Technikum, Versuche

Mehr über Wärme wissen

Anwendungstests für effizientere Wärmeprozesse in der Industrie
Wärmeprozesse im Technikum ausprobieren und optimieren – das spart Zeit und Geld beim Serienanlauf.
Vielerlei Abhängigkeiten von erforderlichen Temperaturen und Einwirkdauer, Bauteilgeometrie, Energiekosten und anderen wirtschaftlichen und technischen Randbedingungen erschweren die Suche nach der optimalen Erwärmungstechnik in Kunststoff-Anwendungen. Gut, wenn man die Technik vorab ausführlich testen und optimieren kann.

Infrarot-Wärme macht die Sitze eines Autos faltenfrei, verschweißt die Behälter für das Scheibenwischwasser und hilft, die Zierleisten an ihrem Platz zu halten. Infrarot-Strahler trocknen den Lack auf Karosserie, Motorblock oder Frontend. Es gibt kaum ein Teil, das auf dem langen Weg vom Einzelteil bis zur Fertigstellung eines Autos nicht mindestens einmal mit Infrarot-Strahlung Kontakt hatte.

Kein Wärmeprozess gleicht jedoch dem anderen. Je nach Material und späterem Einsatzzweck muss die Erwärmung dem Fertigungsschritt und dem Produkt angepasst werden. Manchmal sind dazu umfangreiche Tests nötig. Ein Beispiel aus Großbritannien zeigt, wie Heraeus Noblelight seine Anwendungszentren nutzt, um Kunden bei Fragen rund um die Infrarot-Wärmetechnologie bei der Suche nach der – aus technischer und wirtschaftlicher Sicht – optimalen Lösung zu unterstützen.

Stoßfänger aus Kunststoff werden bei Honda in Großbritannien mit drei Beschichtungen versehen. Zuerst wird eine Grundierung aufgebracht, danach eine Lackschicht mit den Farbpigmenten und zum Schluss folgt ein Klarlack. Alle Beschichtungen werden in Heißluftöfen getrocknet. Um diesen langwierigen Beschichtungsprozess zu beschleunigen, untersuchte man bei Honda die Möglichkeit, den Farblack vorzutrocknen, bevor er den Heißluftofen erreicht.

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Schnelle Reaktion und mittlere Wellenlänge

Dazu führte das Unternehmen zusammen mit Heraeus Noblelight umfangreiche Testreihen durch. Die Versuche lieferten wertvolle Hinweise für die spätere Auslegung der Anlage. Sie ergaben beispielsweise, dass mit schnellen, mittelwelligen Infrarot-Strahlern die Vortrocknung effizienter als mit kurzwelligen Strahlern durchgeführt werden konnte. Diese Infrarot-Strahlerart zeigen, wie der Name schon sagt, genauso kurze Reaktionszeiten wie kurzwellige Strahler, übertragen jedoch mittelwellige Strahlung, genau in dem Bereich, in dem die meisten Kunststoffe optimal absorbieren können.

Aufgrund der Testergebnisse wurde ein Tunnelofen unmittelbar vor dem Heißluftofen für den Farblack installiert. Der Tunnel ist mit 19 Strahlern von je 3 Kilowatt Nennleistung ausgestattet. Die Strahler sind im Tunnel so angeordnet, dass die Heizleistung für schnelle und effiziente Trocknung sorgt. Sieben Strahler befinden sich im Dachbereich, vier in jeder der beiden vertikalen Zonen und je ein Strahler ist auf die Winkel gerichtet. Drei optische Pyrometer messen die Temperatur an bestimmten Punkten der Stoßstange.
Seit Installation des neuen Infrarot-Systems hat Honda die Effizienz der Produktion gesteigert: Im Vergleich zu anderen möglichen Lösungen für eine Beschleunigung der Trocknung senkt der Infrarot-Tunnel den Platzbedarf. Nicht zuletzt hilft das neue System, Energie zu sparen, denn die Infrarot-Strahler können schnell an- und abgeschaltet werden und brauchen keine Vorwärmzeiten.

Probieren geht über studieren

Mehrere Anwendungszentren weltweit können Unternehmen nutzen, um Infrarot-Strahler und Systeme für bestimmte Anwendungen zu testen. Die Zentren sind ausgestattet mit allem, was benötigt wird, um möglichst praxisnah Infrarot-Wärmeprozesse durchführen zu können. Die Tests werden von Technikern begleitet und zusammen mit den Kunden ausgewertet und diskutiert. Für den Kunden soll schließlich eine praktikable Lösung gefunden werden, die im Idealfall auch noch hilft, Geld, Platz oder Zeit zu sparen.

„Wir leisten uns aufwändige Anwendungszentren, weil man nicht alles voraus berechnen kann.“ sagt Michael Honig, Vertriebsleiter bei Heraeus Noblelight, „Standardprodukte sind nicht immer einsetzbar, für Wärmeprozesse ist oftmals Aufwand nötig, damit es sich am Ende auszahlt.“ Das Anwendungszentrum bei Heraeus Noblelight in Kleinostheim ist über viele Jahre gewachsen. Aufgrund der vielfältigen Anwendungen der Infrarot-Strahlung in der industriellen Fertigung wurden die Anlagen immer wieder angepasst und auf den aktuellen Stand der Technik gebracht.

Kürzlich wurde dieses Anwendungszentrum auch optisch neu gestaltet. Jetzt erstrahlt es in orange, der Logo-Farbe des Infrarotbereichs. Kunden können Strahler in Vitrinen betrachten und sich an Touch Screens weitere Informationen über Grundlagen und Anwendungen einholen. Die Versuchsergebnisse werden nun ebenfalls computergestützt in einer Konferenzecke am Bildschirm diskutiert.

Da jedes Material Strahlung anders aufnimmt, ist die Auswahl des richtigen Strahlers für die Anwendung besonders wichtig. Entscheidend ist aber nicht nur die Wellenlänge des infraroten Lichts, sondern auch die Form des Strahlers. Dieser kann – angepasst an den jeweiligen Produktionsprozess bzw. an die Form und Größe des zu bearbeitenden Einzelteils – rund, gebogen, modular oder sogar mehrere Meter lang sein.

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