Herae­us Noble­light: Infra­rot-Sys­te­me spa­ren Ener­gie­kos­ten bei der Kunststoffverarbeitung

Herae­us Noble­light: Infra­rot-Sys­te­me spa­ren Ener­gie­kos­ten bei der Kunststoffverarbeitung

Die Ver­ar­bei­tung von Kunst­stof­fen ist ener­gie­in­ten­siv – Infra­rot-Sys­te­me spa­ren Ener­gie­kos­ten bei der Kunst­stoff­ver­ar­bei­tung. Denn bis aus einem Gra­nu­lat ein Pro­dukt gefer­tigt ist, sind unzäh­li­ge Wär­me­pro­zes­se nötig. Bei der Her­stel­lung eines Autos pro­fi­tie­ren sehr vie­le Kunst­stoff­tei­le von Infra­rot-Sys­te­men. Kunst­stof­fe las­sen sich mit Wär­me for­men, ver­bin­den oder ent­gra­ten. Und dabei zahlt es sich aus, wenn die Wär­me nur dort wirkt, wo man sie benö­tigt. Das schont die Umge­bung und spart Ener­gie. Wie ein Umstieg von her­kömm­li­chen Sys­te­men auf Infra­rot-Wär­me­tech­no­lo­gie bis zu 73 Pro­zent Ener­gie ein­spa­ren kann, zeigt Herae­us Noble­light mit Bei­spie­len aus der Kunststoffverarbeitung.

Bei der Herstellung eines Autos können sehr viele Kunststoffteile vom Einsatz der Infrarot-Systeme profitieren. Kunststoffe lassen sich mit Wärme formen, verbinden oder entgraten. - Bild: Heraeus Noblelight
Bei der Her­stel­lung eines Autos kön­nen sehr vie­le Kunst­stoff­tei­le vom Ein­satz der Infra­rot-Sys­te­me pro­fi­tie­ren. Kunst­stof­fe las­sen sich mit Wär­me for­men, ver­bin­den oder ent­gra­ten. – Bild: Herae­us Noblelight 

Das Unter­neh­men KJ Ryan in Groß­bri­tan­ni­en hat sich auf Auto­mo­bil-Innen­ver­klei­dun­gen – sowohl maß­ge­schnei­der­te als auch für Tier-1-Auto­mo­bil­kun­den – spe­zia­li­siert. Das reicht von ein­zel­nen Kom­po­nen­ten bis hin zu kom­plet­ten Fahr­zeu­g­in­nen­räu­men. Für die Her­stel­lung der Ver­klei­dung einer Sitz­rü­cken­leh­ne arbei­te­te KJ Ryan mit P&D Engi­nee­ring zusam­men, einem Unter­neh­men, das mit viel Fach­wis­sen aus der Auto­mo­bil­zu­lie­fer­ket­te eine spe­zi­el­le Pres­se für sol­che Umman­te­lun­gen kon­stru­iert und gebaut hat.

Infra­rot-Sys­te­me redu­zie­ren Ener­gie­kos­ten für Sitz­ver­klei­dun­gen um 73 Prozent

Für die Her­stel­lung der Sitz­rü­cken­leh­ne wird das kle­ber­be­schich­te­te, zuge­schnit­te­ne Deck­ma­te­ri­al eben­so wie das Sub­strat in die Pres­se gela­den. Eine Heiz­ein­heit wird in die Maschi­ne gefah­ren und erwärmt die bei­den Kom­po­nen­ten. Die Wär­me akti­viert die Kleb­stoff­be­schich­tung. Das Heiz­mo­dul wird her­aus­ge­fah­ren, und die Rücken­leh­ne wird mit dem Deck­ma­te­ri­al, das auf­grund der Wär­me eben­falls geschmei­di­ger wird, zusam­men­ge­presst. Das Deck­ma­te­ri­al wird so auf die Leh­ne kaschiert und das fer­ti­ge Pro­dukt kann schließ­lich aus der Pres­se ent­nom­men werden.

Im Fokus
Kon­takt­freie Wär­me­über­tra­gung
Die Infra­rot­tech­no­lo­gie funk­tio­niert mit der Über­tra­gung von elek­tro­ma­gne­ti­schen Wel­len, die dann im Pro­dukt Wär­me erzeu­gen. Kenn­zei­chen sind kon­takt­freie Wär­me, hohe Wär­me­über­tra­gungs­ka­pa­zi­tät, schnel­le Über­tra­gung mit hoher Leis­tung und der Aus­schluss von Ener­gie­ver­schwen­dung an ein Über­tra­gungs­me­di­um. Ein Teil der elek­tro­ma­gne­ti­schen Strah­len wird im Mate­ri­al absor­biert, ein Teil wird reflek­tiert, und der Rest durch­dringt die Mate­ria­li­en. Nur der absor­bier­te Anteil trägt zur Erwär­mung bei. Dabei hat jedes Mate­ri­al sein eige­nes Absorp­ti­ons­spek­trum, den Bereich, in dem die elek­tro­ma­gne­ti­schen Strah­len am bes­ten auf­ge­nom­men wer­den. Wenn das Emis­si­ons­spek­trum eines Infra­rot­strah­lers opti­mal zum Absorp­ti­ons­spek­trum eines Mate­ri­als passt, dann erfolgt die Erwär­mung des Mate­ri­als wesent­lich schnel­ler und effektiver.

In frü­he­ren Anla­gen kamen kera­mi­sche Heiz­ele­men­te zum Ein­satz. Die­se waren jedoch ener­gie­in­ten­siv. Und die Anwen­der muss­ten sie in regel­mä­ßi­gen Abstän­den aus­tau­schen. Daher ersetz­te P&D Engi­nee­ring bei der neu­en Pres­se die Kera­mik­strah­ler mit zwölf schnel­len mit­tel­wel­li­gen Infra­rot-Strah­lern von Herae­us. Die­se haben den Ener­gie­ver­brauch um signi­fi­kan­te 73 Pro­zent reduziert. 

Kunst­stoff­ver­ar­bei­tung mit kur­zen Zykluszeiten

Dank ihrer schnel­len Reak­ti­ons­zeit sind erheb­lich kür­ze­re Hoch­lauf­zei­ten mög­lich. Damit sind die Zyklus­zei­ten für den Betrieb nun deut­lich kür­zer. Dar­über hin­aus konn­ten die Spe­zia­lis­ten auch die Gesamt­kos­ten sen­ken, da das neue Infra­rot-Sys­tem eine deut­lich län­ge­re Lebens­dau­er hat. Das bedeu­tet zudem auch weni­ger War­tung. „Wir sind mit der Leis­tung der neu­en Pres­sen sehr zufrie­den“, kom­men­tiert James Bil­ling­ham, Pro­jekt­in­ge­nieur bei KJ Ryan, „Tat­säch­lich haben wir P&D jetzt gebe­ten, zwei wei­te­re Anla­gen mit dem Infra­rot-Heiz­sys­tem zu liefern“.

Infra­rot-Sys­te­me ent­gra­ten effi­zi­ent Hand­schuh­käs­ten und Türgriffe

Die Zyklus­zeit für das Ent­gra­ten von Auto­in­nen­tei­len aus Kunst­stoff beträgt in eini­gen typi­schen Anwen­dun­gen etwa 40 s inklu­si­ve Tei­le­hand­ling. Wenn Anwen­der lackier­te Ver­klei­dungs­tei­le, Zier­blen­den oder Hand­schuh­käs­ten für Rechts- und Links­len­ker in der glei­chen Anla­ge fer­ti­gen wol­len, erschwert das das Zeit­ma­nage­ment zusätz­lich. Um die­se Gra­te zu ent­fer­nen, unter­such­te das Unter­neh­men Hahn aus Son­tra ver­schie­de­ne Metho­den. Mecha­nisch, mit­tels Abschlei­fen oder Frä­sen, oder aber ther­misch mit einem Heiß­luft­fön oder einem Bun­sen­bren­ner. Alle die­se Metho­den erfolg­ten manu­ell, und je nach Geschick­lich­keit des Arbei­ters fie­len die Ergeb­nis­se qua­li­ta­tiv sehr unter­schied­lich aus. 

Zur besseren Entscheidung berechnete man bei Hahn den Gesamtenergiebedarf pro Entgratungszyklus, einmal mit Heißluftfön und einmal mit dem Einsatz der Infrarot-Systeme. Laut dieser Berechnung stehen pro Zyklus 42,5 Wattstunden bei Heißluft 8,7 Wattstunden bei Infrarot-Strahlern gegenüber. - Bild: Heraeus Noblelight
Zur bes­se­ren Ent­schei­dung berech­ne­te man bei Hahn den Gesamt­ener­gie­be­darf pro Ent­gra­tungs­zy­klus, ein­mal mit Heiß­luft­fön und ein­mal mit dem Ein­satz der Infra­rot-Sys­te­me. Laut die­ser Berech­nung ste­hen pro Zyklus 42,5 Watt­stun­den bei Heiß­luft 8,7 Watt­stun­den bei Infra­rot-Strah­lern gegen­über. – Bild: Herae­us Noblelight

Die mecha­ni­schen Ver­fah­ren hät­te man über maschi­nel­les Schlei­fen oder Frä­sen auto­ma­ti­sie­ren kön­nen. Aller­dings wäre danach eine inten­si­ve Rei­ni­gung nötig gewe­sen, um die ent­stan­de­nen Spä­ne zu ent­fer­nen. Ein Heiß­luft­dü­sen­sys­tem erwies sich als sehr kom­pli­ziert in der Her­stel­lung. Und der Pro­zess hät­te sich außer­dem nur sehr trä­ge regu­lie­ren las­sen. Dar­um kon­stru­ier­te man schließ­lich mit Herae­us Noble­light zusam­men Infra­rot-Sys­te­me, bei denen klei­ne kurz­wel­li­ge Flä­chen­strah­ler zum Ein­satz kom­men. Die­se Strah­ler las­sen sich gut an den Kan­ten von drei­di­men­sio­na­len Pro­duk­ten anord­nen, sie sind sehr gut steu­er­bar und über­tra­gen rela­tiv viel Ener­gie in kur­zer Zeit auf begrenz­te Flächen. 

Kunst­stoff­ver­ar­bei­tung setzt auf Infra­rot-Sys­te­me

Die Ent­gra­tung der Pro­duk­te erfolgt nun auto­ma­ti­siert inner­halb von 5 s. Zur bes­se­ren Ent­schei­dung berech­ne­te man bei Hahn den Gesamt­ener­gie­be­darf pro Ent­gra­tungs­zy­klus, ein­mal mit Heiß­luft­fön und ein­mal mit Infra­rot-Strah­lern. Laut die­ser Berech­nung ste­hen pro Zyklus 42,5 Watt­stun­den bei Heiß­luft 8,7 Watt­stun­den bei Infra­rot-Strah­lern gegen­über. Hahn hat den gesam­ten Pro­zess inten­siv ana­ly­siert. Und Rai­ner Stück, Geschäfts­füh­rer bei Hahn, ist beson­ders von der Ener­gie­ef­fi­zi­enz der Infra­rot-Sys­te­me über­zeugt: “Wir haben fest­ge­stellt, dass sich nach unse­ren Berech­nun­gen das Infra­rot-Sys­tem bei den unter­such­ten Stück­zah­len bereits inner­halb eines hal­ben Jah­res amortisiert!“

Das Armaturenbrett eines Autos besteht aus Kunststoff. Diesen bringen die Hersteller mit Wärme in Form. Das Armaturenbrett erhält danach eine geräuschdämmende Beschichtung. - Bild: Heraeus Noblelight
Das Arma­tu­ren­brett eines Autos besteht aus Kunst­stoff. Die­sen brin­gen die Her­stel­ler mit Wär­me in Form. Das Arma­tu­ren­brett erhält danach eine geräusch­däm­men­de Beschich­tung. – Bild: Herae­us Noblelight

Das Arma­tu­ren­brett eines Autos besteht aus Kunst­stoff. Die­sen brin­gen die Her­stel­ler mit Wär­me in Form. Das Arma­tu­ren­brett erhält danach eine geräusch­däm­men­de Beschich­tung. Das Unter­neh­men Fau­re­cia setzt dafür Car­bon-Infra­rot-Strah­ler ein und kann seit­dem erheb­lich an Ener­gie und Zeit ein­spa­ren. Zuvor hat­te sich die Erwär­mung mit Metall­band­strah­lern und Dampf als zu lang­sam für die gestei­ger­te Pro­duk­ti­ons­ge­schwin­dig­keit erwie­sen. Der Wär­me­schritt limi­tier­te immer mehr den Produktionsprozess. 

Infra­rot-Wär­me für Armaturenbretter

Eine Auf­rüs­tung mit Car­bon Infra­rot-Strah­lern konn­te die Anla­ge deut­lich ver­bes­sern. Car­bon Strah­ler über­tra­gen schnell gro­ße Men­gen an Ener­gie. Und so kann das Unter­neh­men auf den auf­wän­di­gen Wär­me­dampf zum Vor­hei­zen nun ver­zich­ten. Die Form­tei­le aus Poly­ethy­len-Ethy­len­vi­nyl­ace­tat wer­den direkt in der Form auf­ge­heizt. Die Auf­heiz­ra­te erhöh­te sich damit um 16 Prozrnt, und die Durch­satz­zei­ten san­ken um 20 s. Weil Vor­hei­zen jetzt nicht mehr nötig ist, spart Fau­re­cia jetzt rund 9 kW/h Ener­gie ein.


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