Compositeverarbeitung Komplexe Hybridteile im Paternosterofen prozesssicher temperieren

Wer flächige Compositehalbzeuge verarbeitet, nutzt in der Regel Öfen für die Vorwärmung seiner Bauteile, wie HK Präzisionstechnik sagt. Weit verbreitet seien Infrarotsysteme, die aber bei den immer häufiger genutzten Hybridbauteilen an ihre Grenzen stießen. Ein Paternostersystem helfe dann weiter – auch bei „Advanced“ GMT-Halbzeugen auf PA-Basis.

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Für die Umformung und das Umspritzen von flächigen und vorgeformten Compositehalbzeugen, um sie zu Hochleistungsbauteilen für Automobile zu verwandeln, müssen die Werkstoffe schonend, homogen und trotzdem punktgenau vorgewärmt werden, sagt HK Präzisionstechnik. Umweltgerecht und energiesparend soll dieser Vorgang natürlich auch sein. Das weit verbreitete Infrarotverfahren versage im Hinblick auf die herrschenden Trends aber immer häufiger. Vor allem wenn es, wie es weiter heißt, um Hybridhalbzeuge, sogenannte Taylored Parts geht. Aber nicht nur bei Hybridbauteilen sondern was dreidimensionale Compositeteile betrifft, soll das Infrarotverfahren nicht ideal sein. Für diese Aufgaben bietet HK Präzisionstechnik seine Paternoster-Umlauföfen an, die auch thermoplastische Verbundwerkstoffe vom Randbereich bis zum Kern konstant temperieren können, betont das Unternehmen. Der Unterschied zwischen Kern und Oberfläche betrage höchstens ± 2 °C. Die HK-Öfen sollen außerdem etwa 70 % weniger Energie benötigen als andere Systeme.

Erfolgreicher durch homogen temperierte Halbzeuge

Die Öfen erwärmen laut Hersteller sowohl flächige GMT- oder LWRT-Halbzeuge (Low Weight Reinforced Thermoplastics), vorgeformte Pre-Pregs als auch Composite sowie Alubleche prozessgerecht und gleichmäßig auf die geforderte Temperatur, die je nach Material zwischen 200° und 350° C liegen kann. Das gleichmäßige Durchwärmen eines Halbzeugs sei in puncto Formgebung eine überaus wichtige Voraussetzung, die nicht nur über die Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit, sondern auch über die Güte des Teils und den Erfolg nachfolgender Prozessschritte wie zum Beispiel angedachte Klebeverfahren entscheidet. Ebenso wichtig ist das, wie es weiter heißt, für eine gleichmäßige Verteilung von Verstärkungsfasern in der Bauteilmatrix. „Nur so kann die geforderte mechanische Eigenschaft des Bauteils gewährleistet werden“, erläutert Heinrich Ernst, ein versierter Kenner in Sachen Kunststoffumformung. Mit seinem Unternehmen ECC Ernst Composite Consulting berät er produzierende Unternehmen. Eine homogene Erwärmung garantiere auch die effiziente und dauerhafte Verbindung zwischen lokalen Verstärkungen und dem Kunststoffcompound. Speziell für strikt spezifisch konzipierte, sogenannte Taylored Parts, bei denen der Verstärkungsanteil je nach Belastungsprofil des Endprodukts lokal unterschiedlich hoch ist, ist es laut Ernst ein Muss, dass alle Vorprodukte schonend und gleichmäßig erhitzt und durchgewärmt sind.

Aufwärmphase für wirtschaftlichere One-Step-Verfahren

Ebenso lassen sich damit Hybridmaterialien wie Composite mit Aluminium vorwärmen, die anschließend zu Hitzeschutzschilden geformt werden, wie es weiter heißt. Dabei könnten sogar Prozessschritte eingespart werden, die andere Methoden benötigten. So ist statt der früheren drei Vorgänge nur noch ein Prozessschritt bis zum fertigen Produkt notwendig, betont HK. Genauso gelinge jetzt die Erwärmung und Verarbeitung von Composites, die mit Sperrfolien, Metallgeweben und lokalen Verstärkungen im One-Step-Verfahren verarbeitet würden. Die so erzielbaren Funktionsintegrationen und Gewichtseinsparungen erhöhen die Wirtschaftlichkeit und tragen so zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von Compositewerkstoffen bei, merkt das Unternehmen an. „Daraus folgt ein attraktiver Zeitgewinn für den OEM, denn durch One-Step-Verfahren werden mehrere Arbeitsschritte eingespart“, versichert Horst Scheidt, Geschäftsführer von HK Präzisionstechnik.

Heißer Ofen für die Zukunftssicherung

Absolut neu ist laut HK die Variante eines Ofens zur Erwärmung von „Advanced“ GMT, einem Halbzeug auf Polyamidbasis, das mit Carbonfasern verstärkt ist. Die Herausforderung bestehe darin, die Halbzeuge unter Stickstoffatmosphäre bei circa 280 °C zu durchwärmen. Der Sauerstoffanteil im Ofen muss dazu auf unter 2 % bleiben, um eine Schädigung der Kunststoffmatrix zu vermeiden, erklärt der Ofenbauer. Den erforderlichen Stickstoffbedarf generiert dabei eine Anlage, die mit dem Ofen verbunden ist, direkt aus der Atmosphäre, betont HK. Danach wird der Stickstoff dem Ofen zugeführt. Das äußerst schonende, gleichmäßige Aufheizverfahren in den Paternosteröfen erhalte dabei die mechanischen Eigenschaften des Compounds. Darüber hinaus arbeite das Temperiersystem auch noch sehr viel energieeffizienter als herkömmliche Verfahren. Der Energiebedarf betrage bei vergleichbaren Anwendungen nur etwa 30 % dessen, was übliche Systeme benötigten. „Das hat ein unabhängiger Energieversorger eines Anwenders im Produktionsbetrieb gemessen und bestätigt“, sagt Scheidt.

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