Des Pudels Kern

Die Kerntemperatur entscheidet über Wirtschaftlichkeit bei der Kunststoffumformung

Oberndorf, (PresseBox) - Für die Heißumformung von flächigen und vorgeformten Komposite-Halbzeugen zu Hochleistungs-Bauteilen erwärmen Umluftöfen von HK Präzisionstechnik thermoplastische Verbundwerkstoffe homogen, schonend und energiesparend. Das Temperiersystem durchwärmt punktgenau mit gleicher Temperatur an den Oberflächen und im Kern. Die Temperatur-Toleranzen betragen lediglich +-2° C. Das ermöglicht auch exakte Ergebnisse bei Hybrid Halbzeugen, den Taylored Parts. Dabei brauchen die HK-Umluftöfen bis zu 90 Prozent weniger Energie. Den größten Ofen dieser Art liefert das Unternehmen an die Automobilbranche nach USA.

„Führende Anwender haben uns die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit unserer Umluftöfen genauso bestätigt wie ein Energieversorger“, betont Heinrich Ernst, Vertriebsleiter der HK Präzisionstechnik. Mit dem Umluftofen des Unternehmens gelingt auch die Vortemperierung von vorgeformten Komposite-Halbzeugen schonend, gleichmäßig und auf den Punkt genau. Der Paternosterofen erwärmt flächige GMT- oder LWRT-Halbzeuge, vorgeformte Pre-Pregs sowie Hybrid Materialien prozessgerecht und gleichmäßig auf die geforderte Prozesstemperatur, die je nach Material zwischen 200° und 250° C oder sogar bei 300° C liegen kann.

Neue Variante für „advanced“ GMT

Absolut neu ist die Variante eines HK Ofens zur Erwärmung von „advanced“ GMT. Ein Halbzeug auf Polyamid-Basis, das mit Karbonfasern verstärkt ist. Die Herausforderung besteht darin, die Halbzeuge unter Stickstoff-Inertisierung bei ca. 280 °C zu durchwärmen. Der Sauerstoffanteil im Ofen muss dazu auf unter zwei Prozent reduziert werden, um ein Oxidieren des Materials zu vermeiden. Den erforderlichen Stickstoff-Bedarf generiert eine Anlage, die mit dem Ofen verbunden ist, direkt aus der Atmosphäre. Danach wird der Stickstoff dem Ofen zugeleitet.

Bei der Erwärmung mit HK Temperieröfen ist die Temperatur nicht nur an der Oberfläche gleichmäßig, sondern zeigt auch im Kern den nahezu exakt gleichen Wert. „Und das sogar bei dreidimensionalen Vorformlingen“, versichert Ernst. Dieses gleichmäßige Durchwärmen des Halbzeugs ist wichtig für eine ebenso gleichmäßige Verteilung der Verstärkungsfasern im Bauteil. Ernst erläutert: „Nur so kann die geforderte mechanische Eigenschaft des Bauteils gewährleistet werden.“ Eine homogene Erwärmung ist dabei auch für eine effiziente und dauerhafte Verbindung zwischen lokaler Verstärkung und dem Kunststoff-Kompound erforderlich. Gerade für diese maßgeschneiderten Material-Hybrid-Teile, so genannte Taylored Parts, bei denen der Verstärkungsanteil je nach Belastungsprofil des Endprodukts lokal unterschiedlich hoch ist, sei es besonders wichtig, dass alle Vorprodukte schonend und gleichmäßig erhitzt und durchwärmt sind.

Gleiche Temperatur an Oberfläche und im Kern

„Sehr geringe Temperaturdifferenzen im Halbzeug von nur plusminus zwei Grad Celsius bei bis zu zwei Meter breiten Werkstücken ergeben eine völlig neue Qualität“, zitiert Ernst die Aussage eines Kunden. Außerdem gewährleistet es den Fasertransport beziehungsweise das sichere und vollständige Füllen des Werkzeugs. Auch dass Fasern während des Umformvorgangs aufgrund zu geringer Kerntemperaturen brechen oder geschädigt werden, ist bei einem gleichmäßig durchwärmten Vorformling nahezu ausgeschlossen.

Bisher größter Ofen geht in die USA

In dem Umluftofen werden bis zu 36 Aufnahmeroste, die wie Schubladen aussehen, durch zwei Kammern befördert. Sie können, je nach Ausführung, Werkstücke in den Abmessungen 1250 x 1500 oder 1250 x 2000 mm aufnehmen. Aktuell hat HK Präzisionstechnik den größten Ofen der Firmengeschichte an einen Automobilhersteller in die USA geliefert. Der kann Teile von 2300 x 1800 mm aufnehmen.

Die Kammern werden getrennt voneinander geregelt und überwacht. Die von HK Präzisionstechnik eigens programmierte Siemens SPS-Steuerung enthält auch eine Überwachungs- und Trackingfunktion, die jeden, mit einem Halbzeug beladenen Rost codiert und seinen Fortgang im Ofen minutiös festhält. Das Verfahren ist prozesssicher, wiederholgenau und rückverfolgbar. Die Steuerung dokumentiert alle wichtigen Parameter teile- oder chargenbezogen.

Deutlich weniger Energiebedarf

Darüber hinaus arbeitet das HK-Temperiersystem auch noch sehr viel energieeffizienter als herkömmliche Verfahren. Der enorm geringere Energiebedarf beträgt nur etwa 10-30 % herkömmlicher Anlagen. „Das hat ein unabhängiger Energieversorger eines Anwenders im Produktionsbetrieb gemessen und bestätigt“, sagt Ernst abschließend.

 

HK Präzisionstechnik GmbH

Preisgekrönter Umluftofen
Die 1993 gegründete HK Präzisionstechnik GmbH entstand aus dem Werkzeugbau der Firma Heckler & Koch. Mehr als 50 Jahre Erfahrung und eine ganz besondere Auffassung von Qualität und Zuverlässigkeit begründen heute den herausragenden Ruf des Unternehmens. Mit hoher Fertigungstiefe sowie eigener Entwicklungs- und Konstruktionsabteilung setzt das Unternehmen in zahlreichen Fertigungsprozessen Maßstäbe - beispielsweise in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, bei der Herstellung medizintechnischer Geräte und in der Wehrtechnik. Daraus entstehen immer wieder qualitativ hochwertige Produkte. Die Erfindung und Entwicklung des Umluftofens wurde einst mit dem Dr.-Rudolf-Eberle-Preis des Landes Baden-Württemberg prämiert.

Stabile Kunststoffteile sparen Gewicht
Glasmattenverstärkte Thermoplaste werden als Hochleitungs-Werkstoffe in vielen Bereichen eingesetzt, in denen man hohe mechanische Eigenschaften, wie Schlagzähigkeit, Steifigkeit bei geringem Gewicht erreichen will. Vor allem im Automobilbau, wo beispielsweise Unterböden, Ersatzradmulden, Sitzschalen aber auch Strukturteile für Karosserieteile wie Hecktüren, Stoßfänger, u.Ä. aus Kunststoff gefertigt werden, sind die Qualitätsanforderungen besonders hoch. Bei der Spezialumformung der Kunststoffe im Heißverfahren ist dabei die gleichmäßige und punktgenaue Erhitzung und Durchwärmung, ohne dabei die Oberflächen der Halbzeuge z.B. durch Strahler-Einwirkung zu schädigen, ein wichtiges Qualitätskriterium. Sie entscheidet nicht nur über die Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit, sondern auch über die Güte des Teils und den Erfolg nachfolgender Prozessschritte wie zum Beispiel Klebeverfahren.

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