Kühlraten

Die Kühlraten (Kühlrate) bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der während einer Abkühlung die Temperatur eines Materials sinkt. Typischerweise wird sie in Kelvin pro Sekunde (K/s) oder Grad Celsius pro Sekunde (°C/s) angegeben. Sie ist in vielen Bereichen von zentraler Bedeutung, etwa in der Metallbehandlung, der Glasherstellung, der Polymerverarbeitung und der Lebensmitteltechnik, weil sie das entstehende Gefüge, die Mikrostruktur oder die Textur beeinflusst.

Die Kühlrate ergibt sich aus der Ableitung der Temperatur über die Zeit und wird durch Messungen der Temperaturkurve bestimmt. Praktisch erfolgt die Erfassung mit Thermoelementen oder Widerstandsthermometern sowie ggf. mit Infrarotkameras; die Kühlrate wird oft als konstante Rate oder als variierende Rate entlang der Kühlkurve angegeben. In technischen Spezifikationen kommt häufig auch die maximale oder durchschnittliche Kühlrate vor.

Wesentliche Einflussfaktoren sind Materialeigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme und Dichte, sowie Geometrie und Randbedingungen. Weitere Faktoren sind das Kühlmedium (Luft, Öl, Wasser), die Temperatur des Mediums, Oberflächenbeschaffenheit und der Grad der Konvektion oder Strahlung. Je nach Anwendung kann die Umgebungstemperatur, der Kontakt zum Kühlmedium und die Geometrie die Abkühlung stark moderieren.

Auswirkungen der Kühlrate zeigen sich vor allem in der Phasenbildung und Mikrostruktur. Schnelle Kühlung fördert oft martensitische Umwandlungen oder Glasbildung, langsame Abkühlung führt zu Kristallisation bzw. grober Gefügebildung. In der Praxis beeinflusst die Kühlrate Kornstruktur, mechanische Eigenschaften, Zähigkeit, Restspannungen und Verzüge.

Anwendungen finden sich in der Wärmebehandlung von Metallen, der Guss- und Glasindustrie, der Kunststoffverarbeitung sowie in der Lebensmitteltechnik, wo Kühlung Prozesse wie Haltbarkeit, Textur und sensorische Eigenschaften beeinflusst.