IR-Strahlung macht’s möglich So werden Kunststoffrohre berührungslos erwärmt

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Wilhelm Büchner Hochschule - Träger: Hochschule für Berufstätige Darmstadt GmbH

K-Profile AG Innovationen in Kunststoff

K-Profile AG Innovationen in Kunststoff

Rohre oder Schläuche aus Kunststoff kommen im Tiefbau, aber auch in der Haustechnik zum Einsatz. Sie helfen, Abwasser zu entsorgen und Wasser, Fernwärme oder Fernkälte genau dorthin zu bringen, wo sie benötigt werden. Außerdem werden sie auch im Automobilbau verwendet, für Betriebsflüssigkeiten, die Luftführung oder als Kabelschutz. So unterschiedlich der Einsatz auch ist, allen Rohren ist gemeinsam, dass sie geformt, gebogen oder mit speziellen Endstücken versehen werden müssen.

Kunststoffrohre werden aus Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polypropylen (PP) extrudiert und vor ihrem Einsatz in Form gebogen, mit Rillen für Dichtringe versehen oder sie erhalten Muffen, damit sie ineinandergesteckt werden können. Um das Umformen zu ermöglichen, werden üblicherweise Heißluft, Heizmanschetten oder auch Bäder aus heißen Flüssigkeiten genutzt. Eine weitere Möglichkeit zur Energieübertragung sind Infrarotstrahler, die die Energie kontaktfrei übertragen und erst im Material Wärme erzeugen. Dadurch erfolgt das Erwärmen gleichmäßig, und es bleibt kein Material an der Heizquelle haften. Die gezielte und kontrollierbare Wärmeeinbringung verhindert thermische Schädigungen oder unschöne Druckstellen an den Rohren. Mit den Strahlern besteht die Möglichkeit, ganz gezielt nur die Bereiche eines Rohres zu erwärmen, die verformt werden sollen.

So werden Rohre formbar

Versuche im hauseigenen Anwendungszentrum zeigten, dass wenige Sekunden Bestrahlung ausreichen, um Rohre mit gängigen Wandstärken lokal zu durchwärmen. Durch die hohe Wärmeübertragungskapazität der Infrarotstrahlung kann außerdem die Heizzeit reduziert werden, das hilft, schneller zu produzieren oder wertvollen Produktionsplatz einzusparen. Kurzwellige Omega Strahler sind kreisförmig gebogen und können gezielt kleine Bereiche erwärmen. Diesen Strahlertyp gibt es in vielen Größen von etwa 30 bis 600 mm Innendurchmesser. Die kreisförmigen Strahler oder im Kreis angeordnete kleine Flächenstrahler erhitzen kontaktfrei Rohrenden und machen dort den Kunststoff weich, sodass eine Muffe geformt werden kann. Kurzwellige und mittelwellige Carbon-Infrarot-Strahler besitzen Reaktionszeiten im Sekundenbereich, weshalb sie gut gesteuert werden können. Werkstücke aus Kunststoff benötigen bei verschiedenen Umformvorgängen Wärme. Hierfür ist es meist ausreichend, die Teile lokal oder partiell aufzuwärmen. Der gezielte Wärmeeintrag in die Ränder oder kleine Flächen ist ebenso anspruchsvoll wie das gleichmäßige Erwärmen der Rohroberflächen. Ein Beispiel für eine solche Prozesslösung innerhalb eines Rohrofens sind kreisförmig eingebaute Infrarotstrahler, die die Wärme direkt auf dünne durchlaufende Materialien richten. Durch diese Anordnung werden effiziente Wärmeprozesse bei Endlosmaterialien im Durchlaufverfahren möglich. Wenn Rohre nur in kleinen Stückzahlen gebogen werden, werden konventionell Heißluft oder heiße Ölbäder eingesetzt, um die gleich langen Rohrstücke zu erwärmen, bevor sie ins Biegewerkzeug eingelegt werden. Öl muss erst erhitzt werden, und Ölbäder reagieren wie Heißluftöfen nur sehr langsam auf Steuerbefehle, darum laufen sie meist im Dauerbetrieb. Die Strahler reagieren innerhalb von Sekunden, benötigen keine Vorwärmphase und können im Takt mit dem Biegeprozess an- und ausgeschaltet werden. Das trägt je nach Prozess zum Einsparen von Energie bei.

Termin zum Vormerken

Mehr zum Thema beim Webinar „Perfekt passende Infrarot-Wärme optimiert die Kunststoffverarbeitung“ am 26. September 2023 um 10:00 Uhr von Heraeus in Zusammenarbeit mit PLASTVERARBEITER. QR-Code scannen und kostenfrei dabei sein.

Wie eingefrorene Spannungen relaxieren

Bei Simona werden im Werk in Ringsheim thermoplastische Kunststoffrohre gefertigt, die in unterschiedlichen Bereichen wie der chemischen Prozessindustrie, der Infrastruktur oder im Wassermanagement angewendet werden. Die Kunststoffrohre werden extrudiert, abgekühlt und im Anschluss durch kontrollierte, gemäßigte Wärme getempert, um die Spannungen im Material zu reduzieren. Hierfür wurde die Temperung mit Warmluft durch die in Rohröfen umgestellt. Die Rohröfen von Heraeus Noblelight sind mit kreisförmig eingebauten Infrarotstrahlern ausgestattet, wodurch die Verweildauer deutlich verkürzt werden konnte. Im Einsatz sind mittelwellige IR-Strahler, die eine schnelle Reaktionszeit besitzen und Kunststoffe binnen Sekunden gut erwärmen. Dieser Ofentyp ist sowohl klein als auch kompakt gebaut und kann einfach in die Fertigungslinien integriert werden, in denen gerade ein Temperprozess benötigt wird. Schläuche aus Polyamid sind wichtige Komponenten des pneumatischen Betriebssystems moderner Lastkraftwagen. Bei Leyland Trucks in Großbritannien werden diese Schläuche auf großen Rollen angeliefert und bis zu ihrer Verarbeitung gelagert. Nach dem Abrollen müssen die Plastikschläuche allerdings noch einmal entspannt werden, damit sie für die Weiterverarbeitung gerade liegen. Bei Leyland wurden für diesen Wärmeschritt Keramik-Infrarot-Strahler, die lange Aufheizzeiten besitzen, verwendet. Diese Keramik-Wärmequellen wurden durch ein Carbon-Infrarot-System des Hanauer Herstellers, bestehend aus vier Modulen mit je 8 kW, die oben und unten angeordnet sind, ersetzt. Ein Touchscreen ermöglicht, die Leistung der IR-Strahler auf die Laufgeschwindigkeit typischerweise zwischen 25 und 35 m/min auf die benötigte Schlauchlänge anzupassen. Die Reaktionszeit der Carbon-Strahler ist kurz, sodass diese bei einem unerwarteten Bandstopp sofort abschalten und Hitzeschäden an den Schläuchen minimiert werden. Mit der Installation der Station konnte der Ausstoß beim Schlauchablängen verdoppelt werden, da sich zusätzlich die Schnittgeschwindigkeit erhöht hat.

Rohre zum Muffen erwärmen

Das Betonwerk Müller in Achern fertigt das von Schlüsselbauer Technology in Gaspoltshofen, Österreich, entwickelte Abwasserrohrsystem Perfect Pipe. Dabei werden Rohre aus Kunststoff geformt, mit Muffen versehen und mit Beton umgossen. Dadurch entsteht eine dauerhafte und dichte Verbindung von Inlinern aus hochwertigem Kunststoff und Rohren aus hochfestem Beton. Die daraus resultierenden Abwasserrohre sind sowohl widerstandsfähig gegen aggressive Substanzen im Abwasser als auch statisch hochbelastbar, etwa im Untergrund von viel befahrenen Straßen. Zur Herstellung von Rohrinlinern werden zuerst Folien aus Polyethylen (HDPE) in die erforderliche Länge geschnitten und im Anschluss die für eine Rohrverbindung erforderlichen Zylinderenden thermoplastisch zu Muffen umgeformt. Früher wurde ein heißes Muffwerkzeug benutzt, heute ein Infrarotsystem mit kurzwelligen Strahlern. Die Strahler besitzen jeweils eine beheizte Länge von 120 mm und eine Nennleistung von 1.000 W. Sie sind kreisförmig angeordnet und der Strahlerring kann flexibel an wechselnde Rohrdurchmesser angepasst werden. Die IR-Strahler werden über Leistungssteller angesteuert, wobei die Temperatur durch Pyrometer kontrolliert wird. Die Erwärmung der Rohrenden erfolgt ohne Vorheizzeit und berührungslos, wodurch die Wärme schneller in den Kunststoff gebracht wird und kein Material mit der Wärmequelle verklebt.

Quelle: Heraeus Noblelight