Composite-Bauteile besser temperieren

Duroplastische Matrixwerkstoffe härten reaktiv in der Wärme aus. Dazu benötigen sie viel Heizenergie mit Temperaturen meist über 100 Grad Celsius, gelegentlich bis 200 Grad Celsius. Die Zykluszeiten reichen von wenigen Minuten für kleinere Bauteile bis zu vielen Stunden, beispielsweise für Windradflügel. Bei werkzeuggebundenen Verfahren zur Herstellung von Composite-Strukturen steigert eine aktive Temperierung der Formwerkzeuge die Prozesssicherheit. Auch bei den hohen Prozesstemperaturen in der Compositeverarbeitung bietet sich Wasser als Temperiermedium an. Dank besserer Wärmeleitung und Wärmeübergang als Öl bietet es eine hohe Wärmeübertragungsleistung. Besonders für Hersteller von Compositebauteilen soll sich der Einsatz von Heißwasser-Temperierlösungen rechnen.

Zur JEC wurden verschiedene Temperiersysteme mit Wasser als Umlaufmedium gezeigt, auch für Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius. Ein neues, kompaktes Heißwasser-Temperiersystem von Single weist 6 kW Heizleistung und maximal 30 l/min. Durchfluss bei Temperaturen bis 225 Grad aus. Es ist mit einer verschleißfreien Durchflussmessung ausgestattet.

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Eine Flüssigkeitstemperierung des Formwerkzeugs ist vor allem gegenüber der verbreiteten Aushärtung von Composite-Bauteilen in beheizten Autoklaven im Vorteil. Beim Autoklaven ist das Formteilhandling eher umständlich, der Prozess ist langwierig, die Regelgüte der Prozesse nicht immer optimal. Die Kühlphase kann nicht aktiv unterstützt werden. Daher sind Autoklavenverfahren insgesamt vergleichsweise teuer.

Auch gegenüber der induktiven oder elektrischen Beheizung von Werkzeugen für die Composite-Herstellung ist die Flüssigkeitstemperierung laut Gerätebauer im Vorteil. Nachteile der induktiven Beheizung seien ihr hoher apparativer Aufwand, die erheblichen Kosten sowie die geringe Flexibilität in der Prozessgestaltung. Ebenso wie bei der elektrischen Beheizung lasse die Regelgüte zu wünschen übrig. Ist ein Wechsel zwischen Heizen und aktiver Kühlung gewünscht, müssen induktiv oder elektrisch beheizte Werkzeuge ohnehin mit Kühlkanälen für eine Flüssigkeitstemperierung ausgestattet sein.

Herstellverfahren für Composites sind vergleichsweise neu und wegen ihrer geringeren Verbreitung weniger standardisiert als beispielsweise das Spritzgießen von Thermoplasten. Damit bieten sie noch relativ viel Potenzial zur Optimierung – auch unter Nutzung einer aktiven Temperierung des Werkzeugs.

Bei Herstellprozessen, die sich mit einer zyklischen Temperierung sinnvoll unterstützen lassen, hat eine aktive Wechseltemperierung mit flüssigen Medien einige Pluspunkte vorzuweisen. Sind schnelle Temperaturwechsel innerhalb der Zykluszeiten gefragt, ist die aktive Wechseltemperierung ATT (Alternating Temperature Technology) interessant: Innerhalb von Sekunden schaltet ATT zwischen zwei Kreisen mit Kühlmedium unterschiedlicher Temperatur um und heizt bzw. kühlt das Werkzeug aktiv. Temperaturwechsel in längeren Zyklen lassen sich gut mit einem Standard-Temperiersystem generieren: Über eine individuelle Programmierung regeln sie den Temperaturwechsel im Umlaufmedium vom einen auf das andere Temperaturniveau. So kann das Werkzeug bei der Composite-Produktion während der Füllphase kühler und während der Aushärtphase wärmer gehalten werden.