{"id":7914,"date":"2018-07-10T11:28:51","date_gmt":"2018-07-10T09:28:51","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=7914"},"modified":"2018-07-10T11:28:51","modified_gmt":"2018-07-10T09:28:51","slug":"komposite-materialien-erwaermen-mit-hk-umluft-temperierofen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=7914","title":{"rendered":"Komposite-Materialien erw\u00e4rmen mit HK Umluft-Temperierofen"},"content":{"rendered":"

F\u00fcr die Umformung und das Umspritzen von fl\u00e4chigen und vorgeformten Komposite-Halbzeugen zu Hochleistungsbau\u00adteilen f\u00fcr Automobile m\u00fcssen die Werkstoffe schonend, homogen und trotzdem punktgenau vorerw\u00e4rmt werden. Umweltgerecht und energiesparend soll dieser Vorgang nat\u00fcrlich auch sein. Das weit verbreitete Infrarotverfahren st\u00f6\u00dft dabei immer \u00f6fter an seine Grenzen. Vor allem wenn es um Hybrid-Halbzeuge, sogenannte Taylored Parts, oder um dreidimensionale Formen geht, kommen seit rund zehn Jahren Umluft\u00f6fen zum Einsatz. Die Temperiersysteme durchw\u00e4rmen thermoplas\u00adtische Verbundwerkstoffe mit gleicher Temperatur und geringen Toleranzen an Oberfl\u00e4chen und im Kern bis zur geforderten Umformtemperatur.<\/b><\/p>\n

Mit Umluft\u00f6fen gelingt die Vortemperierung sowohl von fl\u00e4chigen als auch von vorgeformten Komposite-Halbzeugen schonend, gleichm\u00e4\u00ad\u00dfig und auf den Punkt genau. Die \u00d6fen erw\u00e4rmen fl\u00e4chige GMT- oder LWRT-Halbzeuge, vorgeformte Pre-Pregs sowie Hybrid-Materi\u00adalien wie beispielsweise Komposite und Alubleche prozessgerecht und gleichm\u00e4\u00dfig auf die geforderte Prozesstemperatur, die je nach Material zwischen 200\u00b0 und 350\u00b0\u00a0C liegen kann. Nach dem Erw\u00e4rmungsprozess in den Temperier\u00f6fen, die wie ein Paternoster funktionieren, ist die Temperatur nicht nur an der Oberfl\u00e4che gleichm\u00e4\u00dfig, sondern zeigt auch im Kern den nahezu exakt gleichen Wert. Die Toleranzen betragen lediglich +-2\u00b0\u00a0C. Dabei brauchen die Paternoster-Umluft\u00f6fen bis zu 70\u00a0Prozent weniger Energie.<\/p>\n

Dieses gleichm\u00e4\u00dfige Durchw\u00e4rmen des Halbzeugs ist bei der Formgebung der Kunststoffe ein \u00fcberaus wichtiges Qualit\u00e4tskriterium, das nicht nur \u00fcber die Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit, sondern auch \u00fcber die G\u00fcte des Teils und den Erfolg nachfolgender Prozessschritte wie zum Beispiel Klebeverfahren entscheidet. Ebenso wichtig ist es f\u00fcr eine gleichm\u00e4\u00dfige Verteilung von Verst\u00e4rkungsfasern im Bauteil. \u201eNur so kann die geforderte mechanische Eigenschaft des Bauteils gew\u00e4hrleistet werden\u201c, erl\u00e4utert Heinrich Ernst, erfahrener Berater in der Kunststoffumformung. Mit seinem Unternehmen ECC Ernst Composite Consulting ber\u00e4t er produzierende Unternehmen. Eine homogene Erw\u00e4rmung ist beispielsweise auch f\u00fcr eine effiziente und dauerhafte Verbindung zwischen lokalen Verst\u00e4rkungen und dem Kunststoff-Kompound erforderlich. Gerade f\u00fcr diese ma\u00dfge\u00adschneiderten Taylored Parts, bei denen der Verst\u00e4rkungsanteil je nach Belastungsprofil des Endprodukts lokal unterschiedlich hoch ist, sei es besonders wichtig, dass alle Vorprodukte schonend und gleichm\u00e4\u00dfig erhitzt und durchw\u00e4rmt sind.<\/p>\n

Der Pionier kommt aus dem Schwarzwald<\/b><\/p>\n

Pionier der Umlufttechnologie ist das Oberndorfer Unternehmen HK\u00a0Pr\u00e4zisionstechnik, das f\u00fcr die Erfindung und Entwicklung des Paternosterofens bereits 2009 den Dr.-Rudolf-Eberle-Preis des Landes Baden-W\u00fcrttemberg erhielt. Mit immer weiteren Entwick\u00adlungen sowie gr\u00f6\u00dferen und leistungsf\u00e4higeren \u00d6fen ist die Technologie inzwischen bei vielen bedeutenden Teilelieferanten etabliert. Vor allem auch Forschungseinrichtungen, die sich mit der Zukunft von Bauteileentwicklungen aus Komposite-Materialien befassen, setzen auf die Umlufttechnologie. Dazu geh\u00f6ren nationale wie internationale Institute.<\/p>\n

Mit Glas- oder Kohlenstofffaser verst\u00e4rkte thermoplastische Halbzeuge werden als Hochleistungs-Werkstoffe in vielen Bereichen eingesetzt, in denen man hohe Steifigkeit und geringes Gewicht bei kurzen Zykluszeiten erreichen muss. So werden beispielsweise im Automobilbau Ersatzradmulden, Sitzschalen aber auch Karosserieteile wie Heckklappen oder Sto\u00dff\u00e4nger aus Komposite-Materialien gefertigt. \u201eHier sind die Qualit\u00e4tsanforderungen nat\u00fcrlich besonders hoch\u201c, erkl\u00e4rt Berater Ernst.<\/p>\n

Aktuelle \u00d6fen erw\u00e4rmen neuerdings auch Materialien wie Polyamid oder Kohlenstoffe, aus denen neue Produkte entstehen wie beispielsweise zur Schallisolierung in Kraftfahrzeugen. Ebenso lassen sich damit Hybridmaterialien wie Composite mit Aluminium vorerw\u00e4rmen, die anschlie\u00dfend zu Hitzeschutzschilden geformt werden. Hierbei gelingt es sogar, Prozessschritte einzusparen. So ist statt der fr\u00fcheren drei Vorg\u00e4nge nur noch ein Prozessschritt bis zum fertigen Produkt notwendig. Genauso gelingt jetzt die Erw\u00e4rmung und Verarbeitung von Komposites, zum Beispiel auch mit Sperrfolien, Metallgeweben und lokalen Verst\u00e4rkungen im One-Step-Verfahren. Die dadurch erzielbaren Funktionsintegrationen und Gewichtsein\u00adsparungen erh\u00f6hen die Wirtschaftlichkeit und tragen so zur Steigerung der Wettbewerbsf\u00e4higkeit von Komposite-Werkstoffen bei. \u201eEin gro\u00dfer Zeitgewinn f\u00fcr den OEM, denn durch One-Step-Verfahren werden mehrere Arbeitsschritte eingespart\u201c, versichert Horst Scheidt, Gesch\u00e4ftsf\u00fchrer des Ofenherstellers.<\/p>\n

Preisgekr\u00f6ntes Konzept st\u00e4ndig weiterentwicklt<\/b><\/p>\n

Absolut neu ist die Variante eines Ofens zur Erw\u00e4rmung von \u201eAdvanced\u201c GMT \u2013 ein Halbzeug auf Polyamid-Basis, das mit Karbonfasern verst\u00e4rkt ist. Die Herausforderung besteht darin, die Halbzeuge unter Stickstoff-Inertisierung bei ca. 280\u00a0\u00b0C zu durchw\u00e4rmen. Der Sauerstoffanteil im Ofen muss dazu auf unter zwei Prozent reduziert werden, um eine Sch\u00e4digung der Kunststoffmatrix zu vermeiden. Den erforderlichen Stickstoff-Bedarf generiert eine Anlage, die mit dem Ofen verbunden ist, direkt aus der Atmosph\u00e4re. Danach wird der Stickstoff dem Ofen zugeleitet.<\/p>\n

Das \u00e4u\u00dferst schonende, gleichm\u00e4\u00dfige Aufheizverfahren in den Pa\u00adternoster\u00f6fen erh\u00e4lt die mechanischen Eigenschaften des Kunststoff-Compounds. Dar\u00fcber hinaus arbeitet das Temperiersystem auch noch sehr viel energieeffizienter als herk\u00f6mmliche Verfahren. Der enorm geringere Energiebedarf betr\u00e4gt bei vergleichbaren Anwendungen nur etwa 30\u00a0% gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Anlagen. \u201eDas hat ein unabh\u00e4ngiger Energieversorger eines Anwenders im Produktionsbetrieb gemessen und best\u00e4tigt\u201c, sagt Scheidt.<\/p>\n

Innovationstreiber bei 3D-Teilen<\/b><\/p>\n

Das Vorw\u00e4rmkonzept f\u00fcr Vorfomlinge ist serientauglich. Die aus konsolidierten Komposite-Geweben oder unidirektional gelegten Tapes aufgebauten dreidimensionalen Vorformlinge werden im Werkzeug konsolidiert und mit einem Spritzgie\u00dfprozess funktionali\u00adsiert. Die Herstellung gro\u00dfer kubischer 3D-Teile in Gro\u00dfserien f\u00fcr die Automobilindustrie war bis dahin nicht wirtschaftlich realisierbar. \u201eMit keinem anderen Temperiersystem lassen sich die aus UD-Tapes oder konsolidierten Geweben aufgebauten 3D-Vorformen an allen Stellen gleichm\u00e4\u00dfig und wirtschaftlich sinnvoll auf bis zu 300\u00b0\u00a0C vor- und durchheizen\u201c, versichert Berater Ernst. Wichtig daf\u00fcr ist das zuverl\u00e4ssige und sehr gleichm\u00e4\u00dfige Vorheizen der Halbzeuge auf Verarbeitungstemperatur, damit in der nachfolgenden Zweiplatten-Gro\u00dfpresse Funktionselemente an das Bauteil prozesssicher angespritzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Paternostersystem \u2013 in zwei Kammern zur Prozesstemperatur<\/b><\/p>\n

In den Umluft\u00f6fen werden je nach Bauh\u00f6he des Teils bis zu 36 Aufnahmeroste, die wie Schubladen aussehen, durch zwei Kammern bef\u00f6rdert. Sie k\u00f6nnen, je nach Ausf\u00fchrung, Werkst\u00fccke in den Fl\u00e4chenma\u00dfen 1250\u00a0x\u00a01500 oder 1250\u00a0x\u00a02000 mm und sogar von 2300 x 1800 mm aufnehmen. Die H\u00f6he des Teils reduziert dabei die Rostanzahl. Mit entsprechender Auslegung k\u00f6nnen Taktzeiten von 30\u00a0sec. erreicht werden.<\/p>\n

In der ersten Kammer werden die Preforms hochgeheizt, indem sie durch ein ausgekl\u00fcgeltes Luftleitsystem von drei Seiten mit hei\u00dfer Luft umstr\u00f6mt werden. W\u00e4hrend dieses Aufheizprozesses werden die Roste dabei Stufe f\u00fcr Stufe, wie in einem Paternoster, nach oben getaktet. Am oberen Punkt der Kammer angekommen, werden die Vorprodukte in die zweite Kammer \u00fcbergeben, wo im Abw\u00e4rtstakten die gew\u00fcnschte Endtemperatur pr\u00e4zise erreicht wird. Unten angekommen werden die exakt auf Prozesstemperatur erw\u00e4rmten Werkst\u00fccke aus dem Ofen ausgefahren, k\u00f6nnen entnommen und der Presse zugef\u00fchrt werden. Das kann beispielsweise vollautomatisiert ein Roboter \u00fcbernehmen, dessen Nadel-Greifer alternativ auch beheizt ausgef\u00fchrt werden kann.<\/p>\n

Qualit\u00e4tskontrolle und R\u00fcckverfolgbarkeit sichergestellt<\/b><\/p>\n

Die Kammern werden getrennt voneinander geregelt und \u00fcberwacht. Die eigens programmierte Siemens SPS-Steuerung enth\u00e4lt auch eine \u00dcberwachungs- und Trackingfunktion, die jeden, mit einem Halbzeug beladenen Rost codiert und seinen Fortgang im Ofen minuti\u00f6s festh\u00e4lt. Das wirkt sich bei einer eventuellen Anlagenst\u00f6rung positiv aus, denn \u00fcber ein Notprogramm kann die Temperatur auf ein niedriges Niveau abgesenkt werden, wodurch sich das Leerr\u00e4umen des Ofens er\u00fcbrigt. Ausschusskosten werden so wesentlich gesenkt. Das Programm wei\u00df genau, welcher Rost wie lange im Ofen war. So entsteht nach dem Wiederanfahren keinerlei Materialverlust und die R\u00fcckverfolgbarkeit kann f\u00fcr jedes Teil sichergestellt werden. Das Verfahren ist prozesssicher, wiederholgenau und r\u00fcckverfolgbar. Die Steuerung dokumentiert alle Parameter teile- oder chargenbezogen. Ein wichtiger Beitrag zur Qualit\u00e4tskontrolle.<\/span><\/p>\n

Quelle: HK Pr\u00e4zisionstechnik GmbH<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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