Die Kerntemperatur ist entscheidend

Für die Heißumformung flächiger Composite-Halbzeuge zu Hochleistungs-Bauteilen erwärmen Umluftöfen von HK Präzisionstechnik thermoplastische Verbundwerkstoffe homogen, schonend und energiesparend. Das Temperiersystem durchwärmt mit gleicher Temperatur an Oberflächen und im Kern. Den größten Ofen dieser Art liefert das Unternehmen an die Automobilbranche nach USA.

"Anwender haben uns die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit unserer Umluftöfen genauso bestätigt wie ein Energieversorger", betont Heinrich Ernst, Vertriebsleiter der HK Präzisionstechnik, Oberndorf am Neckar. Mit dem Umluftofen des Unternehmens gelingt auch die Vortemperierung vorgeformter Composite-Halbzeuge schonend, gleichmäßig und auf den Punkt genau. Die Temperatur-Toleranzen betragen lediglich +-2 °C. 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.

Absolut neu ist die Variante eines HK-Ofens zur Erwärmung von "advanced" GMT. Ein Halbzeug auf Polyamid-Basis, das mit Carbonfasern verstärkt ist. Die Herausforderung besteht darin, die Halbzeuge unter Stickstoff-Inertisierung bei circa 280 °C zu durchwärmen. Der Sauerstoffanteil im Ofen muss dazu auf unter 2 % 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-Compound 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.

"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 vermeidbar.

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 1.250 x 1.500 oder 1.250 x 2.000 mm aufnehmen. Aktuell hat HK Präzisionstechnik den größten Ofen der Firmengeschichte an einen Automobilhersteller in die USA geliefert. Dieser Ofen kann Teile von 2.300 x 1.800 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.

Darüber hinaus arbeitet das HK-Temperiersystem auch noch energieeffizienter als andere Verfahren im Markt; der geringere Energiebedarf beträgt nur etwa 10 bis 30 % herkömmlicher Anlagen. "Das hat ein unabhängiger Energieversorger eines Anwenders im Produktionsbetrieb gemessen und bestätigt", berichtet Ernst.

gr