsprechenden Nachweises)<br />
Veranstalter<br />
Messe Düsseldorf GmbH<br />
Messeplatz<br />
D-40474 Düsseldorf<br />
Tel.: +49 211 4560-01<br />
Infoline: +49 211 4560-900<br />
Fax: +49 211 4560-668<br />
Internet: www.messe-duesseldorf.de<br />
Überblick über innovative Lösungen in<br />
Guss, zu finden in den Hallen 13 und 14.<br />
Damit liegt die NEWCAST ebenfalls auf<br />
Vorveranstaltungskurs.<br />
Hochkarätiges Rahmenprogramm<br />
Das Metallmessen-Quartett wird auch in<br />
2011 wieder von einem umfangreichen,<br />
attraktiven Rahmenprogramm mit zahlreichen<br />
Seminaren und Fachsymposien,<br />
Sonderschauen und Technikforen sowie<br />
internationalen Kongressen und Vortragsreihen<br />
begleitet. Auch hier ist das<br />
Interesse schon jetzt groß: Der METEC-<br />
Kongress und die European Metallurgical<br />
Conference (EMC) beispielsweise<br />
verzeichnen eine herausragende Nachfrage.<br />
Ab dem Frühjahr 2011 können Fachbesucher<br />
ihr Ticket für den Messebesuch<br />
online erwerben. Unternehmen, die<br />
sich im Rahmen der „Bright World of<br />
Metals” präsentieren möchten, finden<br />
alle notwendigen Anmeldeunterlagen<br />
auf der jeweiligen Homepage im Ausstellerbereich.<br />
Außerdem bieten www.<br />
gmtn.de beziehungsweise www.gifa.de,<br />
www.metec.de, www.thermprocess.de<br />
und www.newcast.de aktuelle News zu<br />
den <strong>Messen</strong> sowie neueste Informationen<br />
aus den Branchen.<br />
THERMPROCESS Symposium<br />
Der Fachverband Thermoprozesstechnik<br />
im VDMA ist der ideelle Träger der<br />
THERMPROCESS und veranstaltet und<br />
organisiert das Symposium. Das Symposium<br />
findet in der Halle 9 der Messe<br />
Düsseldorf statt und ist für die Besucher<br />
der zeitgleich stattfindenden Fachmessen<br />
kostenlos. Damit wird allen Messebesuchern<br />
auch eine kurzfristige Teilnahme<br />
während des Messebesuchs ermöglicht.<br />
Jeder Besucher des Symposiums erhält<br />
eine CD-ROM mit den Vorträgen der<br />
Veranstaltung.<br />
Im Mittelpunkt des THERMPROCESS-<br />
Symposiums stehen Weiterentwicklungen<br />
und neueste Erkenntnisse aus<br />
der Branche, die von Experten aus der<br />
Praxis präsentiert werden. Damit bietet<br />
Foto Rene Tillmann/Messe Düsseldorf<br />
das Symposium den Fachbesuchern aus<br />
aller Welt die einmalige Möglichkeit, den<br />
Messebesuch zu nutzen, um sich zugleich<br />
über die neuesten Entwicklungen<br />
der Branche zu informieren.<br />
Die Themenschwerpunkte des<br />
THERMPROCESS-Symposiums lauten in<br />
diesem Jahr:<br />
– Energieeffizienz von Thermoprozessanlagen<br />
– Beheizung und Brennertechnik<br />
– Spezielle Verfahren, Komponenten<br />
und Anwendungen<br />
– Kühlen, Abschrecken, Wärmerückgewinnung<br />
Die Vorträge werden in Deutsch oder<br />
in Englisch gehalten. Die jeweilige Vortragssprache<br />
kann dem Programm entnommen<br />
werden. Weitere Informationen<br />
zur Veranstaltung finden Sie unter<br />
www.vdma.org/thermoprocessing.<br />
186<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
T h e r m p r o c e s s 2011<br />
Interview<br />
„Aussteller kommen<br />
mit Produktneuheiten und<br />
Highlights nach Düsseldorf”<br />
Friedrich-Georg Kehrer, Projekt-Direktor der GIFA, METEC,<br />
THERMPROCESS und NEWCAST, im Gespräch über effiziente<br />
Projektplanung, steigendes Interesse und erfolgreiche Umsetzung<br />
des weltweit größten Metallmessen-Quartetts in Düsseldorf.<br />
Foto: Messe Düsseldorf / ctillmann<br />
GWI*: Dieses Jahr steht die Metallurgie-Branche<br />
ganz im Zeichen von GIFA,<br />
METEC, THERMPROCESS und NEWCAST.<br />
Wie rüstet sich die Messe Düsseldorf für<br />
dieses Großereignis?<br />
Kehrer: Zunächst einmal freuen wir uns<br />
auf unsere „Bright World of Metals“,wie<br />
wir das Metallmessen-Quartett gerne<br />
nennen. Da die <strong>Messen</strong> im olympischen<br />
Turnus nur alle vier Jahre stattfinden,<br />
kommen die Aussteller mit echten Produktneuheiten<br />
und Highlights nach Düsseldorf.<br />
Man kann sogar sagen, dass sich<br />
die Produktentwickler in den Unternehmen<br />
nach den Messeterminen von GIFA,<br />
METEC, THERMPROCESS und NEWCAST<br />
richten, um dann zur Messelaufzeit eine<br />
wirkliche Innovation vorstellen zu können.<br />
In Düsseldorf arbeiten wir momentan<br />
auf Hochtouren, um den Besuchern eine<br />
effiziente Messeplanung zu ermöglichen<br />
und werden in den kommenden Wochen<br />
alle wichtigen Details zu den Inhalten<br />
der <strong>Messen</strong>, aber auch organisatorische<br />
Informationen auf den Websites<br />
(www.gmtn.de) veröffentlichen.<br />
GWI: Für die Hersteller von Gießereitechnologie,<br />
Metallurgie, Thermoprozesstechnik<br />
und Gussprodukte scheint<br />
sich die Wiederbelebung des Marktes<br />
positiv auszuwirken. Dies ist natürlich<br />
gerade im Messejahr von GIFA, METEC,<br />
THERMPROCESS und NEWCAST eine<br />
* Das Interview führten Stephan Schalm und<br />
Silvija Subasic.<br />
sehr erfreuliche Entwicklung. Wie wirkt<br />
sie sich auf das Anmeldeverhalten der<br />
Aussteller aus?<br />
Kehrer: Als wir 2009 in die Projektplanungen<br />
für das Messe-Quartett in 2011<br />
gingen, waren wir zunächst sehr zurückhaltend.<br />
Unter dem Eindruck der damaligen<br />
Marktgeschehnisse hatten wir uns<br />
von den hervorragenden Ergebnissen<br />
der Vorveranstaltungen im Wirtschaftshoch<br />
2007 verabschiedet und die Messebeteiligungen<br />
deutlich schrumpfen<br />
gesehen. Diese Einschätzung können wir<br />
heute, Anfang 2011, eindeutig revidieren.<br />
Alle vier <strong>Messen</strong> stehen auf sicheren<br />
konjunkturellen Beinen und werden zum<br />
Teil sogar die herausragenden Werte der<br />
2007er-Veranstaltungen einstellen können.<br />
GWI: Wie sieht denn die konkrete Buchungssituation<br />
der einzelnen <strong>Messen</strong><br />
aus?<br />
Kehrer: Ein Rekordergebnis erwarten<br />
wir für die METEC: 18.354 m 2 Netto-<br />
Ausstellungsfläche, d. h. tatsächlich verkaufte<br />
Fläche, haben die Aussteller für<br />
die kommende Veranstaltung gebucht.<br />
Dafür mussten wir sogar eine weitere<br />
Messehalle zur Verfügung stellen. Die<br />
METEC belegt nun die Hallen 3, 4 und 5<br />
und ist um fast 4.000 m 2 größer als ihre<br />
Vorveranstaltung.<br />
Ebenfalls über Plan liegt die THERMPRO-<br />
CESS: Hier waren wir noch 2009 davon<br />
ausgegangen, dass das gute Ergebnis<br />
aus 2007 nicht noch einmal erreicht<br />
werden kann. Wir haben uns zum Glück<br />
geirrt und liegen 2011 mit 8.500 m 2 Ausstellungsfläche<br />
nahezu auf dem Vorveranstaltungsniveau<br />
(8.659 m 2 ).<br />
Ähnlich positiv sieht es bei der NEW-<br />
CAST aus: Auch hier dachten wir, dass<br />
die wirtschaftliche Durststrecke länger<br />
anhalten wird und sich nachhaltig auf<br />
die NEWCAST auswirken wird. Das ist<br />
nicht der Fall und so können wir auch<br />
hier wieder mit einem erfreulichen Ergebnis<br />
in die Messelaufzeit gehen: Fast<br />
5.000 m 2 sind von den Unternehmen in<br />
den Hallen 13 und 14 gebucht.<br />
Auch bei der größten Messe der „Bright<br />
World of Metals“ hat sich der Aufschwung<br />
positiv bemerkbar gemacht:<br />
Mit rund 40.000 m 2 knüpft die GIFA an<br />
ihre Glanzzeiten an und schafft es trotz<br />
zahlreicher Firmenfusionen wieder einmal<br />
an die Spitze der internationalen<br />
Gießerei-Fachmessen. Ihre Aussteller<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
187
T h e r m p r o c e s s 2011<br />
präsentieren sich in den Hallen 10 bis 13<br />
und 15 bis 17.<br />
GWI: Ein wichtiger Bestandteil der Fachmessen<br />
wird im kommenden Jahr Ihre<br />
Kampagne ecoMetals sein. Was steckt<br />
hinter dieser Bezeichnung und wie wird<br />
ecoMetals von den Ausstellern angenommen?<br />
Kehrer: Unter dem Begriff ecoMetals<br />
(Efficient Process Solutions) haben wir<br />
eine Kampagne zusammengefasst, die<br />
besonders energieeffiziente Lösungen<br />
und Prozesse der ausstellenden Unternehmen<br />
auszeichnen wird. Die Unternehmen<br />
werden sowohl im Katalog als<br />
auch an ihrem Stand speziell gekennzeichnet.<br />
Darüber hinaus werden wir zu<br />
der Kampagne eine eigene Broschüre<br />
mit den Namen der Aussteller und den<br />
Beschreibungen ihrer energieeffizienten<br />
Lösungen auflegen. Zusätzlich sind natürlich<br />
alle relevanten Informationen zu<br />
der Kampagne auch auf den Websites<br />
der <strong>Messen</strong> zu finden. Dort können sich<br />
interessierte Unternehmen auch noch für<br />
eine Teilnahme an ecoMetals anmelden.<br />
Eine erste Sichtung der präsentierten<br />
Produkte zeigt, dass diese Unternehmen<br />
auf einem hervorragenden Weg sind und<br />
eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung<br />
von energieeinsparenden Produkten<br />
übernehmen. Darüber hinaus wird das<br />
Thema Energie-Effizienz im hochkarätig<br />
besetzten Rahmenprogramm des Messe-<br />
Quartetts ein breites Spektrum finden.<br />
Da die vier <strong>Messen</strong> eng miteinander verzahnt<br />
sind, sind die Foren und Kongresse<br />
Treffpunkt, Impulsgeber und Wegweiser<br />
für einen gesamten Wirtschaftszweig.<br />
Wir freuen uns auf unser zukunftsweisendes<br />
Messe-Event im kommenden<br />
Sommer und laden Ihre Leser sehr herzlich<br />
ein, sich vom 28. Juni bis 2. Juli 2011<br />
selbst ein Bild von der „Bright World of<br />
Metals“ in Düsseldorf zu machen.<br />
Die Redaktion der Gaswärme <strong>International</strong><br />
wünscht Ihnen eine erfolgreiche<br />
Veranstaltung und bedankt sich für das<br />
Interview.<br />
THERMPROCESS 2011<br />
DÜSSELDORF<br />
28. Juni - 2. Juli 2011<br />
Besuchen Sie<br />
Gaswärme international<br />
in Halle 9, Stand 9B52
W i r t s c h a f t & M a n a g e m e n t<br />
Hyperselect – eine alternative<br />
Bewertungsmethode<br />
im Innovationsmanagement<br />
Von Reinhard Fricke<br />
Das Hyperselect-Diagramm bietet einen verbesserten Weg zur Bewertung und<br />
Auswahl von Ideen und Alternativen in Priorisierungsprozessen – insbesondere<br />
in kreativen Prozessen zur Problemlösung oder Chancenfindung im Innovationsmanagement.<br />
Schwächen alternativer Verfahren werden diskutiert und das<br />
Hyperselect-Verfahren mit Grundkonzept und Anwendung vorgestellt.<br />
Wenn es um neue oder verbesserte<br />
Produkte und Dienstleistungen<br />
geht, sind einerseits<br />
viele Ideen erforderlich und andererseits<br />
benötigt man gute Filter – d. h. zuverlässige<br />
Bewertungsverfahren – die die<br />
besten Ideen und Optionen herauskristallisieren.<br />
Bereits der zweifache Nobelpreisträger<br />
Linus Pauling äußerte: „Man<br />
muss nicht nur mehr Ideen haben als andere,<br />
sondern auch die Fähigkeit besitzen,<br />
zu entscheiden, welche dieser Ideen<br />
gut sind“.<br />
Das hier vorgestellte Hyperselect-Bewertungsverfahren<br />
unterstützt diese<br />
Fähigkeit – insbesondere in Management-<br />
und Teamprozessen im Unternehmensumfeld.<br />
Dabei steht hier die finale<br />
Bewertungsphase im Vordergrund, in<br />
der nach vorangegangener Aggregation<br />
von Einzelkriterien in zwei Bewertungsdimensionen<br />
die Zusammenführung und<br />
abschließende Auswahl in grafischer<br />
Form erfolgt. Ähnlich ist der Ablauf<br />
grundsätzlich auch bei gebräuchlichen<br />
Ideenbewertungsverfahren, die das Raster<br />
einer 2 x 2 oder 3 x 3 Matrix nutzen,<br />
das durch seine Verwendung in der<br />
BCG-Portfolioanalyse im Management<br />
populär geworden ist und inzwischen in<br />
zahllosen Varianten verwendet wird.<br />
An dieser Stelle sind kritische Überlegungen<br />
angebracht: Wird ein ursprünglich<br />
in sich stimmiges und erfolgreiches Konzept<br />
formal auf andere Bereiche übertragen,<br />
besteht leicht die Gefahr, dass<br />
die prinzipiellen Grenzen des Konzepts<br />
überschritten werden. Die Folge sind<br />
dann unzutreffende oder zumindest suboptimale<br />
Ergebnisse. Nachfolgend wird<br />
zunächst aufgezeigt, in welchen Fällen<br />
die Anwendung der 2 x 2 oder 3 x 3 Matrix<br />
generell logische Defizite aufweist.<br />
Anschließend wird verdeutlicht, warum<br />
auch verbreitete Ideenbewertungsverfahren<br />
unter diesem Problem leiden<br />
können. Schließlich wird mit dem Hyperselect-Diagramm<br />
eine neue, verbesserte<br />
Alternative für solche Bewertungsprozesse<br />
vorgestellt.<br />
Schwächen der Matrix-basierten<br />
Verfahren<br />
Man kann die Positionierung von Wertepaaren<br />
in einem zweidimensionalen<br />
Matrix-Raster mit einem Ausschnitt aus<br />
einer Landkarte vergleichen, in dem<br />
Ortskoordinaten im Netz aus Längenund<br />
Breitengraden angeordnet werden.<br />
Den Rasterflächen sind je nach darzustellendem<br />
Konzept unterschiedliche<br />
Charakteristika zugeordnet. Im Diagramm<br />
der Portfolio-Analyse sind das<br />
bekanntlich die „Poor Dogs“, „Question<br />
Marks“, „Stars“ und „Cash Cows“.<br />
Aus der Positionierung der Wertepaare<br />
lassen sich dann Aussagen über die Zusammensetzung<br />
des Produktportfolios<br />
und Handlungsempfehlungen ableiten.<br />
Bei der Portfolio-Analyse – wie auch<br />
bei vielen anderen Matrix-Verfahren – ist<br />
dieses Vorgehen konsistent und logisch<br />
einwandfrei, solange die Wertepaare<br />
Paare von unabhängigen Koordinaten<br />
darstellen. Übertragen auf eine Landkarte<br />
würde ein Wertepaar aus Längen- und<br />
Breitenkoordinate also z. B. bedeuten,<br />
dass der betreffende Ort in Niedersachsen,<br />
Hessen, Nordrhein-Westfalen oder<br />
Sachsen liegt.<br />
Anders sieht es jedoch aus, wenn nicht<br />
der Ort innerhalb des Rasters maßgeblich<br />
für das jeweilige Matrix-Verfahren und<br />
die daraus gewonnenen Aussagen ist,<br />
sondern eine aus den Koordinaten zusammengesetze<br />
Größe. Würde man sich<br />
z. B. auf der Landkarte für alle Orte interessieren,<br />
die von einem Bezugspunkt<br />
den gleichen Abstand haben, wäre die<br />
Lösung offensichtlich ein Kreis um den<br />
Bezugspunkt, und die Berechnung des<br />
Abstands würde aus Längen- und Breitenkoordinate<br />
über den Satz des Pythagoras<br />
erfolgen. Würde man dagegen alle<br />
Orte suchen, bei denen das Produkt aus<br />
dem Längen- und dem Breitenabstand<br />
vom Bezugsort gleich ist (konstante Fläche<br />
der zugehörigen Rechtecke), so würde<br />
sich eine Hyperbel ergeben.<br />
Es ist damit ersichtlich, dass je nach Art<br />
der Zielgröße andere mathematischgeometrische<br />
Größen vorzuziehen sind<br />
als die Rechteckflächen einer Matrix.<br />
Nicht selten wird trotzdem unkritisch die<br />
Matrix-Darstellung gewählt, ohne den<br />
Charakter der Zielgröße zu berücksichtigen.<br />
Bild 1 zeigt anhand einer 2 x 2<br />
Matrix ein Beispiel dafür: Auf den Achsen<br />
sind die Ideenattraktivität und die<br />
Kompatibilität (mit dem betrachteten<br />
Unternehmen) aufgetragen. Diese Größen<br />
setzen sich ihrerseits aus mehreren<br />
Teilkriterien zusammen.<br />
Grundlagen des Hyperselect-<br />
Verfahrens<br />
Was ist nun die konzeptionelle Zielgröße<br />
bei der Ideenbewertung nach den Kriterien<br />
Attraktivität und Kompatibilität? Die<br />
beste Idee/Alternative ist offensichtlich<br />
diejenige, die sowohl für sich genommen<br />
sehr attraktiv ist als auch sehr gut<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
189
W i r t s c h a f t & M a n a g e m e n t<br />
zum Unternehmen kompatibel ist. „Sowohl<br />
als auch“ bedeutet entsprechend<br />
der Booleschen Algebra logisch eine<br />
UND-Verknüpfung und damit mathematisch<br />
ein Produkt, d. h.:<br />
Ideengesamtwert = Attraktivität x Kompatibilität<br />
W=AxK<br />
Zur Strukturierung und Selektion bieten<br />
sich demzufolge Linien gleichen Ideengesamtwertes<br />
an, d. h. Hyperbeln.<br />
Ideengesamtwert = W = const = A x K<br />
Hyperbeln A = const/K<br />
Bild 1:<br />
Bewertungsmatrix<br />
2 x 2 mit Bewertungsdimensionen<br />
Attraktivität und<br />
Kompatibilität<br />
Die Wertebereiche für A und K werden<br />
zweckmäßigerweise auf 1 normiert. Für<br />
einen Kompromiss aus einfacher Handhabung<br />
und wirksamer Selektion werden<br />
für das grundlegende Hyperselect-<br />
Diagramm vier Bereiche definiert, die<br />
durch drei Hyperbeln abgegrenzt sind.<br />
Als zusätzliche Skala wird die Winkelhalbierende<br />
im Diagramm verwendet, was<br />
die Orientierung erleichtert. Teilt man<br />
diesen Diagonalmaßstab in vier gleiche<br />
Abschnitte, so erhält man die drei Wertepaare<br />
für (Attraktivität; Kompatibilität)<br />
mit den Zahlenwerten (0,25; 0,25),<br />
(0,5; 0,5), (0,75; 0,75). Legt man die drei<br />
Bild 2:<br />
Hyperselect-<br />
Diagramm mit vier<br />
Bewertungssektoren<br />
Hyperbeln durch diese Punkte, ergeben<br />
sich für die zugehörigen Ideengesamtwerte<br />
zu 0,0625; 0,25; 0,5625 (Bild 2).<br />
Die Wahl der drei Hyperbeln mit diesen<br />
Werten erlaubt nicht nur eine ausgewogene<br />
grafische Aufteilung, sondern auch<br />
gute Vergleichs- und Abgrenzungsmöglichkeiten<br />
zu den Matrixverfahren.<br />
Hyperselect versus Matrix-Raster<br />
an Beispielen<br />
Benennt man die vier durch die drei Hyperbeln<br />
abgegrenzten Bewertungsbereiche<br />
mit A, B, C und D, so zeigt sich<br />
sogleich, dass der A-Bereich wirklich guter<br />
Ideen (Wertigkeit > 56,25 %) im Hyperselect-Diagramm<br />
recht klein ist. Das<br />
Hyperselect-Verfahren legt also deutlich<br />
härtere Maßstäbe an – oder anders gesagt:<br />
Es zeigt auf, dass viele Ideen, die<br />
im Matrix-Raster bereits als recht gut<br />
betrachtet werden, im Hyperselect-Diagramm<br />
lediglich mäßig abschneiden, da<br />
die Zielgröße das Produkt aus Attraktivität<br />
und Kompatibilität ist (s. o.). Für<br />
die Ideenselektion im Unternehmen ist<br />
dieses sehr bedeutsam, da so verhindert<br />
wird, dass wertvolle Ressourcen für vergleichsweise<br />
schwache Ideen verschwendet<br />
werden.<br />
Ideen, die unterhalb der mittleren Hyperbel<br />
– d. h. in den Bereichen C und D – liegen,<br />
sollten im Allgemeinen nicht weiter<br />
verfolgt werden. Ausnahmen können<br />
dann sinnvoll sein, wenn die Ideen zumindest<br />
im C-Bereich liegen und entweder<br />
sehr attraktiv oder sehr kompatibel<br />
sind (Ideen Nr. 1 bzw. 2 in Bild 3).<br />
Ideen im D-Bereich sind generell als unbrauchbar<br />
zu betrachten, da ihre Wertigkeit<br />
unter 6,25 % liegt.<br />
Der Fokus der Aufmerksamkeit sollte<br />
aber stets auf die Bereiche A und B gerichtet<br />
sein. Dabei ist nicht zu vergessen,<br />
dass selbst die mittlere Hyperbel als Untergrenze<br />
des B-Bereichs lediglich 25 %<br />
Wertigkeit repräsentiert. Bei Ideen knapp<br />
oberhalb der 25 % Hyperbel ist also die<br />
Frage angebracht, ob eine Weiterverfolgung<br />
in einem Projekt und der erforderliche<br />
Ressourceneinsatz tatsächlich gerechtfertigt<br />
sind.<br />
Die vier Wertigkeitsbereiche sind somit<br />
wie folgt charkterisierbar:<br />
A-Bereich – Uneingeschränkt<br />
brauchbar:<br />
Die Ideen sollten auf jeden Fall weiter<br />
verfolgt werden. Der Einsatz auch grö-<br />
190<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
W i r t s c h a f t & M a n a g e m e n t<br />
ßerer Ressourcen ist gerechtfertigt. Auch<br />
die Möglichkeiten externer Ressourcenaufstockung<br />
sollten ggf. geprüft werden.<br />
B-Bereich – Eingeschränkt<br />
brauchbar:<br />
Die Ideen sollten weiter verfolgt werden,<br />
wenn keine A-Alternativen vorhanden<br />
sind. Dabei ist aber stets zu prüfen, ob<br />
die Ideen nicht durch Modifikation in<br />
den A-Bereich gebracht werden können.<br />
Zudem ist der erforderliche Ressourceneinsatz<br />
eingehend abzuwägen.<br />
C-Bereich – Nur in Ausnahmefällen<br />
brauchbar:<br />
Beispielsweise kann eine Idee mit geringer<br />
Attraktivität aber hoher Kompatibilität<br />
brauchbar sein, wenn sie ohne<br />
großen Ressourceneinsatz schnell zu<br />
wirtschaftlichem Erfolg zu führen verspricht<br />
und das sonstige Unternehmensgeschäft<br />
nicht stört. Eine Idee mit hoher<br />
Attraktivität und geringer Kompatibilität<br />
kann dagegen möglicherweise (mit geringem<br />
Aufwand) an Unternehmen verkauft<br />
werden, zu denen sie besser passt.<br />
D-Bereich – Unbrauchbar:<br />
Auf Ideen unterhalb der 6,25 % Hyperbel<br />
sollten keine weiteren Gedanken und<br />
Zeit verschwendet werden, selbst wenn<br />
Attraktivität oder Kompatibilität für sich<br />
genommen gut oder sehr gut sind. Die<br />
Gesamtwertigkeit ist einfach zu gering.<br />
Zum Vergleich werden hier mit dem Matrix-Verfahren<br />
noch einige exemplarische<br />
Fälle betrachtet:<br />
In Bild 3 haben die durch die Punkte<br />
3,4 und 5 repräsentierten Ideen etwa<br />
die gleiche Gesamtwertigkeit von rund<br />
30 % und fallen damit in den schwachen<br />
Teil des B-Bereichs. Nach der Matrix-<br />
Bewertung liegen sie jedoch deutlich in<br />
unterschiedlichen Bewertungsfeldern.<br />
Insbesondere die Idee 4 wird deutlich<br />
überbewertet, da sie nach der Matrix-Bewertung<br />
bereits im Feld der besten Ideen<br />
liegt. Die Idee 6 liegt entsprechend dem<br />
Matrix-Verfahren zwar im schwächsten<br />
Feld. Es wird aber der Eindruck suggeriert,<br />
dass etwas Verbesserung der<br />
Attraktivität und Kompatibilität aus der<br />
Idee 6 bereits einen Gewinner machen<br />
würde. Tatsächlich zeigt die Hyperse-<br />
Bild 3:<br />
Hyperselect-<br />
Diagramm mit<br />
überlagerter 2 x 2<br />
Bewertungsmatrix<br />
und sechs exemplarischen<br />
Positionen<br />
von Ideen<br />
lect-Analyse, dass die Idee 6 noch nicht<br />
einmal 25 % der maximalen Wertigkeit<br />
liefert und auch mit leichten Verbesserungen<br />
bestenfalls in die schwache Zone<br />
des B-Bereichs gelangen würde – weit<br />
ab vom A-Bereich der uneingeschränkt<br />
brauchbaren Ideen.<br />
Die wesentlichen Vorteile des Hyperselect-Diagramms<br />
bei der Ideenbewertung<br />
sind:<br />
1. Schwache und mittelmäßige Ideen<br />
werden deutlicher von guten und sehr<br />
guten Ideen getrennt.<br />
2. Der Anspruchslevel wird damit erhöht<br />
und nur wirklich gute Ideen werden<br />
mit wertvollen Unternehmensressourcen<br />
weiterverfolgt.<br />
3. Die Zielgröße „Ideengesamtwertigkeit“<br />
als Produkt aus Attraktivität und<br />
Kompatibilität der Idee wird durch die<br />
Hyperbeldarstellung logisch korrekt<br />
und grafisch plausibel dargestellt.<br />
4. Ideen – oder allgemein Alternativen<br />
– mit gleicher Gesamtwertigkeit können<br />
zusätzlich nach Attraktivität und<br />
Kompatibilität gewichtet werden.<br />
Fazit<br />
Mit dem Hyperselect-Diagramm und<br />
dem zugehörigen Bewertungsprozess<br />
bietet sich ein flexibles und leistungsfähiges<br />
Werkzeug für die Ideenbewertung<br />
im Innovationsmanagement. Es überwindet<br />
Schwächen von verbreitet verwendeten<br />
Verfahren. Für viele Unternehmen<br />
dürfte die schärfere Trennung guter von<br />
schwachen Ideen von besonderem Wert<br />
sein, da die Sicherheit bei der Ressourcenzuordnung<br />
erhöht wird.<br />
Dr. Reinhard Fricke ist ein international<br />
erfahrener Innovationsmanagementberater<br />
(www.Innovationsdoktor.de) mit<br />
Referenzen von innovativen Mittelständlern<br />
und Großunternehmen. Über das<br />
Institut für Elektroprozesstechnik von<br />
Prof. Dr.-Ing. B. Nacke lehrt er zudem<br />
Innovationsmanagement für Ing. und<br />
Wirtschafts-Ing. an der Leibniz-Universität<br />
Hannover.<br />
y<br />
Dr.-Ing. Reinhard Fricke<br />
Institut für Elektroprozesstechnik<br />
Leibniz-Universität,<br />
Hannover<br />
Tel.: 0511/762 2872<br />
etp@etp.uni-hannover.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
191
NEU<br />
+ 2 Workshops<br />
+ Fachausstellung<br />
2. Praxisseminar<br />
Induktives<br />
SCHMELZEN&GIESSEN<br />
von Eisen- und Nichteisenmetallen<br />
20.- 21. September, Atlantic Congress Hotel Essen • www.energieeffizienz-thermoprozess.de<br />
Programm-Höhepunkte<br />
Wann und Wo?<br />
Moderation: Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke,<br />
Leibniz Universität Hannover, Institut für Elektroprozesstechnik<br />
Themenblock 1 Grundlagen<br />
Physikalische Grundlagen des induktiven Schmelzens<br />
Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake, 10:15 – 11:00<br />
Aufbau einer Tiegelofenanlage<br />
Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke, 11:00 – 11:45<br />
Aufbau von Rinnen- und Gießöfen<br />
Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke, 11:45 – 12:30<br />
Themenblock 2 Ofenauslegung und Energieeffizienz<br />
Auslegung von Schmelz- und Gießanlagen<br />
Dr.-Ing. Erwin Dötsch, 13:30 – 14:15<br />
Energieaufwand und Energiemanagement beim induktiven Schmelzen<br />
Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake, 14:15 – 15:00<br />
Themenblock 3 Betriebssicherheit und Netzrückwirkung<br />
Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen<br />
Dr.-Ing. Manfred Hopf, 15:30 – 16:15 Uhr<br />
Theoretische und praktische Aspekte von Oberschwingungen<br />
Dipl.-Ing. Klemens Peters, 16:15 – 17:00 Uhr<br />
Termin:<br />
• Dienstag, 20.09.2011<br />
Veranstaltung (09:30 – 17:00 Uhr)<br />
Gemeinsame Abendveranstaltung ab 19:00 Uhr<br />
• Mittwoch, 21.09.2011<br />
Zwei Workshops zur Auswahl (09:00 – 12:30 Uhr)<br />
Ort:<br />
Atlantic Congress Hotel Essen,<br />
www.atlantic-hotels.de<br />
Zielgruppe:<br />
Betreiber, Planer und Anlagenbauer von<br />
Schmelzanlagen<br />
Teilnahmegebühr:<br />
• ewi Abonnenten oder/und<br />
auf Firmenempfehlung: 770 €<br />
• regulärer Preis: 870 €<br />
Im Preis enthalten sind die Tagungsunterlagen<br />
sowie das Catering (4x Kaffee, 2x Mittag essen,<br />
1 Abendveranstaltung). Jeder Teilnehmer<br />
bekommt zudem das<br />
Fachbuch„Induktives<br />
Schmelzen und Warmhalten“<br />
überreicht.<br />
NEU<br />
NEU<br />
Workshop 1 Eisenmetalle Moderation Prof. Dr.-Ing. Egbert Baake<br />
• Schmelzmetallurgie und Feuerfestauskleidung<br />
• Betrieb von Schmelz- und Gießanlagen<br />
Vorträge und Diskussionen mit Dr.-Ing. Erwin Dötsch<br />
Workshop 2 Nichteisenmetalle Moderation Prof. Dr.-Ing. Bernard Nacke<br />
• Schmelzmetallurgie und Feuerfestauskleidung<br />
• Betrieb von Schmelz- und Gießanlagen<br />
Vorträge und Diskussionen mit Dr.-Ing. Wilfried Schmitz<br />
Veranstalter<br />
Mehr Information und Online-Anmeldung unter<br />
www.energieeffizienz-thermoprozess.de<br />
Fax-Anmeldung: 0201 - 82 002 40 oder Online-Anmeldung: www.energieeffizienz-thermoprozess.de<br />
Ich bin elektrowärme-Abonnent<br />
Ich zahle den regulären Preis<br />
Ich komme auf Empfehlung von Firma: ..........................................................................................................................................................................<br />
Workshops (bitte nur ein Workshop wählen):<br />
Workshop 1 Eisenmetalle oder Workshop 2 Nichteisenmetalle<br />
Vorname, Name des Empfängers<br />
Telefon<br />
Telefax<br />
Firma/Institution<br />
E-Mail<br />
Straße/Postfach<br />
Land, PLZ, Ort<br />
Nummer<br />
✘<br />
Ort, Datum, Unterschrift
E r f a h r u n g s b e r i c h t e<br />
Wärmebehandlungsanlage für neues<br />
Achtgang-Automatikgetriebe<br />
In der Fertigung von ZF-Friedrichshafen<br />
in Saarbrücken laufen Komponenten wie<br />
Hohlräder für das aktuelle Achtgang-Automatikgetriebe<br />
von ZF (8HP) vom Band.<br />
Das Getriebe wurde vor kurzem durch<br />
den PACE-Award der Amerikanischen<br />
Automobil-Presse ausgezeichnet. Es hat<br />
einen besonders guten Wirkungsgrad<br />
(6 % Verbrauchsminderung allein durch<br />
die intelligente Getriebe-Auslegung) und<br />
ist für ein weites Einsatzspektrum vordefiniert.<br />
So ermöglicht das ZF-intern 8HPgenannte<br />
Getriebe die Integration von<br />
Allradantrieb und Anfahrkupplung, Starter-Generator<br />
samt Stop-Start-Funktion<br />
sowie Hybrid-Funktionen für die Fahrzeuge<br />
mehrerer Baureihen.<br />
Gemeinsam mit den Experten für die<br />
Wärmebehandlung von Ipsen <strong>International</strong><br />
GmbH wurde die Fertigung in<br />
Saarbrücken speziell auf die Belange der<br />
neuen Getriebe-Generation vorbereitet.<br />
Hierbei war es notwendig, mehrere Forderungen<br />
unter einen Hut zu bringen,<br />
die angesichts der technischen Belange<br />
im Pflichtenheft leicht zu divergierenden<br />
Effekten hätten führen können. Die innovativ<br />
gestaltete Anlage läuft mit einem<br />
Nitrierverfahren unter Gas-Atmosphäre<br />
(Gas-Nitrocarburieren). Dieses wurde<br />
von Ipsen unter dem Begriff „Nikotrieren“<br />
bereits vor Jahren erfolgreich zum<br />
Patent angemeldet.<br />
Die neue Nikotrier-Anlage in Saarbrücken<br />
arbeitet unter Gasgemisch-Atmosphäre<br />
mit dem Kohlenstoff-Träger Endogas,<br />
das zur geeigneten Anreicherung<br />
mit Stickstoff durch Ammoniak speziell<br />
eingestellt ist. Die komplette Wärmebehandlungs-Anlage<br />
von Ipsen wurde<br />
darauf ausgerichtet, neue Leistungen zu<br />
folgenden technischen Daten des Pflichtenhefts<br />
abzuliefern:<br />
– Arbeitstemperatur 570-580 °C<br />
– Taktzeit pro Ofen unter 22,5 Minuten<br />
– Chargengewicht > 630 kg/h<br />
(nach komplettem Ausbau auf acht<br />
Bahnen)<br />
– die Werkstücke, feinverzahnte Hohlräder<br />
aus niedrig legiertem Werkzeugstahl,<br />
sollen frei von Nacharbeit aus der<br />
Wärmebehandlung kommen<br />
– Maßgenauigkeit und Oberflächengüte<br />
folgen den höchsten Standards der<br />
Fertigungsindustrie für Zahnräder im<br />
Getriebebau<br />
– gefordert sind gesicherte Prozess-<br />
Schritte für die folgenden vier Verfahrens-Segmente:<br />
– Voroxidieren<br />
– Nikotrieren/Nitrocarburieren<br />
– Schutzgaskühlen<br />
– Nachkühlen<br />
Die Experten von Ipsen schufen hierzu<br />
ein Anlagen-Layout, welches die Kombination<br />
von zwei Durchstoßöfen mit<br />
jeweils zwei Durchlaufbahnen für die<br />
Werkstücke vorsieht (Stand 2011). Als<br />
Heizelemente für alle vier Durchstoßbahnen<br />
kommen spezielle Recon ® -<br />
Gasbrenner zum Einsatz, die für extrem<br />
enge Temperatur-Toleranzen im Sinne<br />
einer optimalen Reproduzierbarkeit der<br />
einzelnen Verfahrensschritte sorgen. Zusätzlich<br />
ist die gesamte Anlage darauf<br />
ausgelegt, mit Hilfe der Ipsen Nitro-Prof-<br />
Prozess-Steuerung den Verbrauch an<br />
Ammoniak-Gas auf ein Minimum zu reduzieren<br />
und so die Verfahrenskosten zu<br />
optimieren. Durch die exakte Kenngrößen-Aufnahme<br />
mittels der Prozessteuerungs-Software<br />
Ipsen Nitro-Prof wird<br />
zudem die Reproduzierbarkeit sämtlicher<br />
Verfahrensschritte erreicht. Zusätzlich<br />
fließen die Prozessdaten in eine Zyklusund<br />
Chargen-Dokumentation ein. Diese<br />
Dokumentation erfüllt alle Anforderungen<br />
der AMS 2750 D, 2759 6B, 2759<br />
10A sowie der CQI9.<br />
Die Ipsen-Anlage bei ZF Saarbrücken<br />
besteht aus einem Voroxidationsofen,<br />
der für je zwei doppelbahnige Nitrocarburieröfen<br />
alle Chargen vorbehandelt,<br />
sowie aus den eigentlichen Nitrocarburieröfen.<br />
Jeder Ofen hat einen Nitrocarburier-<br />
und einen Kühlbereich, die durch<br />
eine Tür voneinander getrennt sind.<br />
Am Eingang zum Nitrocarburier-Bereich<br />
sowie am Ausgang des Kühlbereiches<br />
sind Vakuumschleusen installiert. Diese<br />
Vakuumschleusen dienen zum einen<br />
der Anlagensicherheit, zum anderen<br />
aber auch einer Verkürzung der Prozesszeit,<br />
nachdem durch das Evakuieren<br />
und Stickstoff-Fluten der Schleusen eine<br />
langwierige Stickstoffspülung entfallen<br />
kann. Nach dem Verlassen des Nitrocar-<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011 193
E r f a h r u n g s b e r i c h t e<br />
burier-Ofens werden die Chargen auf<br />
separat ausgelegten Kühlplätzen bis zur<br />
gewünschten Endtemperatur abgekühlt.<br />
Im Nitrocarburierprozess wird mittels des<br />
HydroNit–Sensors der Wasserstoffgehalt<br />
der Ofenatmosphäre permanent direkt<br />
im Ofenraum gemessen. Mit diesem<br />
Wert, sowie den Daten der<br />
Gas-Atmosphäre wird die<br />
aktuelle Nitrierfähigkeit der<br />
Ofenatmosphäre berechnet.<br />
Bei Bedarf kann diese auch<br />
über die Massendurchflussregler<br />
in den einzelnen Gassträngen<br />
der Mischbatterie<br />
variiert werden. Durch diese<br />
Regelung ist es möglich,<br />
den Ammoniakverbrauch<br />
auf ein Minimum zu reduzieren<br />
und somit auch die<br />
Betriebskosten deutlich zu<br />
senken.<br />
Als Ergebnis des Nikotrier-Prozesses stellt<br />
sich an der Oberfläche der Werkstücke<br />
ein Härtewert von 550 bis 650 HV1 ein<br />
– je nach Werkstoff. Zusammen mit der<br />
erzeugten Verbindungsschicht werden<br />
damit die gewünschten Verschleiß- und<br />
Laufeigenschaften mitsamt der zugehörigen<br />
Festigkeitswerte erreicht. Besonders<br />
hervorzuheben ist hier, dass – im Gegensatz<br />
zum Einsatzhärten – durch die<br />
Nitrocarburier-Behandlung keine oder<br />
nur minimale Verzüge erzeugt werden,<br />
nachdem es während des Prozesses weder<br />
zu einer Gefüge-Umwandlung noch<br />
zu extremen thermischen Spannungen<br />
innerhalb der Werkstücke kommt. Aus<br />
diesem Grund kann aufwendiges Nacharbeiten<br />
oder Waschen der Bauteile entfallen,<br />
wie es vom eigentlichen Einsatzhärten<br />
her üblicherweise erforderlich ist.<br />
Damit stehen die Bauteile sofort im weiteren<br />
Fertigungsprozess zur Verfügung.<br />
Bei dem beschriebenen Verfahren des<br />
Nikotrierens handelt es sich um einen<br />
Härteprozess ohne Abkühlung und ohne<br />
Gefügeumwandlung. Das verzugsarm<br />
arbeitende Verfahren eignet sich daher<br />
besonders für komplexe, dünnwandige<br />
Bauteile wie im vorliegenden Fall<br />
die Hohlräder für das neue Automatikgetriebe<br />
8HP von ZF. www.ipsen.de.<br />
Kälte aus dem Industrieofen reduziert<br />
CO 2<br />
-Emission<br />
Wenn man von Öfen spricht, denkt man<br />
naturgemäß an Wärme. Kälte kommt nie<br />
aus Öfen, oder doch? In vielen Fabriken<br />
ist es meist warm genug; insbesondere<br />
in südlich gelegenen Ländern, in welche<br />
Fertigungsstandorte aus Gründen der<br />
Lohnkosten häufig verlagert werden.<br />
Eine ungewöhnliche Aussage kommt<br />
von der Firma Schwartz aus Simmerath.<br />
Die Firma behauptet, „Kälte, die aus<br />
dem Ofen kommt“ auch von bereits<br />
installierten Ofenanlagen, bereitstellen<br />
zu können. Das klingt nach einem Perpetuum-Mobile<br />
und ist damit entgegen<br />
geltender physikalischer Gesetze. Aber<br />
das Patentamt München hat die Patentanmeldung<br />
bestätigt.<br />
Der weltweit operierende Hersteller von<br />
Wärmebehandlungsanlagen aus Simmerath<br />
bei Aachen zeigt ein neuartiges<br />
System, das die Abwärme eines Industrieofens<br />
nutzt. Nicht wie üblich, indem<br />
ohnehin bereits überschüssiges warmes<br />
Wasser erzeugt wird oder über Wärmetauscher<br />
die Werkhalle geheizt wird,<br />
sondern das Unternehmen nutzt eine<br />
speziell für die aus Industrieöfen austretende<br />
Abgase konzipierte Absorptions-<br />
Kältetechnik. Die Anlage kann platzsparend<br />
oberhalb des Ofens angeordnet<br />
werden.<br />
Typischer Beispielswert: aus dem thermischen<br />
Wärmeinhalt der Ofenabgase von<br />
ca. 800 kW auf einem Temperaturniveau<br />
von ca. 550 °C ist eine Kälteleistung von<br />
ca. 350 kW bei ca. 5 °C gewinnbar.<br />
Dabei wird das Ofenabgas auf ca. 150 °C<br />
abgekühlt. Das Kaltwasser kann dann<br />
zur Klimatisierung von Arbeitsräumen<br />
oder für Kühlprozesse z. B. in Presshärtewerkzeugen<br />
und Wärmetauschern<br />
von Kühlzonen benutzt werden. Die<br />
Kältemaschine hat einen Stromanschluss<br />
von ca. 3 kW für die interne gekapselte<br />
Umwälzpumpe. Würde diese Kälteleistung<br />
mit einer üblichen Kompressionsanlage<br />
erzeugt, wären ca. 150 kW Leistungsanschluss<br />
erforderlich. Bei einer<br />
jährlichen Betriebszeit von 6.000 h und<br />
0,12 € /kWh bedeutet das ca. Stromkosten<br />
von ca. 108.000 € /a. Für die<br />
Schwartzsche Lösung sind lediglich<br />
ca. 2.100 € /a fällig. Bei einer Investitionssumme<br />
von ca. € 150.000 wäre<br />
eine Amortisation innerhalb zwei Jahren<br />
fällig. Der Vollständigkeit halber muss<br />
der in jedem Fall erforderliche Wärmetauscher<br />
sowie die ortsbedingte Verrohrung<br />
noch berücksichtigt werden.<br />
CO 2<br />
COOL ® reduziert den CO 2<br />
-Ausstoß.<br />
Geht man von 0,6 kg CO 2<br />
/ kWh im<br />
deutschen Strommix aus, so spart eine<br />
einzige CO 2<br />
COOL ® -Anlage mehr als<br />
500 t CO 2<br />
/a. Laut Fraunhofer Institut<br />
Karlsruhe betrug der Energieverbrauch<br />
der Industrieöfen in 2005 in<br />
Deutschland 810 PJ = 0,225 x 106 GWh/a.<br />
Wenn 1 % der Abgase der Industrieöfen<br />
in Kälte umgesetzt werden würden,<br />
sparte das 125.000 t CO 2<br />
/a allein in<br />
Deutschland.<br />
www.schwartz-wba.de und www.oni.de<br />
194<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (59) Nr. 3/2010
I m Profil<br />
Rubrik: Im Profil<br />
In regelmäßiger Folge stellen wir Ihnen an dieser Stelle die wichtigsten Institutionen und Organisationen im Bereich<br />
der industriellen Gasanwendungstechnik vor. In dieser Ausgabe zeigt sich der Lehrstuhl und Bereich Verbrennungstechnik<br />
im Engler-Bunte-Institut, Karlsruher Institut für Technologie, Universität Karlsruhe (TH) im Profil.<br />
Lehrstuhl und Bereich Verbrennungstechnik<br />
im Engler-Bunte-Institut am<br />
Karlsruher Institut für Technologie<br />
Zur Geschichte und zum Umfeld<br />
Im Jahr 2009 wurde die Idee von der<br />
Verschmelzung der Universität Karlsruhe<br />
(TH) mit dem Forschungszentrum Karlsruhe<br />
zum Karlsruher Institut für Technologie<br />
(KIT) vollständig Wirklichkeit. Seit<br />
dem 1. Oktober 2009 existiert das Karlsruher<br />
Institut als „legal entity“, und die<br />
Pläne, mit denen die Universität Karlsruhe<br />
(TH) im Wettbewerb um die Förderung<br />
von Exzellenz-Universitäten erfolgreich<br />
war, wurden zum größten Teil<br />
umgesetzt. Mittlerweile sind die Strukturen<br />
eingerichtet, in denen in Zukunft<br />
Lehre, Weiterbildung und Forschung auf<br />
höchstem Niveau durchgeführt werden<br />
sollen. Die Schwerpunktsetzung des KIT<br />
als ein internationales Zentrum der Energieforschung<br />
ist sichtbar geworden und<br />
hat im KIT-Zentrum Energie eine entsprechende<br />
Struktur. Insgesamt sind im KIT-<br />
Zentrum Energie ca. 1.200 Mitarbeiter<br />
zusammengefasst, die über ein jährliches<br />
Budget von ca. € 120 Mio. verfügen. Das<br />
Engler-Bunte-Institut ist wichtiger Teil<br />
des KIT-Zentrums Energie für die Bereiche<br />
Energieumwandlung und Erneuerbare<br />
Energien.<br />
Das Engler-Bunte-Institut am Karlsruher<br />
Institut für Technologie ist hervorgegangen<br />
aus der ehemaligen „Lehr- und<br />
Versuchsgasanstalt“ (1907 - 1919), die<br />
wiederum in das „Gasinstitut“ (1919 -<br />
1959) bzw. das „Institut für Gastechnik,<br />
Feuerungstechnik und Wasserchemie“<br />
(1959 - 1971) überführt wurde. Wesentlich<br />
für diese nun mehr als hundertjährige<br />
Entwicklung ist die enge Verbindung<br />
zur Praxis, die dadurch zum Ausdruck<br />
kommt, dass die „Lehr- und Versuchsgasanstalt“<br />
und später das „Gasinstitut“<br />
zwar wirtschaftlicher Besitz des<br />
Deutschen Vereins von Gas- und Wasserfachmännern<br />
(DVGW, heute: Deutscher<br />
Verein des Gas- und Wasserfach e. V.)<br />
waren, ihre Leiter aber in Personalunion<br />
Lehrstuhlinhaber an der Technischen<br />
Hochschule Karlsruhe. Im Jahr 1959<br />
wurde das Gasinstitut ein staatliches<br />
Hochschulinstitut mit der entsprechenden<br />
personellen und baulichen Ausstattung,<br />
wobei die in der Zwischenzeit<br />
eingetretenen Veränderungen durch<br />
die Gründung einer Abteilung für Wasserchemie<br />
und die Namensgebung des<br />
Instituts: Gastechnik, Feuerungstechnik<br />
und Wasserchemie berücksichtigt wurden.<br />
Seit 1971 schließlich führt das Institut<br />
den Namen „Engler-Bunte-Institut“.<br />
Die enge Verbindung zum DVGW und<br />
damit zur Praxis des Gas- und Wasserfaches<br />
äußert sich darin, dass die jeweiligen<br />
Lehrstuhlinhaber, gegenwärtig<br />
„Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie“,<br />
„Verbrennungstechnik“<br />
und „Wasserchemie und Wassertechnologie“<br />
auch in Personalunion Leiter der<br />
fachlich entsprechenden Bereiche einer<br />
Forschungsstelle des DVGW im Engler-<br />
Bunte-Institut sind.<br />
Der Lehrstuhl und Bereich „Verbrennungstechnik“<br />
(früher: „Technische<br />
Gasverwendung und Industrieofenbau“,<br />
Johannes Körting, „Feuerungstechnik“,<br />
Rudolf Günther, Wolfgang Leuckel) umfasst<br />
gegenwärtig zwei Professuren. Dem<br />
Bereich zugeordnet ist der entsprechende<br />
Bereich der DVGW-Forschungsstelle<br />
am Engler-Bunte-Institut sowie eine Forschungsstelle<br />
für Brandschutztechnik.<br />
Bild 1: Lehrstuhl und Bereich Verbrennungstechnik am Engler-Bunte-Institut am Karlsruher Institut<br />
für Technologie<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011 195
I m Profil<br />
Die Struktur des Bereiches Verbrennungstechnik<br />
mit den Professoren Dr.-<br />
Ing. Henning Bockhorn und Dr.-Ing.<br />
Nikolaos Zarzalis zeigt Bild 1. Professor<br />
Bockhorn ist ebenfalls Sprecher des<br />
DFG-Sonderforschungsbereiches „Instationäre<br />
Verbrennung: Transportphänomene,<br />
Chemische Reaktionen, Technische<br />
Systeme“ und Sprecher des Topic<br />
„Energieumwandlung“ im KIT-Zentrum<br />
Energie.<br />
Lehre<br />
Die im Bereich Verbrennungstechnik angebotenen<br />
und durchgeführten Lehrveranstaltungen<br />
stellen ebenso die Energieumwandlung<br />
durch Verbrennung unter<br />
den Aspekten Erhöhung der Effizienz,<br />
Schonung der Ressourcen, Reduzierung<br />
der Kosten, Risiken und Schadstoffemissionen<br />
in den Mittelpunkt. Erkenntnisse<br />
aus der Forschung können unmittelbar<br />
in der Lehre vermittelt werden. Hierbei<br />
wird auch auf die Umsetzung des erlernten<br />
Stoffes in technische Problemstellungen<br />
Wert gelegt, z. B. im Rahmen der<br />
„Hochtemperaturtechnik“ mit entsprechenden<br />
Exkursionen.<br />
Im Weiterbildungsstudiengang „Utilities<br />
and Waste – Sustainable Processing“<br />
(Organisator Prof. Zarzalis), an dem auch<br />
die anderen Lehrstühle des Engler-Bunte-Instituts<br />
beteiligt sind, wurde vom Bereich<br />
Verbrennungstechnik der verbrennungs-<br />
und abfalltechnisch relevante Teil<br />
der Vorlesungen bestritten. Dieser Studiengang<br />
wurde im Jahr 2010 vom Centrum<br />
für Hochschulranking CHE evaluiert<br />
und im Gesamtindikator „<strong>International</strong>e<br />
Orientierung“ in der Spitzengruppe angeordnet.<br />
Auch das Feed-Back des Deutschen<br />
Akademischen Austausch Dienstes<br />
(DAAD) war äußerst positiv, sodass für<br />
den in 2010 neu begonnenen Jahrgang<br />
erneut Stipendien bewilligt wurden. Die<br />
Studenten des zweiten Jahrgangs konnten<br />
im Jahr 2010 mit großem Erfolg den<br />
Studiengang abschließen, wobei ein<br />
Student bereits eine Promotionsstelle an<br />
der Fakultät für Chemieingenieurwesen<br />
und Verfahrenstechnik aufgenommen<br />
hat und zwei weitere Studenten eine<br />
Promotion anstreben. Ein Student des<br />
bereits 2009 beendeten Studienganges<br />
wurde an der University of Maine Graduate<br />
School, USA als Stipendiat aufgenommen.<br />
Von den Dozenten des SFB 606 wird eine<br />
zweisemestrige Ringvorlesung durchgeführt,<br />
in der einzelne Dozenten des SFB<br />
Teilgebiete der Verbrennung für einen<br />
breiten Interessentenkreis aufbereiten<br />
und Erkenntnisse diesbezüglich weitergeben.<br />
Exkursionen für Studierende: Im Rahmen<br />
der Vorlesung „Hochtemperaturverfahrenstechnik“<br />
(Prof. Zarzalis) wurde eine<br />
Exkursion für Studierende zu einer Firma<br />
aus dem Bereich Energieumwandlung /<br />
Hoch temperatur ver fahrens technik, der<br />
IBU-tec advanced materials AG in Weimar,<br />
durchgeführt. Im Rahmen der Vorlesung<br />
„Spezielle Probleme der Kraftwerkstechnik“<br />
(Dr. Walz) wurde eine<br />
Exkursion zum Kernkraftwerk in Philippsburg<br />
durchgeführt.<br />
Forschung<br />
Die Forschungsaktivitäten im Bereich<br />
Verbrennungstechnik des Engler-Bunte-<br />
Instituts orientieren sich an den drängenden<br />
Problemen der Deckung des<br />
steigenden Energiebedarfs durch fossile<br />
und erneuerbare Rohstoffe: Entwicklung<br />
schadstoffarmer Verbrennungskonzepte<br />
für Fluggasturbinen und stationäre<br />
Gasturbinen, Emission von Schadstoffen<br />
aus der Verbrennung fossiler und in<br />
verstärktem Maße auch nicht-fossiler,<br />
erneuerbarer Brennstoffe, Entwicklung<br />
von Alternativen zum Einsatz von fossilen<br />
Brennstoffen, energetische Verwertung<br />
von Biomassen, Emission von Lärm<br />
aus Verbrennungsprozessen, Methoden<br />
zur mathematischen Modellierung und<br />
Vorausberechnung von Verbrennungsvorgängen<br />
und -einrichtungen, Optimierung<br />
von Verbrennungsverfahren. Die<br />
entsprechenden Forschungsvorhaben<br />
werden in einer Reihe von internationalen<br />
und nationalen Verbundvorhaben<br />
und direkten Industriekooperationen<br />
durchgeführt. Ein breites Standbein der<br />
Forschungsaktivitäten bildet der von<br />
der Deutschen Forschungsgemeinschaft<br />
(DFG) geförderte Sonderforschungsbereich<br />
Instationäre Verbrennung: Transportphänomene,<br />
Chemische Reaktionen,<br />
Technische Systeme (SFB 606), an<br />
dem Institute aus vier Fakultäten des<br />
KIT sowie dem Deutschen Zentrum für<br />
Luft- und Raumfahrt DLR, Stuttgart beteiligt<br />
sind. Mit insgesamt sechs laufenden<br />
Projekten wird vom Bereich Verbrennungstechnik<br />
in der abschließenden<br />
dritten Förder periode wieder ein wesentlicher<br />
Anteil der Forschungsarbeiten in<br />
den Bereichen Selbstzündung (A3), der<br />
grundlagenorientierten Beschreibung<br />
der turbulenten Flammenausbreitung<br />
(A9, B8), Beschreibung von Emissionen<br />
und der Rußbildung (C4, C7) sowie der<br />
Minimierung von Flammeninstabilitäten<br />
(Z02) übernommen. Instationäre Vorgänge<br />
bei der Verbrennung wirken sich<br />
über die Schwankung des Strömungsund<br />
Druckfeldes auch auf die Emission<br />
von Lärm aus. Konsequenterweise wurden<br />
daher im Verbundprojekt Verbrennungslärm<br />
der DFG zusammen mit drei<br />
weiteren Instituten der RWTH Aachen,<br />
der TU Berlin und der TU Darmstadt die<br />
Entstehungsmechanismen des Verbrennungslärms<br />
untersucht. Im Rahmen der<br />
ebenfalls von der DFG geförderten Forschergruppe<br />
Anwendung monolithischer<br />
Netzwerkstrukturen in der Verfahrenstech<br />
nik (FOR 583) wird in der nunmehr<br />
zweiten Förderperiode mit zwei Teilprojekten<br />
die Anwendung von keramischen<br />
Schwämmen für die Stabilisierung<br />
von Verbrennungssystemen untersucht.<br />
Darüber hinaus ist als Großverbundforschungsvorhaben<br />
die Initiative Kraftwerke<br />
des 21. Jahrhunderts aufzuführen.<br />
Diese Initiative der Länder Baden-Württemberg<br />
und Bayern und der Industrie<br />
geht inzwischen in die zweite fünfjährige<br />
Förderperiode und es werden in diesem<br />
Rahmen aktuell in zwei Teilprojekten Untersuchungen<br />
sowohl experimentell als<br />
auch numerisch für einen Brenner durchgeführt,<br />
der in einer Querströmung mit<br />
Restsauerstoffgehalt aufgrund hoher<br />
Scherraten eine abgehobene Verbrennung<br />
mit geringer Schadstoffbildung<br />
und gleichzeitig hoher Resistenz gegen<br />
Flammenschwingungen ermöglicht. In<br />
einem Projekt der DFG Forschergruppe<br />
Physico chemical-based Models for the<br />
Prediction of safety-relevant Ignition Processes<br />
(FOR 1447) wird die Zündbarkeit<br />
brennbarer Gase durch heiße Partikel<br />
mit einem Durchmesser von bis zu 1 mm<br />
erforscht. Die Arbeiten fokussieren sich<br />
dabei auf die Untersuchung der Wechselwirkungen<br />
zwischen den jeweiligen<br />
Parametern und Prozessen, welche die<br />
Zündung beeinflussen.<br />
Im Schwerpunktprogramm 1299 Adaptive<br />
Oberflächen für Hochtemperatur-<br />
Anwendungen der DFG wird in einem<br />
Projekt die kontrollierte Erzeugung<br />
von Oberflächenstrukturen untersucht.<br />
Das Hauptziel des Vorhabens ist die<br />
Entwicklung neuartiger Silizium oxidkarbid-Beschich<br />
tun gen, die adaptive<br />
Oberflächen eigenschaften aufweisen<br />
und in ihrer Struktur Haifischhaut imitieren.<br />
Diese Oberflächeneigenschaften<br />
resultieren aus dem Vorhandensein<br />
biegsamer Fasern an der Oberfläche,<br />
deren Ausrichtung sich mit der Temperatur<br />
ändert. Ein besonders grundlegender<br />
Ansatz für die Behandlung<br />
196<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
I m Profil<br />
des Energieproblems wird im Verbundprojekt<br />
SOLAR2FUEL mit der Energie<br />
Baden-Württemberg EnBW, der BASF<br />
SE, der Universität Heidelberg und der<br />
Ludwigs-Maximilian Universität München<br />
verfolgt. In diesem Projekt wird<br />
eine neuartige Technologie für die chemische<br />
Umwandlung von Kohlenstoffdioxid<br />
(CO 2<br />
) in Wertprodukte mit Hilfe<br />
von Sonnenlicht untersucht. Im Fokus<br />
steht die Gewinnung von Methanol als<br />
klimaneutralen Kraftstoff für Verbrennungsmotoren<br />
oder Brennstoffzellen.<br />
Die stoffliche Verwertung von CO 2<br />
aus<br />
stationären Quellen könnte dabei einen<br />
wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen<br />
Energiewirtschaft und der Vermeidung<br />
von klimaschädlichen CO 2<br />
-Emissionen<br />
leisten. Ebenso in Zusammenarbeit mit<br />
EnBW und der Forschungsorganisation<br />
EIfER (European Institute for Energy Research)<br />
wird im Projekt Green Coal die<br />
Karbonisierung kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe<br />
experimentell hinsichtlich der<br />
technischen Durchführung untersucht.<br />
Untersucht werden hierbei Biomassen<br />
wie z. B. Holz, Stroh, Grasschnitt etc.<br />
und Reststoffe wie z. B. Fruchtschalen<br />
und Treber aus der Getränkeindustrie<br />
oder auch Klärschlämme.<br />
Im Rahmen europäischer Forschungsprojekte<br />
ist der Bereich Verbrennungstechnik<br />
vor allem an Verbundprojekten der<br />
Luftfahrt beteiligt: Im Rahmen von NE-<br />
WAC (New Aero Engine Core Concepts)<br />
werden vier innovative Konzepte der<br />
Fluggasturbinen untersucht und bezüglich<br />
ihres Potenzials zur Schadstoffminderung<br />
und Effizienz beurteilt. Das Exzellenznetzwerk<br />
ECATS (Environmentally<br />
Compatible Air Transport Systems) beschäftigt<br />
sich als Expertengruppe ausgehend<br />
vom Antrieb über das Nahfeld der<br />
Turbine und der lokalen Beeinflussung<br />
der Luftqualität bis zu globalen Auswirkungen<br />
des Luftverkehrs auf die Umwelt.<br />
Dabei werden im Rahmen eines virtuellen<br />
Brennstoffzentrums unter anderem<br />
spezielle Kenngrößen alternativer und<br />
biogener Brennstoffe für die Luftfahrt<br />
untersucht. Auf technologische Aspekte<br />
wie Anwendbarkeit solcher Brennstoffe<br />
fokussiert sich auch das Projekt ALFA-<br />
BIRD (Alternative Fuels and Biofuels for<br />
Aircraft Development), in dem Kenngrößen<br />
turbulenter Verbrennung alternativer<br />
Brennstoffe unter erhöhtem Druck<br />
untersucht werden. Die Erweiterung des<br />
bereits vorhandenen Wissensstandes für<br />
Einzelaspekte mit Bezug zu Zündung,<br />
Akustik und Instabilitäten ist das Thema<br />
des europäischen Verbundprojektes<br />
KIAI (Knowledge for Ignition, Acoustics<br />
and Instabilities), wobei der Bereich Verbrennungstechnik<br />
sich mit der Aufgabe<br />
des Wiederzündens unter Höhenbedingungen<br />
beschäftigt. Auch mit dem Ziel<br />
des europäisch finanzierten Projekts<br />
TECC-AE (Technologies Enhancement<br />
for Clean Combustion in Aero Engines),<br />
dem Design und der Entwicklung eines<br />
neuen Ultra Low NO X<br />
Einspritzsystems<br />
für Gasturbinen, wird auf die nachhaltige<br />
Nutzung der Energie in der Luftfahrt<br />
hingearbeitet.<br />
Laufende wissenschaftliche<br />
Arbeiten<br />
Der folgende Überblick streift zwei Forschungsvorhaben<br />
aus dem Bereich der<br />
Verbrennungstechnik, in denen im Jahr<br />
2010 Dissertationen abgeschlossen wurden.<br />
Aus Platzgründen kann keine vollständige<br />
Übersicht gegeben werden.<br />
Hierzu sei auf direkte Kontakte hingewiesen,<br />
die sich einfach über die Internetadresse<br />
http://www.vbt.uni-karlsruhe.de<br />
herstellen lassen.<br />
Modellierung des dreidimensionalen<br />
Strahlungswärmeaustauschs<br />
in Verbrennungsräumen<br />
mittels Monte-Carlo-Methode<br />
Der Strahlungswärmeaustausch stellt<br />
bei Hochtemperaturprozessen den dominierenden<br />
Wärmeübertragungsmechanismus<br />
dar. Der Einfluss der genauen<br />
Vorhersage des Strahlungsaustauschs<br />
auf die Berechnungsergebnisse eines<br />
simulierten Verbrennungssystems wird<br />
besonders bei den sich ergebenden<br />
Flammentemperaturen und Wandtemperaturen<br />
ersichtlich. Zudem werden<br />
durch die Rückkopplung der Wärmestrahlung<br />
mit dem Strömungsfeld auch<br />
die Mischungs- und reaktionskinetischen<br />
Prozesse in einer Flamme durch den<br />
Strahlungswärmeaustausch beeinflusst.<br />
Bild 2: Aus gemessenen Temperatur- und Konzentrationsverteilungen berechnete Strahlungsintensität<br />
im Vergleich mit gemessenen Werten<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011 197
I m Profil<br />
Die bei Verbrennungsprozessen maßgeblichen<br />
strahlungsaktiven Rauchgaskompo<br />
nenten sind Kohlendioxid und<br />
Wasserdampf sowie Kohlenmonoxid.<br />
Die einzelnen Gase strahlen in diskreten<br />
Spektralbanden, die je nach Molekül<br />
stärker oder schwächer ausfallen und<br />
sich gegenseitig überlagern können. Die<br />
einzelnen Strahlungsbanden sind in eine<br />
Vielzahl von Spektrallinien unterteilt.<br />
Um ein aufwändiges line-by-line Berechnungs<br />
verfahren zu vermeiden, wurde bei<br />
den durchgeführten Berechnungen zur<br />
Erfassung des spektralen Charakters der<br />
Strahlungseigenschaften ein Statistical-<br />
Narrow-Band Ansatz zur Modellierung<br />
verwendet.<br />
Werden rußende Flammen betrachtet,<br />
kann die durch den Flammenruß abgegebene<br />
Strahlungswärme deutlich<br />
größer als die der Verbrennungsgase<br />
werden. Zur korrekten Vorhersage der<br />
Strahlungsintensität ist es notwendig,<br />
die Strahlungseigenschaften von Ruß<br />
ebenfalls spektral zu modellieren. Für<br />
die untersuchten Propanflammen konnte<br />
mit dem verwendeten Ansatz eine<br />
sehr gute Übereinstimmung zwischen<br />
gemessenen und berechneten Intensitätsspektren<br />
erzielt werden (Bild 2).<br />
Wegen unterschiedlicher Rußformen<br />
und der Veränderung der Rußstruktur<br />
mit fortschreitendem Rußalter ist für die<br />
Charakterisierung der Strahlungseigenschaften<br />
von Flammenruß momentan<br />
keine für alle Brennstoffe allgemeingültige<br />
Modellierung verfügbar. Eine weitere<br />
Vertiefung der Untersuchungen der<br />
Strahlungseigenschaften des Rußes kann<br />
zukünftig die Vorher sage qualität der<br />
Wärmeabgabe rußender Flammen verbessern.<br />
Zur Berechnung des Strahlungswärmeaustauschs<br />
wurde ein statistisches<br />
Lösungs verfahren verwendet. Das zur Lösung<br />
der Strahlungstransportgleichung<br />
entwickelte, dreidimensionale Monte-<br />
Carlo-Berechnungsverfahren beruht<br />
auf grund lagenorientierten Ansätzen.<br />
Diesem Verfahren liegt die Annahme zugrunde,<br />
dass sich Strahlung in Form einzelner<br />
Energiebündel, die entlang zufällig<br />
ermittelter Raum richtungen und bei<br />
zufällig ermittelten Wellenlängen emittiert<br />
werden, modellieren lässt. Mit dieser<br />
Annahme kann man auf Lösen eines Differenzialgleichungssystems<br />
verzichten.<br />
Stattdessen benötigt man einen Strahlenverfolgungsalgorithmus,<br />
welcher<br />
es ermöglicht, die einzelnen Energiebündel<br />
durch das Rechengitter zu verfolgen.<br />
Mit dem entwickelten Verfahren<br />
erfolgt die Ermittlung der Intensitätsabschwächung<br />
eines Energiebündels durch<br />
ein strahlungsaktives, emittierendes und<br />
absorbierendes, jedoch nicht streuendes<br />
Medium wahlweise mit grau modellierten<br />
oder spektral aufgelösten Strahlungseigenschaften.<br />
Streuungseffekte<br />
wurden im Rahmen dieser Arbeit nicht<br />
untersucht. Durch eine für die Strahlenverfolgungsprozedur<br />
geeignete Parallelisierung<br />
kann für eine hohe Anzahl an<br />
Energiebündeln das Berechnungsprogramm<br />
effizient betrieben werden. Eine<br />
weitere Steigerung der Effizienz des entwickelten<br />
Berechnungs verfahrens kann<br />
beispielsweise durch eine Optimierung<br />
des Vergröberungs verfahrens erreicht<br />
werden.<br />
Bild 3: Propanfreistrahlflamme: Vergleich der berechneten und gemessenen Temperaturen entlang<br />
der Symmetrieachse<br />
Anhand mehrerer akademischer Testfälle<br />
konnte die hohe Genauigkeit des vorgestellten<br />
Berechnungsverfahrens demonstriert<br />
werden. Im Vergleich zu den Lösungen<br />
anderer Berechnungsmethoden<br />
werden mit dem hier entwic-kelten Verfahren<br />
in allen unter suchten Fällen gut<br />
übereinstimmende Ergebnisse erzielt. Zur<br />
Untersuchung realer Flammen werden<br />
zur Ermittlung des Strahlungswärmeaustauschs<br />
sowohl Temperatur- als auch<br />
Speziesverteilung mit einem kommerziellen<br />
Strömungslöser ermittelt. Durch die<br />
Kopplung beider Berechnungsverfahren<br />
kann der Strahlungsquellterm beim Lösen<br />
der Energieerhaltungsgleichung berücksichtigt<br />
werden. Die durchgeführten<br />
Untersuchungen an zwei unterschiedlichen<br />
Propanflammen belegen die Eignung<br />
des beschriebenen Verfahrens zur<br />
Modellierung technischer Verbrennungssys-teme<br />
(Bild 3). Insbesondere hinsichtlich<br />
der berechneten Flammentemperaturen<br />
und Flammenlängen konnten sehr<br />
gute Übereinstimmungen mit entsprechenden<br />
Messdaten erzielt werden.<br />
Druckabhängigkeit der Stabilitätsgrenzen<br />
für das Auftreten<br />
periodischer Verbrennungsinstabilitäten<br />
in Gasturbinenbrennkammern<br />
Die in der Literatur beschriebenen und<br />
gemeinhin als Verbrennungsschwingungen<br />
bezeichneten Phänomene haben<br />
folgende, messbare, gemeinsame Eigenschaften:<br />
Jeweils werden zeit-periodische<br />
Schwan kungen des statischen Druckes<br />
in der Brennkammer beobachtet,<br />
welche bei einer oder mehreren diskreten<br />
Frequenzen auftreten. Abhängig von<br />
der auftretenden Amplitude und dem<br />
Druckübertragungsverhalten der stromauf<br />
des Brennermundes angeordneten<br />
Bauteile, können sich diese Schwankungen<br />
in dem Brenner vorgeschalteten<br />
Anlagenteile wie Luft- und Brennstoffzufuhr,<br />
Mischungseinheiten und Regeleinrichtungen<br />
hinein ausbreiten. Hierbei<br />
können sich, abhängig von den charakteristischen<br />
Zeitmaßen der zugrunde<br />
liegenden Rückkopplungsmechanismen,<br />
Schwingungen im Frequenzbereich von<br />
wenigen Hz bis hin zu mehreren kHz<br />
ausbilden. Das am häufigsten beobachtete<br />
und als niederfrequente, selbsterregte,<br />
periodische Verbrennungsinstabilität<br />
bezeichnete Phänomen gilt als selbsterhaltend<br />
und kann bei entsprechender<br />
Druckschwankung zu Schädigungen im<br />
Gesamtsystem führen. Bei ausreichend<br />
hoher Anregungsamplitude und geeigneter<br />
Phasenlage ist das Produkt aus<br />
Wärmefreisetzungsrate und Brennkammerdruck,<br />
integriert über die Schwin-<br />
198<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
I m Profil<br />
gungsperiode, größer Null. Zusätzlich<br />
muss sich für die Selbsterhaltung der<br />
Verbrennungsschwingung die zeitlichen<br />
Phasenverzugswinkel zwischen Massestromschwankung<br />
am Düsenaustritt,<br />
der Wärmefreisetzungsrate der Flamme<br />
und der Druckamplitude in der Brennkammer<br />
in Summe auslöschen. Ist nun<br />
ein Verbrennungssystem im einfachsten<br />
Fall bestehend aus Brenner, Flamme<br />
und Brennkammer vorgegeben, ist auch<br />
die Geometrie des Brenners und der<br />
Brennkammer festgelegt. Wenn somit<br />
das Übertragungsverhalten der Komponenten<br />
„Brenner“ und „Brennkammer“<br />
nahezu vorgegeben und identifiziert ist,<br />
liegt der verbleibende Freiheitsgrad zur<br />
Erfüllung der genannten Stabilitätskriterien<br />
zur Selbsterregung und -erhaltung<br />
von periodischen Verbrennungsinstabilitäten<br />
lediglich bei der Systemkomponente<br />
„Flamme“.<br />
Das dynamische, also das frequenzabhängige<br />
Verhalten von Vormischflammen<br />
in Arbeiten, auf welche die vorgestellten<br />
Untersuchungen aufbauen,<br />
konnte als eines, das entsprechend dem<br />
regelungstechnischen frequenzabhängigen<br />
Verlauf des idealen Totzeitgliedes<br />
entspricht, identifiziert werden. Weiterhin<br />
wurde gezeigt, dass diese regelungstechnische<br />
Totzeit im System Brenner-<br />
Flamme-Brennkammer einer physikalisch<br />
sinnvollen, flammeninternen Gesamtverzugszeit<br />
entspricht. Darauf basierend<br />
konnte bereits ein physikalisches Flammenmodell<br />
entwickelt und nachgewiesen<br />
werden, das die Vorhersage und<br />
Skalierung dieser Verzugszeit und damit<br />
die Skalierung der Schwingungsneigung<br />
des Gesamtsystems in Abhängigkeit aller<br />
technisch relevanten, feuerungstechnischen<br />
Betriebsparameter für atmosphärische<br />
Druckbedingungen ermöglicht.<br />
Das Ziel dieser Arbeiten war es, das in<br />
der Literatur vorgestellte, physikalische<br />
Modell für Hochdruckbedingungen unabhängig<br />
vom eingesetzten Brennstoff<br />
weiterzuentwickeln bzw. zu verifizieren<br />
und so ein Werkzeug zu entwickeln, das<br />
zukünftig die zuverlässige Vorhersage<br />
von periodischen Verbrennungsinstabilitäten<br />
bereits in der Konzeptionsphase<br />
von Verbrennungsanlagen wie der Gasturbine<br />
ohne zeit- und kostenintensive<br />
„trial & error“-Methoden ermöglichen<br />
kann.<br />
Dazu wurde ein Versuchbrenner entwickelt,<br />
mit dessen Hilfe die Betriebsparameter<br />
mittlere thermische Leistung,<br />
Gemischluftzahl, Vorwärmtemperatur,<br />
Bild 4: Phasendifferenzwinkel der Erdgas vormisch flammen unter erhöhtem Betriebsdruck bei Auftreten<br />
selbsterregter, periodischer Verbrennungsinstabilitäten<br />
sowie die theoretische Drallzahl der<br />
Brenneraustrittsströmung in weiten,<br />
technisch relevanten Bereichen stufenlos<br />
zu variieren waren. Damit konnte<br />
nachfolgend durch Messungen von<br />
Flammentransferfunktionen in Abhängigkeit<br />
dieser systematisch variierten,<br />
feuerungstechnischen Betriebsparameter,<br />
das aus der Literatur bekannte physikalische<br />
Modell zur Vorhersage und<br />
Skalierung des dynamischen Verhaltens<br />
von Vormischdrallflammen für dieses<br />
Verbrennungssystem und damit auch die<br />
Universalität des Modells für atmosphärische<br />
Druckbedingungen bestätigt werden.<br />
Weiterhin war es möglich, durch<br />
Variation des eingesetzten Brennstoffes<br />
(Methan – LP-, Ethan – LP-, Erdgas – H<br />
– LP-, und Kerosin – LPP – Flammen) die<br />
Skalierungsvorschrift zur Vorhersage der<br />
Flammenverzugszeit in Abhängigkeit der<br />
Brennstoffeigenschaften herzuleiten und<br />
erstmalig experimentell nachzuweisen.<br />
Darauf aufbauend konnte der nun auf<br />
Hochdruckbedingungen bis 20 bar skalierte<br />
Versuchsbrenner an die entwickelte<br />
Hochdruckbrennkammer adaptiert<br />
werden. Es wurden mittels der entwickelten<br />
Hochdruck-Pulsationseinheit<br />
erstmalig Messungen von Flammenfrequenzgängen<br />
unter Variation des mittleren<br />
Betriebsdruckes von P - Ek<br />
=1 ‐ 5 bar<br />
durchgeführt. Bei der Analyse dieser<br />
Messungen zeigte sich, dass als Funktion<br />
der Strouhalzahl alle Phasen- und<br />
Betragsfrequenzgänge unabhängig von<br />
ihrer Betriebsparameterkombination und<br />
ebenfalls unabhängig vom Versuchsbrenner<br />
mit der Phasenwinkelfunktion<br />
des idealen Totzeitgliedmodells zusammenfallen<br />
(Bild 4).<br />
In einem weiteren Schritt konnte anschließend<br />
das physikalische Flammenmodell<br />
analytisch mittels der Herleitung<br />
der Druckabhängigkeit der turbulenten<br />
Brenngeschwindigkeit für hochturbulente<br />
Vormischflammen erweitert werden.<br />
Dieses analytische Modell zur druckabhängigen<br />
Vorhersage des dynamischen<br />
Verhaltens von Vormischflammen wurde<br />
mit den erzielten Messergebnissen unter<br />
Fremdanregung (Flammentransferfunktionen)<br />
verglichen und bestätigt. Auch<br />
die Übertragbarkeit des entwickelten<br />
Skalierungsgesetzes zur Vorhersage des<br />
dynamischen Verhaltens von Vormischflammen<br />
unter Druck auf den Fall selbsterregter<br />
periodischer Verbrennungsinstabilitäten<br />
wurde darauf aufbauend<br />
nachgewiesen. Hierzu wurde das entwickelte<br />
Hochdruckverbrennungssystem zur<br />
Ausbildung von selbsterregten Druck-/<br />
Flammenschwingungen gebracht und<br />
die zugehörigen Betriebsparameterkombinationen<br />
in einer dreidimensionalen<br />
Stabilitätskarte dokumentiert.<br />
Aus der Analyse der Phasendifferenzwinkel<br />
zwischen Massestromschwankung<br />
am Düsenaustritt und der periodischen<br />
Wärmefreisetzungsrate der Flamme<br />
zeigte sich, dass im Falle selbsterregter,<br />
periodischer Verbrennungsinstabilitäten<br />
gemäß der beschriebenen Stabilitätskriterien<br />
ein konstanter kritischer Phasenwinkel<br />
vorherrscht, was bei vorliegender<br />
nahezu konstanter Schwingungsfrequenz<br />
nach dem Modell des idealen Totzeitgliedes<br />
einer konstanten Gesamtverzugszeit<br />
der Vormischflamme entspricht.<br />
Mit dem nun um den Einfluss des mittleren<br />
Betriebsdruckes erweiterten physikalischen<br />
Flammenmodell und der davon<br />
abgeleiteten Skalierungsvorschriften<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011 199
I m Profil<br />
Bild 5: Skalierungsgesetz für selbsterregte, periodische Verbrennungsinstabilitäten in Abhängigkeit<br />
aller relevanten Betriebsparameter<br />
konnten diese Gesamtverzugszeit der<br />
jeweiligen Vormischflamme in sehr guter<br />
Übereinstimmung berechnet werden<br />
(Bild 5).<br />
Ausgewählte Publikationen<br />
Charwath, M.; Hentschel, J.; Suntz, R.<br />
and Bockhorn, H.: Characterisation of<br />
the flame properties of moderately oscillating<br />
sooting methane-air diffusion<br />
flames. Combustion generated fine carbonaceous<br />
particles, H. Bockhorn, A.<br />
D’Anna, A. F. Sarofim, H. Wang (ed.),<br />
Karlsruhe, p. 589-604, 2010.<br />
Cárdenas, C.; Suntz, R. and Bockhorn,<br />
H.: Experimental Investigation of the<br />
Mixing-Process in a Jet-in-Crossflow<br />
Arrangement by Simultaneous 2d-LIF<br />
and PIV. Springer series on Heat and<br />
Mass Transfer, Micro and Macro Mixing,<br />
D. Mewes et al. (ed.), Berlin, Heidelberg,<br />
p. 87-103, 2010.<br />
Denev, J. A.; Fröhlich, J.; Falconi, C. J.<br />
and Bockhorn, H.: Direct Numerical Simulation,<br />
Analysis and Modelling of Mixing<br />
Processes in a Round Jet in Crossflow.<br />
Springer series on Heat and Mass<br />
Transfer, Micro and Macro Mixing, D.<br />
Mewes et al. (ed.), p. 143-164, 2010.<br />
Frassoldati, A.; Cuoci, A.; Faravelli, T.;<br />
Ranzi, E.; Colantuoni, S.; Martino, P. d.;<br />
Cinque, G.; Kern, M.; Marinov, S.; Zarzalis,<br />
N.; Costa, I. D. and Guin, C.: Fluid Dynamics<br />
and Detailed Kinetic Modelling of<br />
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UK, p. GT2010-22551, 2010.<br />
Galeazzo, F. C. C.; Donnert, G.; Habisreuther,<br />
P.; Zarzalis, N.; Valdes, R. J. and<br />
Krebs, W.: Measurement and Simulation<br />
of Turbulent Mixing in a Jet in Crossflow.<br />
Proceedings of ASME Turbo Expo 2010:<br />
Power for Land, Sea and Air (CDROM),<br />
ASME, p. GT2010-22709, 2010.<br />
Marinov, S.; Kern, M.; Merkle, K.; Zarzalis,<br />
N.; Peschiulli, N.; Turrini, F. and Sara,<br />
O. N.: On Swirl Stabilized Flame Characteristics<br />
Near the Weak Extinction Limit.<br />
Proceedings of ASME Turbo Expo 2010:<br />
Power for Land, Sea and Air (CDROM),<br />
ASME, June 14-18, Glasgow, UK, p.<br />
GT2010-22335, 2010.<br />
Matthes, S.; Erhardt, G.; Gierens, K.; Petzold,<br />
A.; Brok, P.; Hagström, M.; Helmis,<br />
C.; Isaksen, I. S.; Laroche, P.; Vancassel,<br />
X.; Lee, D.; Raper, D.; Panidis, T.; Mathioudakis,<br />
K.; Tsalavoutas, T.; Kurtenbach,<br />
R.; Wiesen, P.; Wilson, C.; Habisreuther,<br />
P.; Schäfer, K. and Zarzalis, N.:<br />
ECATS - Mission of Association for an<br />
environmentally compatible air transport<br />
system. DLR Deutsches Zentrum für Luftund<br />
Raumfahrt e.V. – Forschungsberichte,<br />
10, Deutsches Zentrum für Luft- und<br />
Raumfahrt e.V, p. 140-145, 2010.<br />
Reichert, D.; Montoya, A.; Liang, X.;<br />
Bockhorn, H. and Haynes, B. S.: Conformational<br />
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of Gaseous Levulinic Acid, Journal<br />
of Physical Chemistry A 114, Nr. 46, p.<br />
12323–12329, 2010.<br />
Vukadinovic, V.; Habisreuther, P. and<br />
Zarzalis, N.: Experimental Study on the<br />
Influence of Pressure and Temperature<br />
on the Burning Velocity and Markstein<br />
Number of Jet A-1 Kerosene. Proceedings<br />
of ASME Turbo Expo 2010: Power<br />
for Land, Sea and Air (CDROM), ASME,<br />
June 14-18, Glasgow, UK, p. GT2010-<br />
22535, 2010.<br />
Zhang, F.; Habisreuther, P.; Hettel, M. and<br />
Bockhorn, H.: Application of a Unified<br />
TFC Model to Numerical Simulation of a<br />
Turbulent Non-Premixed Flame. Proceedings<br />
of the 8th <strong>International</strong> ERCOFTAC<br />
Symposium on Engineering Turbulence<br />
Modelling and Measurements – ETMM8,<br />
2, European Research Collaboration on<br />
Flow Turbulence and Combustion, ER-<br />
COFTAC, June, 9-11, Marseilles, France,<br />
p. 681-686, 2010.<br />
Zhang, F.; Habisreuther, P.; Hettel, M.<br />
and Bockhorn, H.: Proceedings Application<br />
of a unified TFC model to numerical<br />
simulation of a lifted turbulent partially<br />
premixed flame. Euromech Fluid Mechanics<br />
Conference - 8, Bad Reichenhall,<br />
Germany, 13-16. Sept., 2010.<br />
Kontakt:<br />
Lehrstuhl und Bereich Verbrennungstechnik<br />
im Engler-Bunte-Institut,<br />
Karlsruher Institut für Technologie,<br />
Universität Karlsruhe (TH)<br />
Tel.: 0721/608-42571<br />
henning.bockhorn@kit.edu<br />
www.vbt.uni-karlsruhe.de<br />
www.gaswaerme-online.de<br />
200<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
T e c h n i k Aktuell<br />
Mobiles Gasanalysegerät prüft Schutzgas<br />
gemäß CQI 9-Leitfaden<br />
In Härterei-Öfen gibt es viele<br />
Fehlerquellen für die Atmosphären-Zusammensetzung,<br />
die dazu führen können, dass<br />
Werkstücke nicht mehr die<br />
gewünschten Eigenschaften<br />
aufweisen. Die Avion Europa<br />
GmbH & Co. KG stellt daher<br />
auf der diesjährigen Thermprocess<br />
in Düsseldorf ein neuartiges<br />
Gasanalysegerät vor,<br />
das auf solche Fehler frühzeitig<br />
hinweist. Das gesamte,<br />
portable Messsystem findet<br />
in einem Hartschalenkoffer<br />
Platz. Im Koffer enthalten<br />
sind neben dem Analysator<br />
ein integrierter 800 x 480 mm<br />
großer, farbiger Touchscreen,<br />
auf dem die Ergebnisse in<br />
Echtzeit dargestellt werden.<br />
Da das Gerät zudem über<br />
eine eigene Pumpe verfügt<br />
und mit wiederaufladbaren<br />
Batterien betrieben wird,<br />
kann es überall verwendet<br />
werden. Über den beigelegten<br />
flexiblen Silikonschlauch<br />
wird eine Gasprobe aus dem<br />
Ablassventil des Ofens in das<br />
Messgerät geleitet, wo diese<br />
auf ihre unterschiedlichen<br />
Bestandteile geprüft wird.<br />
Die Prüfspektren reichen bei<br />
CO von 0 bis 100 %, bei CO 2<br />
von 0 bis 2,0 % und optional<br />
bis 20,0 %, bei CH 4<br />
von<br />
0 bis 100 % und bei O 2<br />
von<br />
0,1 bis 25,0 %. Wahlweise<br />
kann auch der H 2<br />
-Gehalt<br />
zwischen 0 und 100 % gemessen<br />
werden. Aus diesen<br />
Werten errechnet das Gerät<br />
den Kohlenstoff-Anteil in der<br />
Ofen-Atmosphäre von 0,1<br />
bis 2,00 % präzise. Damit<br />
erfüllt das Gasanalysegerät<br />
von Avion Europa die Qualitätssicherungsauflagen<br />
an<br />
ein redundantes Messsystem<br />
gemäß der CQI 9. Die Prüfergebnisse<br />
lassen sich auf<br />
dem Bildschirm direkt als Tabellen<br />
oder Kurven auswerten.<br />
So zeigen zum Beispiel<br />
deutliche Abweichungen der<br />
Kohlenstoffkurve möglicherweise<br />
einen Riss in einem der<br />
Rohre an. Alle Messungen<br />
werden automatisch im Gerät<br />
gespeichert, lassen sich<br />
aber zusätzlich via USB- oder<br />
Ethernet-Verbindung auch<br />
an einen PC übertragen. Die<br />
enthaltene Software verfügt<br />
hierzu über eine einfache<br />
Export-Funktion. Daneben<br />
ermöglicht das Programm ein<br />
direktes Ausdrucken der Messungen<br />
und unterstützt den<br />
Benutzer bei der schnellen<br />
Identifikation der geprüften<br />
Öfen. Um eine ständige Verfügbarkeit<br />
des Geräts im Unternehmen<br />
zu gewährleisten,<br />
muss es darüber hinaus nicht<br />
wie herkömmliche Systeme in<br />
regelmäßigen Abständen zur<br />
Re-Kalibrierung eingeschickt<br />
werden. Stattdessen wird ein<br />
zertifiziertes Kalibrierungsgas<br />
mitgeliefert, das bei der<br />
Analyse vordefinierte Werte<br />
liefert. Weicht das System von<br />
den erwarteten Zahlen ab,<br />
kann es anhand dieses Maßstabs<br />
nachjustiert werden.<br />
Avion Europe GmbH & Co KG<br />
www.avion-europe.de<br />
Überwachung von Prozessen<br />
eingesetzt, z. B. in der<br />
Lebensmittel-, Luft- & Raumfahrt-<br />
und Keramikindustrie.<br />
Das Funksystem ist gemäß<br />
den landesspezifischen Vorschriften<br />
(EU, USA und Japan)<br />
zugelassen. Regelmäßige<br />
Profilaufzeichnungen liefern<br />
zuverlässige und wiederholbare<br />
Daten, anhand derer<br />
der Prozess optimiert werden<br />
kann. Die Echtzeit-Analyse<br />
des Profils ermöglicht es, Prozessprobleme<br />
unmittelbar bei<br />
Wärmebildkameras der E-Serie<br />
Die Infrarotkameras der FLIR<br />
E-Serie sind als Einstiegsmodell<br />
für potenzielle Nutzer<br />
geeignet, die nicht nur eine<br />
höhere Pixelanzahl, sondern<br />
auch mehr Analysefunktionen<br />
wünschen, als die<br />
FLIR i-Serie sie bietet. Alle<br />
Modelle der E-Serie sind<br />
Auftreten festzustellen, Korrekturmaßnahmen<br />
frühzeitig<br />
zu ergreifen und die Auswirkungen<br />
der geänderten Prozessparameter<br />
auf das Temperaturprofil<br />
sofort zu erkennen.<br />
Die Systeme erlauben es<br />
zudem, den Energieverbrauch<br />
zu reduzieren und dadurch<br />
die Umweltbelastung möglichst<br />
gering zu halten.<br />
Datapaq GmbH<br />
www.datapaq.de<br />
mit einem ungekühlten Va-<br />
nadiumoxid-Mikrobolometer-<br />
Detektor ausgestattet. Der<br />
Anwender kann zwischen<br />
verschiedenen Niveaus für die<br />
Bildqualität wählen:<br />
– E30/E40: erzeugt Wärmebilder<br />
mit 160 x 120 Pixel<br />
Neues Funktelemetriesystem zur Echtzeit-<br />
Temperaturprofilmessung in Industrieprozessen<br />
Das Datapaq TM21 Funktelemetrie-System<br />
ergänzt die<br />
Datapaq Logger TPAQ21 und<br />
MultiPaq21. Mittels Funktechnologie<br />
überträgt es die<br />
Temperaturwerte aus dem<br />
Datenlogger in Echtzeit. Die<br />
Produkt- und Prozesstemperaturen<br />
können direkt<br />
angezeigt, analysiert und<br />
protokolliert werden – noch<br />
während das Datapaq-System<br />
den Ofen durchläuft. Diese<br />
Technologie wird in fast allen<br />
Bereichen der industriellen<br />
Wärmebehandlung für die<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
201
T e c h n i k Aktuell<br />
In der Prozessindustrie sind<br />
viele unterschiedliche Systeme<br />
im Einsatz. Aufgrund der<br />
Vielfalt an Schnittstellen und<br />
Protokollen ist hier langfristig<br />
ein durchgängiges Kommunikationskonzept<br />
gefragt. Der<br />
klassische Feldbus wird in der<br />
Automation nach und nach<br />
durch TCP/IP-Übertragung,<br />
z. B. via Ethernet, ersetzt.<br />
Deshalb hat PMA sein modu-<br />
– E50: erzeugt Wärmebilder<br />
mit 240 x 180 Pixel<br />
– E60: erzeugt Wärmebilder<br />
mit 320 x 240 Pixel<br />
Einige Modelle können Temperaturunterschiede<br />
von<br />
nur 0,05 °C darstellen. Die<br />
Wärmebildkameras können<br />
Temperaturen bis zu +650 °C<br />
(FLIR E30: +250 °C) messen.<br />
Bestimmte Modelle der Serie<br />
verfügen über Analysewerkzeuge<br />
wie Messpunkte,<br />
automatische Erkennung<br />
von heißen oder kalten Stellen,<br />
Isothermen (oberhalb/<br />
unterhalb/Intervall) und eine<br />
automatische Berechnung<br />
von Temperaturunterschieden<br />
zwischen zwei vom Anwender<br />
festgelegten Punkten im<br />
Bild. FLIR E40, FLIR E50 und<br />
FLIR E60 sind mit einer Digitalkamera<br />
ausgestattet. Das<br />
Realbild wird häufig als Referenz<br />
zu den Wärmebildern<br />
verwendet. Die Digitalkamera<br />
erzeugt Bilder mit einer<br />
Auflösung von 3 Megapixel.<br />
Eine an der Vorderseite der<br />
Kamera angebrachte LED-<br />
Lampe sorgt auch bei Dunkelheit<br />
für eine gute Qualität<br />
der Digitalfotos. Alle Modelle<br />
der FLIR E-Serie verfügen<br />
über einen Laserpointer, mit<br />
dem der Anwender die heiße<br />
Stelle im Wärmebild mit dem<br />
realen physikalischen Ziel am<br />
Objekt verknüpfen kann. Die<br />
optional erhältlichen Wechsel-Optiken<br />
(45°-Weitwinkel<br />
und 15°-Tele) geben dem Anwender<br />
der E-Serie die notwendige<br />
Flexibilität, um auf<br />
alle Mess-Situationen vor Ort<br />
vorbereitet zu sein.<br />
FLIR Systems GmbH<br />
www.flir.de<br />
Dezentrale Automation über TCP/IP<br />
Mischgeräte für technische Gase<br />
online überwachen<br />
Gasmischgeräte der Marke<br />
WITT, die mit dem Analysemodul<br />
„GasControl“ ausgestattet<br />
sind, lassen sich<br />
fortan auch per E-Mail überwachen.<br />
Diese neue Funktion<br />
ist optional für alle Geräte<br />
der aktuellen Baureihe von<br />
WITT-Gasetechnik verfügbar.<br />
Ob die Anlage fehlerfrei<br />
arbeitet, lässt sich nun von<br />
praktisch jedem Computer<br />
oder Mobiltelefon aus feststellen.<br />
Die übermittelte Protokolldatei<br />
im reinen Textformat<br />
(csv-Datei) ist kompakt,<br />
so dass kaum Speicherplatz<br />
oder Übertragungszeit beansprucht<br />
werden. Ein tägliches<br />
Daten-Log für die permanente<br />
Qualitätsdokumentation<br />
kann automatisch an<br />
einen oder mehrere Empfänger<br />
gesendet werden. Über<br />
lares Hutschienensystem rail<br />
line jetzt um einen Ethernet-<br />
IP-Koppler ergänzt. Mit rail<br />
line bietet West Control Solutions<br />
ein Produktportfolio für<br />
die dezentrale Automation.<br />
Der Universalregler KS 45, die<br />
Messumformer Uniflex CI 45<br />
und SG 45 sowie der Temperaturbegrenzer<br />
TB 45 bilden<br />
zusammen mit den Feldbuskopplern<br />
Profibus DP, Modbus<br />
TCP, Modbus RTU, CA-<br />
Nopen und dem neuen Ethernet-IP-Koppler<br />
sowie dem<br />
Funkmodul RTU ein modulares<br />
System mit verteilter Intelligenz.<br />
Ein in die Hutschiene<br />
eingepasstes, kabelloses System<br />
verbindet die Funktionsmodule<br />
und kann jederzeit<br />
bedarfs- und anwendungsorientiert<br />
erweitert werden.<br />
Die einzelnen Module werden<br />
durch einfaches Aufschnappen<br />
angereiht. Sie können<br />
ohne Umverdrahtung, auch<br />
während des Betriebs, getauscht<br />
werden (hot swap).<br />
Bedient und konfiguriert werden<br />
sie entweder lokal über<br />
eine komfortable Drei-Tasten-<br />
Bedienung und ein mehrzeiliges<br />
LCD-Display oder per<br />
PC. Dieser wird einfach über<br />
die BluePort-Frontschnittstelle<br />
verbunden. Neben einer<br />
einfachen Konfiguration der<br />
Geräte bietet dieses Engineeringtool<br />
auch Funktionen<br />
für die Inbetriebnahmeunterstützung<br />
und Trendaufzeichnungen.<br />
Der Feldbuskoppler<br />
bindet die Prozesssignale in<br />
die Feldbussysteme oder das<br />
Ethernet ein. Durch die zentrale<br />
Energieeinspeisung entfällt<br />
auch hier das aufwändige<br />
Verdrahten der Module<br />
untereinander.<br />
PMA Prozess- und Maschinen<br />
Automation GmbH<br />
www.pma-online.de<br />
Ethernet-Schnittstelle sind die<br />
Aufzeichnungen zudem im<br />
Firmen-Netzwerk abrufbar.<br />
Die „offenen“ Protokolldaten<br />
lassen sich in jeder Tabellenkalkulation<br />
zusammenführen<br />
und aufbereiten. Für<br />
Windows-Rechner gibt es als<br />
weitere Option die WITT-Software<br />
„Web Visio“, die eine<br />
permanente Fernsteuerung<br />
der GasControl-Geräte über<br />
jeden Web-Browser ermöglicht.<br />
Wer die Daten bekommen<br />
und die Anlage steuern<br />
darf, kann der Anwender<br />
über Zugriffsrechte individuell<br />
einstellen. Die Lösung kann<br />
auch in ATEX-Umgebungen<br />
eingesetzt werden.<br />
WITT-Gasetechnik<br />
GmbH & Co. KG<br />
www.wittgas.com<br />
Sauerstoffinjektor optimiert Oxidationsprozesse<br />
Der Sauerstoffinjektor OXY-<br />
MIX TM von Linde macht auf<br />
Luftoxidation basierende Prozesse<br />
in der Basis- und Petrochemie<br />
effizienter. Ein neu<br />
entwickeltes Düsendesign<br />
ermöglicht ab sofort höhere<br />
Mengendurchsätze. Anwendungsbereiche<br />
für das System<br />
sind chemische Prozesse, die<br />
202<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
T e c h n i k Aktuell<br />
normale Umgebungsluft mit<br />
21 % Sauerstoff als Oxidationsmittel<br />
nutzen. Erhöht<br />
man dort den natürlichen<br />
Sauerstoffanteil durch eine<br />
gezielte Anreicherung mit<br />
technischem Sauerstoff, lässt<br />
sich die Prozess-Effizienz steigern.<br />
Im Ergebnis bedeutet<br />
das: höhere Kapazitäten bei<br />
gleichbleibender Anlagengröße<br />
bzw. eine mitunter<br />
verbesserte Produktivität bei<br />
gleichbleibenden Produktmengen.<br />
Weil zugleich weniger<br />
Luft und damit weniger<br />
Ballaststickstoff durch die<br />
Anlage geschleust wird, reduziert<br />
sich der Energieaufwand<br />
zur Abgasbehandlung.<br />
Die Injektion des zusätzlichen<br />
Sauerstoffs erfolgt über<br />
OXYMIX TM . Das Düsensystem<br />
des Sauerstoffmischers ist in<br />
einem Lochkreis angeordnet<br />
und so ausgelegt, dass<br />
das Gas entgegen der<br />
Luftströmung in die<br />
Leitung eingebracht<br />
wird. Dadurch werden<br />
die beiden Komponenten<br />
innerhalb kürzester<br />
Zeit vollständig<br />
vermischt. So ist eine<br />
jederzeit gleichbleibende<br />
Sauerstoffkonzentration<br />
ohne wesentlichen<br />
Druckverlust<br />
in der Leitung sichergestellt.<br />
Zonen mit<br />
hoher Sauerstoffkonzentration,<br />
sogenannte<br />
Hot Spots, werden<br />
zuverlässig vermieden,<br />
somit wird auch eine<br />
hohe Betriebssicherheit<br />
gewährleistet. Die<br />
kompakt konstruierte<br />
Komponente kann über einen<br />
Flanschanschluss ohne großen<br />
technischen oder finanziellen<br />
Aufwand in eine bestehende<br />
Luftleitung eingebaut<br />
werden, beispielsweise während<br />
eines Routine-Stillstandes<br />
der Anlage. Weil das System<br />
keine beweglichen Bauteile<br />
enthält, arbeitet es nach<br />
der Installation wartungsfrei.<br />
Konstruktion und Einbau realisiert<br />
Linde anwendungsspezifisch<br />
und abgestimmt<br />
auf den Durchmesser der<br />
Luftleitung. Neben Edelstahl<br />
(1.4571) sind auch andere für<br />
Sauerstoff geeignete Werkstoffe<br />
verfügbar. Die individuelle<br />
Auslegung basiert auf<br />
CFD-Simulationen (Computation<br />
Fluid Dynamics).<br />
Linde AG – Geschäftsbereich<br />
Linde Gas<br />
www.linde-gas.de<br />
ist, in Umgebungen, in denen<br />
verschiedene Gase mit Luft<br />
gemischt, Verdampfungen<br />
stattfinden, Vernebelungen<br />
vorliegen oder Staub vorhanden<br />
ist, ein sehr hohes Sicherheitsniveau<br />
auch für lange<br />
Zeiträume zu bieten. Das<br />
MX6 iBrid kann bis zu sechs<br />
Gase erkennen, wie z. B. Sauerstoff,<br />
explosive Gase und<br />
bis zu vier verschiedene giftige<br />
Gase. Mit den zur Wahl<br />
stehenden 25 verschiedenen<br />
austauschbaren „Smart“ Sensoren<br />
einer optionalen, integrierten<br />
Pumpe und einem<br />
auswechselbaren Lithium-Ionen<br />
oder Alkali-Batterie-Pack<br />
ist das Gerät nahezu für jeden<br />
Einsatz und jede Industrie<br />
Viele Unternehmen nutzen<br />
die klassische thermische<br />
Nachverbrennung zur Abgasreinigung.<br />
Diese Methode ist<br />
jedoch aufgrund des erheblichen<br />
Energieverbrauchs mit<br />
hohen Kosten verbunden.<br />
Neben ihrer RTO-Technologie<br />
und verschiedenen biologischen<br />
Systemen bietet die TIG<br />
Group einen katalytisch-regenerativen<br />
VOC-Brenner an,<br />
gerüstet. Der zusätzlich eingebaute<br />
Photoionisationsdetektor<br />
(PID) erlaubt ebenfalls<br />
die Entdeckung unbekannter,<br />
potenziell gefährlicher Stoffe<br />
oder flüchtiger organischer<br />
Verbindungen, die bei einigen<br />
Anwendungen entstehen<br />
können. Das Gerät ist<br />
mit der preisgekrönten DS2<br />
Docking StationTM und iNet ®<br />
kompatibel. iNet ® ist ein softwarebasierender<br />
Dienst, der<br />
die Sicherheit erhöht, indem<br />
er Übersicht über Gasalarme,<br />
evtl. Kontakt mit Gasen und<br />
die Nutzung der Gaswarngeräte<br />
verschafft.<br />
Industrial Scientific Corporation<br />
www.indsci.com<br />
Energiespareffekt in der Abgasreinigung<br />
Technische Spezifikationen:<br />
– Hocheffizient bei VOC-<br />
Konzentrationen von bis zu<br />
2g/m 3<br />
– Baukastenprinzip (in 20-Ft-<br />
Containern) bei Volumenströmen<br />
von 500 bis<br />
18.000 m 3 /h<br />
Mehrgaswarngerät jetzt mit Baumusterprüfbescheinigung<br />
nach ATEX 94/9/EC<br />
Das portable Gaswarngerät<br />
MX6 iBridT der Industrial Scientific<br />
wurde nun nach der<br />
ATEX Direktive 94/9/EC zertifiziert.<br />
Die Baumusterprüfbescheinigung<br />
ist in der EU<br />
vorgeschrieben und wurde<br />
von INERIS ausgestellt. Diese<br />
bescheinigt, dass das Mehrgaswarngerät<br />
die grundsätzlichen<br />
Sicherheitsanforderungen<br />
für Sicherheit und<br />
Gesundheit erfüllt und für die<br />
Benutzung in möglicherweise<br />
explosiven Umgebungen geeignet<br />
ist. Des Weiteren stellt<br />
die Zertifizierung sicher, dass<br />
das MX6 iBridT in der Lage<br />
den „Little Giant“. Durch eine<br />
niedrige Betriebstemperatur<br />
und einen geringen Energieverbrauch<br />
betragen die Kosten<br />
zum Teil nur ein Zehntel<br />
des bei konventionellen Verbrennungstechnologien<br />
üblichen<br />
Betrages. So kann der<br />
Return on Invest bei unter einem<br />
Jahr liegen.<br />
– Bei Volumenströmen von<br />
20.000 bis 40.000 m³/h erfolgt<br />
der Einbau in spezielle<br />
Rahmenkonstruktionen<br />
– Automatische Anpassung<br />
auf wechselnde Volumenströme<br />
und VOC-Konzentrationen<br />
Wessel-Umwelttechnik GmbH<br />
www.tig-group.com<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
203
NEUERSCHEINUNG<br />
WISSEN für die ZUKUNFT<br />
Topaktuelle<br />
Vom Kofferkessel bis<br />
zum Großkraftwerk –<br />
Die Entwicklung<br />
im Kesselbau<br />
Das Buch beschreibt mit ca. 650 farbigen Tabellen, Graphiken<br />
und Abbildungen die Entwicklung im Dampfkesselbau, beginnend<br />
mit dem von James Watt entwickelten Kofferkessel aus<br />
dem Jahre 1776 bis in die Neuzeit. Ausführlich besprochen<br />
werden etwa 250 Dampfkessel, wie sie in Industrie, Gewerbe<br />
und in Großkraftwerken zum Einsatz kommen. Vorgestellt<br />
werden zudem Kessel zum Antrieb von Schiffen sowie von<br />
historischen Lokomotiven und Straßenfahrzeugen. Da zum<br />
Teil Vorreiter entsprechender Industriekessel auch „Haushaltskessel“<br />
waren, wurden diese mit in die Dokumentation<br />
einbezogen. Umfassend behandelt werden zudem zugehörige<br />
Feuerungsanlagen. Wo erforderlich, ergänzen grundlegende<br />
Erläuterungen aus den Bereichen der Bruchmechanik, Wärmetechnik<br />
sowie Strömungs- und Verbrennungslehre<br />
die Beschreibungen.<br />
Herausgegeben von Wolfgang Noot<br />
1. Aufl age 2010. erscheint im Mai 2010,<br />
230 Seiten, gebunden,<br />
4-Farb-Druck, € 70.00<br />
ISBN 978-3-8027-2558-6<br />
Vom Kofferkessel bis zum Großkraftwerk – Die Entwicklung im Kesselbau erscheint in der Vulkan-Verlag GmbH, Huyssenallee 52-56, 45128 Essen, GF: Hans-Joachim Jauch<br />
Vulkan-Verlag<br />
www.vulkan-verlag.de<br />
Vorteilsanforderung per Fax: +49 / 201 / 820 02-34 oder im Fensterumschlag einsenden<br />
Ja, ich bestelle gegen Rechnung 3 Wochen zur Ansicht<br />
___ Ex. Vom Kofferkessel bis zum Großkraftwerk – Die Entwicklung im Kesselbau<br />
1. Aufl age 2010 für € 70,00 zzgl. Versand<br />
Die bequeme und sichere Bezahlung per Bankabbuchung wird mit einer<br />
Gutschrift von € 3,- auf die erste Rechnung belohnt.<br />
Firma/Institution<br />
Vorname/Name des Empfängers<br />
Straße/Postfach, Nr.<br />
Land, PLZ, Ort<br />
Antwort<br />
Vulkan-Verlag GmbH<br />
Versandbuchhandlung<br />
Postfach 10 39 62<br />
45039 Essen<br />
Telefon<br />
Telefax<br />
E-Mail<br />
Branche/Wirtschaftszweig<br />
Bevorzugte Zahlungsweise □ Bankabbuchung □ Rechnung<br />
Bank, Ort<br />
Garantie: Dieser Auftrag kann innerhalb von 14 Tagen bei der Vulkan-Verlag GmbH, Versandbuchhandlung, Postfach 10 39 62, 45039 Essen<br />
schriftlich widerrufen werden. Die rechtzeitige Absendung der Mitteilung genügt. Für die Auftragsabwicklung und zur Pfl ege der laufenden<br />
Kommunikation werden Ihre persönlichen Daten erfasst und gespeichert. Mit dieser Anforderung erkläre ich mich damit einverstanden, dass<br />
ich per Post, Telefon, Telefax oder E-Mail über interessante Verlagsangebote informiert werde. Diese Erklärung kann ich jederzeit widerrufen.<br />
Bankleitzahl<br />
✘<br />
Datum, Unterschrift<br />
Kontonummer<br />
KsslZs2010
F i r m e n p o r t ä t<br />
RAYTEK<br />
celano GmbH<br />
GmbH<br />
Firmenname/Ort: celano GmbH<br />
Im Blankenfeld 6–8<br />
D-46238 Bottrop<br />
Geschäftsführung:<br />
Firmenname/Ort: Dipl.-Ing. Lorenzo RAYTEK Croce GmbH, Berlin<br />
Geschichte: Geschäftsführung: Die celano Dr. GmbH Klaus-Dieter wurde im Gruner Oktober 2002 in<br />
Bottrop gegründet und ist ein Dienstleistungsunternehmen<br />
Die RAYTEK GmbH im Software-Bereich. wurde 1991 in Die Berlin maßge-<br />
als<br />
Geschichte:<br />
schneiderten Europa/Afrika-Zentrale Lösungen bzw. der Produkte RAYTEK stellen<br />
ein Corp. Bindeglied eröffnet. zwischen Gegründet der Automatisierungsebene<br />
1963 (Level in den 1) USA, und Produktionsplanungs- verfügt RAYTEK über bzw.<br />
im Jahre<br />
Produktionsleitsystemen langjährige Erfahrungen (Level in 3) der dar, Infrarot- vorwiegend<br />
Temperaturmesstechnik.<br />
in der Metall- und Stahlindustrie. Die Lösungen<br />
basieren auf dem Verständnis des Produktionsprozesses<br />
Konzern:<br />
Seit 2002 gehört RAYTEK zur FLUKE Gruppe.<br />
FLUKE ist einer der<br />
und<br />
Marktführer<br />
dem Einsatz<br />
auf dem<br />
moderner,<br />
Gebiet<br />
zuverlässiger<br />
der elektronischen<br />
Technologien<br />
Messtechnik<br />
in<br />
weltweit.<br />
der Hard- und<br />
Software – getreu dem Firmenmotto »thinking<br />
Kooperationen: the Kooperationen process«. mit der Physikalisch-Technischen<br />
Einen Bundesanstalt besonderen Berlin, Schwerpunkt der FHTW Berlin bilden und dabei der<br />
seit Technischen einigen Fachhochschule Jahren neuartige, Brandenburg thermodynamische<br />
Modelle für bspw. Ofenführungssysteme.<br />
Mitarbeiterzahl: 100 Mitarbeiter<br />
Konzern:<br />
Die celano GmbH ist ein eigenfinanziertes, kontinuierlich<br />
Infrarot-Pyrometer wachsendes, zur berührungslosen mittelständiges Tempe-<br />
Unter-<br />
Produktionsspektrumnehmen.<br />
raturmessung von –50 bis 3500 °C in der Industrie:<br />
Infrarot-Temperatursensoren, Quotienten-<br />
Kooperationen: Das Partnerschafts- und Kooperationsnetz wird<br />
ständig ausgebaut.<br />
– zdi-Zentrum „mint4u“<br />
– IMR Gesellschaft für Prozessleit- und Automatisierungstechnik<br />
mbH, Lennestadt-Meggen<br />
– PhoenixTM GmbH, Bad Oeynhausen<br />
– TAR Automation GmbH<br />
– Fachhochschule Bochum<br />
– Hochschule Ruhr West, Bottrop<br />
– Stadt Bottrop (Stadtentwicklung, Industrieföderung)<br />
– Kooperative Ingenieurausbildung (KIA)<br />
Mitarbeiterzahl:<br />
Exportquote:<br />
Das Unternehmen ist mit seinen 22 Mitarbeitern<br />
fast ausschließlich technisch ausgerichtet und<br />
an zwei Standorten tätig.<br />
Bisher wurde ein Großteil der Projekte national<br />
abgewickelt. Die <strong>International</strong>isierung im europäischen<br />
Raum ist zunehmend im Gange.<br />
Produktspektrum: – Thermodynamische Modelle<br />
– Strömungssimulationen<br />
– Prozessplanungen, Ablauf- und Geschwindigkeitsoptimierungen<br />
Miniatursensoren, IR-Zeilenscanner,<br />
pyrometer,<br />
Kalibrierstrahler, – Prozessleitsysteme Handthermometer, Zubehörteile<br />
– Betriebsdatenerfassungen<br />
inkl. Software, u.v.m.<br />
– Materialflussverfolgungen<br />
Produktion: Alle – Lagerverwaltungssysteme<br />
Produkte werden in Eigenfertigung<br />
– hergestellt. Kommunikationsserver<br />
– Prozesssteuerung<br />
Wettbewerbs- – Breites Messtechnik Angebot an Infrarot-Pyrometern: Vervorteile:<br />
trieb von Pyrometern der Marke RAYTEK und<br />
Produktion: Als seit Dienstleistungsunternehmen 2007 auch der Marke IRCON. mit Weltweites Softwareschwerpunkten<br />
Vertrieb- und Servicenetz. hat die celano GmbH eine<br />
neuartige plattformunabhängige Software-<br />
Service- Struktur RAYTEK gewählt, die bietet in jedem Produkt zum Service,<br />
Schulung, Einsatz Kalibrierung kommt: die celCAP-Architektur möglichkeiten: (celano<br />
CommonApplicationPlatform). weitere kundenspezifische Außerdem Dienstlei-<br />
und<br />
stungen bilden die an, thermodynamischen die dazu beitragen, dass Modelle die Kunden<br />
weitere den innovative größtmöglichen Produktschiene. Nutzen aus Die den Soft-<br />
RAYeine<br />
TEK ware-Produkte Pyrometern sind ziehen individuell können. auf die Kundenwünsche<br />
zugeschnitten.<br />
Zertifizierung: ISO 9001<br />
Wettbewerbs- Kundennähe und eine hohe Servicequalität<br />
Internetadresse:<br />
vorteile:<br />
stellt für celano<br />
www.raytek.de<br />
einen wesentlichen Schwerpunkt<br />
www.ircon.com<br />
der Unternehmensstrategie und somit<br />
ein Wettbewerbsvorteil dar. Alle internen und<br />
Kontakt: Sabrina BALKOW<br />
externen Abläufe unterliegen einer konsequenten<br />
Prozessorientierung. Deren Ziele sind die<br />
raytek@raytek.de<br />
ständige Verbesserung aller Prozesse und die<br />
vollständige Ausrichtung auf den Kunden zur<br />
Erzielung einer maximalen Kundenzufriedenheit.<br />
Zertifizierung:<br />
Internetadresse:<br />
Kontakt:<br />
Die Prozesse werden ständig kontrolliert und<br />
optimiert. Mit der Teilnahme an der ecoMetals-<br />
Initiative unterstreicht die celano GmbH die<br />
Umweltorientierung zur ressourcenschonenden<br />
Energienutzung.<br />
www.celano.de<br />
Herr Dipl.-Ing. Lorenzo Croce<br />
Geschäftsführer<br />
Tel.: 02041/77901-121<br />
E-Mail: l.croce@celano.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
205
I n s e r e n t e n v e r z e i c h n i s<br />
Firma<br />
Seite<br />
Elster GmbH, Osnabrück................................................................................................................... Titelseite<br />
EXPOGAZ 2011, Paris, Frankreich........................................................................................4. Umschlagseite<br />
Flir Systems GmbH, Frankfurt am Main..................................................................................................... 151<br />
Hans Hennig GmbH, Ratingen....................................................................................................................125<br />
LOI Thermprozess GmbH, Essen................................................................................................................123<br />
MESA Industrie-Elektronik GmbH, Marl .....................................................................................................131<br />
Process-Electronic GmbH, Heiningen.........................................................................................................137<br />
runkel GmbH & Co. KG, Wuppertal.............................................................................................................127<br />
Schlager Industrieofenbau GmbH, Hagen..................................................................................................119<br />
THERMPROCESS 2011, Düsseldorf ..........................................................................................................115<br />
Marktübersicht.................................................................................................................................... 207-228<br />
DÜSSELDORF<br />
28. Juni - 2. Juli 2011<br />
Besuchen Sie die Nr. 1 im<br />
Wärmebehandlungssektor<br />
in Halle 9, Stand 9B52
<strong>GASWÄRME</strong><br />
<strong>International</strong><br />
Zeitschrift für gasbeheizte Thermoprozesse<br />
Marktübersicht 2011<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle<br />
Wärmebehandlungsverfahren ............................................................... 208<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie<br />
Betriebs- und Hilfsstoffe ........................................................................ 214<br />
III. Beratung, Planung, Dienstleistungen, Engineering ............................. 227<br />
IV. Fachverbände, Hochschulen, Institute<br />
und Organisationen ................................................................................ 228<br />
V. Messegesellschaften, Aus- und Weiterbildung.................................... 228<br />
Kontakt:<br />
Frau Jutta Zierold<br />
Tel.: 0201 / 82002-22<br />
Fax: 0201 / 82002-40<br />
E-Mail: j.zierold@vulkan-verlag.de<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
Bildquelle: Elster Kromschröder GmbH
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren<br />
Thermische Gewinnung<br />
(Erzeugen)<br />
Wärmen<br />
Schmelzen, Gießen<br />
Pulvermetallurgie<br />
208 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren<br />
Wärmebehandlung<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
209
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren<br />
Wärmebehandlung<br />
210 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
211
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren<br />
Wärmebehandlung<br />
Abkühlen und Abschrecken<br />
Wärmerückgewinnung<br />
212 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
I. Thermoprozessanlagen für industrielle Wärmebehandlungsverfahren<br />
Reinigen und Trocknen<br />
Recyceln<br />
Fügen<br />
Modernisierung von<br />
Wärmebehandlungsanlagen<br />
Energieeffizienz<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
213
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Abschreckeinrichtungen<br />
Förder- und Antriebstechnik<br />
Gasrohrleitungen / Rohr-<br />
Durchführungen<br />
Industriebrenner<br />
Armaturen<br />
214 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Ihr „Draht“<br />
zur Anzeigenabteilung<br />
von Gaswärme <strong>International</strong><br />
Jutta Zierold<br />
Tel. 0201-82002-22<br />
Fax 0201-82002-40<br />
j.zierold@vulkan-verlag.de<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
215
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Industriebrenner<br />
216 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Ihr „Draht“<br />
zur Anzeigenabteilung<br />
von Gaswärme <strong>International</strong><br />
Jutta Zierold<br />
Tel. 0201-82002-22<br />
Fax 0201-82002-40<br />
j.zierold@vulkan-verlag.de<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
217
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Industriebrenner<br />
Brenner-Zubehör<br />
218 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
219
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Brenner-Zubehör<br />
Brenner-Anwendungen<br />
220 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
221
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Brenner-Anwendungen<br />
Heizsysteme<br />
Ihr „Draht“<br />
zur Anzeigenabteilung<br />
von Gaswärme <strong>International</strong><br />
Jutta Zierold<br />
Tel. 0201-82002-22<br />
Fax 0201-82002-40<br />
j.zierold@vulkan-verlag.de<br />
222 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Mess-, Steuer- und<br />
Regeltechnik<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
223
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Mess-, Steuer- und<br />
Regeltechnik<br />
Prozessautomatisierung<br />
224 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Wärmedämmung und<br />
Feuerfestbau<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
225
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
II. Bauelemente, Ausrüstungen sowie Betriebs- und Hilfsstoffe<br />
Wärmedämmung und<br />
Feuerfestbau<br />
smart meter<br />
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Intelligente Wege der<br />
effizienten Energieverteilung<br />
18.05.2011, Essen • 09:00 – 17:30 Uhr • Atlantic Congress Hotel Essen<br />
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Veranstalter<br />
Programm-Höhepunkte:<br />
Rahmenbedingungen für Smart Meter +<br />
Smart Grid in Deutschland<br />
Alexander Kleemann (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie)<br />
Neue Konzepte dezentral vernetzter Energiesysteme<br />
– Bestandsaufnahme und Ausblick<br />
Prof. Michael Laskowski (RWE Metering GmbH)<br />
DVGW Innovationsoffensive – Anforderungen an das<br />
Netzmanagement bei Konvergenz von Gas und Strom<br />
Dr.-Ing. Hartmut Krause (DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH)<br />
Termin: Mittwoch, 18.05.2011<br />
9:00 – 17:30 Uhr<br />
Ort: Atlantic Congress Hotel Essen<br />
Zielgruppe: Mitarbeiter von Stadtwerken, Energieversorgungsunternehmen,<br />
Dienstleistern und der Geräteindustrie<br />
Mehr Information und Online-Anmeldung unter<br />
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226 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
III. Beratung, Planung, Dienstleistungen, Engineering<br />
Weitere Informationen und Details:<br />
www.gaswaerme-markt.de<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011<br />
227
M a r k t ü b e r s i c h t<br />
IV. Fachverbände, Hochschulen, Institute, Organisationen<br />
V. Messegesellschaften, Aus- und Weiterbildung<br />
228 <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> (60) Nr. 3/2011
Organschaft:<br />
Zeitschrift für das gesamte Gebiet der Gasverwendung und der gasbeheizten<br />
Indu strie öfen; Organ des Gaswärme-Instituts – GWI –, Essen, des Bereichs<br />
Feuerungs technik des Engler-Bunte-Instituts der Universität Karls ruhe (TH), des<br />
Instituts für Industrieofenbau und Wärmetechnik im Hüttenwesen der Rhein.-<br />
Westf. Techn. Hochschule Aachen, des Instituts für Energieverfahrenstechnik<br />
des Lehrstuhls Hochtemperaturanlagen der Technischen Universität Clausthal,<br />
des Institutes für Wärmetechnik und Thermodynamik der TU Bergakademie,<br />
Freiberg und des Fachverbandes Thermoprozess- und Abfall technik (TPT) im<br />
Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) e.V., Frankfurt<br />
Herausgeber:<br />
H. Berger, AICHELIN Ges.m.b.H., Mödling · Prof. Dr.-Ing. H. Bockhorn, Engler-<br />
Bunte-Institut der Universität Karlsruhe · Dr.-Ing. Rolf Albus, Geschäftsführender<br />
Vorstand des Gaswärme-Institutes e.V., Essen · M. Ruch, Mainova AG Frankfurt/Main<br />
· Prof. Dr.-Ing. H. Pfeifer, Lehrstuhl für Hochtemperaturtechnik an der<br />
RWTH Aachen · Dr. H. Stumpp, Vorstandsvorsitzender der TPT im VDMA,<br />
Vorsitzender der Geschäftsführung LOI Thermprocess GmbH, Essen · Prof.<br />
Dr.-Ing. D. Trimis, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für<br />
Wärmetechnik und Thermodynamik, Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische<br />
Anlagen Freiberg · Dr.-Ing. T. Wagner, Präsident der Bundesvereinigung der<br />
Firmen im Gas- und Wasserfach e.V., Köln · Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. G.<br />
Walter, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg<br />
Schriftleitung:<br />
Dr.-Ing. H. Altena · Dr.-Ing. F. Beneke · Dr. rer. nat. N. Burger · Dipl.-Ing.<br />
H.-J. Dittmann · Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. K. Görner · Dr.-Ing. F. Kühn · Dipl.-Ing.<br />
G. Marx · Dipl.-Ing. A. Menze · Dr.-Ing. D. Stirnberg · Dipl.-Ing. St. Schalm ·<br />
Dr.-Ing. P. Wendt · Dr.-Ing. J. G. Wünning.<br />
Zeitschrift für gasbeheizte<br />
Thermoprozesse<br />
Fundierte Berichterstattung über den effi zienten<br />
Energieeinsatz im gasbeheizten Ofenbau und in<br />
der industriellen Wärmebehandlung.<br />
Mit Fachbeiträgen zur Optimierung des Wirkungsgrads<br />
und zur Verminderung von Schadstoffemissionen<br />
sowie dem technischen Sicherheits- und<br />
Energiemanagement.<br />
NEU<br />
Jetzt als Heft<br />
oder als ePaper<br />
erhältlich<br />
Bezugsbedingungen:<br />
<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> erscheint achtmal pro Jahr mit Doppelausgaben im<br />
Januar/Februar und November/Dezember.<br />
Bezugspreise:<br />
Abonnement (Deutschland): € 248,- + € 18,- Versand<br />
Abonnement (Ausland): € 248,- + € 21,- Versand<br />
Einzelheft (Deutschland): € 47,- + € 3,- Versand<br />
Einzelheft (Ausland): € 47,- + € 3,50 Versand<br />
Studenten: 50% Ermäßigung auf den Heftbezugspreis gegen Nachweis<br />
Die Preise enthalten bei Lieferung in EU-Staaten die Mehrwertsteuer, für alle<br />
übrigen Länder sind es Nettopreise.<br />
Bestellungen sind jederzeit über den Leserservice oder jede Buchhandlung<br />
möglich. Die Kündigungsfrist für Abonnementaufträge beträgt 8 Wochen zum<br />
Bezugsjahres ende.<br />
Chefredakteur: Dipl.-Ing. Stephan Schalm, Tel. 0201-82002-12,<br />
Fax 0201-82002-40, E-Mail: s.schalm@vulkan-verlag.de<br />
Redaktionsassistenz: Elisabeth Terplan, Tel. 089-45051-443,<br />
E-Mail: terplan@oldenburg.de; Silvija Subasic, Tel. 0201-82002-15<br />
E-Mail: s.subasic@vulkan-verlag.de<br />
Redaktionsbüro: Annamaria Frömgen, Tel. 0201-82002-91,<br />
Fax 0201-82002-40, E-Mail: a.froemgen@vulkan-verlag.de<br />
Anzeigenverkauf: Jutta Zierold, Tel. 0201-82002-22,<br />
Fax 0201-82002-40, E-Mail j.zierold@vulkan-verlag.de<br />
Anzeigenverwaltung: Martina Mittermayer,<br />
Tel. 089-45051-471, Fax 089-45051-300,<br />
E-Mail: mittermayer@oldenbourg.de<br />
Abonnements/Einzelheftbestellungen:<br />
Leserservice <strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong><br />
Postfach 91 61 · 97091 Würzburg<br />
Telefon: +49 (0) 931 / 4170-1616, Telefax: +49 (0) 931 / 4170-492<br />
E-Mail: leserservice@vulkan-verlag.de<br />
Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Bei träge und Abbildungen sind urheberrechtlich<br />
geschützt. Jede Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes<br />
ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das<br />
gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen<br />
und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Auch<br />
die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk- und Fernsehsendung, im<br />
Magnettonverfahren oder auf ähnlichem Wege bleiben vorbehalten.<br />
Jede im Bereich des gewerblichen Unternehmens hergestellte oder benützte<br />
Kopie dient gewerblichen Zwecken gem. § 54 (2) UrhG und verpflichtet zur<br />
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80336 München, von der die einzelnen Zahlungsmodalitäten zu erfragen sind.<br />
Druck:<br />
Druckerei Chmielorz GmbH<br />
Ostring 13, 65205 Wiesbaden-Nordenstadt<br />
© 1952 Vulkan-Verlag GmbH<br />
Huyssenallee 52-56 · 45128 Essen<br />
Telefon 0201/82002-0, Telefax 0201/82002-40<br />
www.vulkan-verlag.de<br />
Geschäftsführer: Carsten Augsburger, Jürgen Franke, Hans-Joachim Jauch<br />
ISSN 0020-9384.<br />
Informationsgemeinschaft zur Feststellung der Verbreitung von<br />
Werbeträgern<br />
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<strong>GASWÄRME</strong> <strong>International</strong> erscheint in der Vulkan-Verlag GmbH, Huyssenallee 52-56, 45128 Essen
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EXPOGAZ, The event<br />
100% dedicated to the Gas Industry<br />
The Gas Congress - the industry meeting<br />
point organized by the AGF Association<br />
<strong>International</strong> Showcase for the Gas Industry know-how,<br />
EXPOGAZ brings together the key players of the sector.<br />
u Are you involved in the production, exploitation, transportation, storage,<br />
distribution of natural gas, or perhaps your activity lies in the safety of gas supply,<br />
feasibility studies, or the usage of natural gas, or indeed LPG, LNG or biogas?<br />
u Are your clients both private and public (local collectivities,<br />
state-owned companies, installation companies, industrials… ) ?<br />
EXPOGAZ is a vital meeting point for you!<br />
Exhibitors’ contact<br />
Sabrina JONAS<br />
Tel : +33 (0) 1 77 92 96 80<br />
Email : sjonas@infopro.fr<br />
EXHIbIT at EXPOGAZ from the 13 th to the 15 th of september, 2011,<br />
at the Palais des Congrès in Paris,<br />
and mAkE new business connections amongst the 5000 visitors expected at the show.<br />
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