Infrarot-Strahlung: Effizienter Energieeinsatz in der Industrie

Wärme mit Ziel

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Energie genau dort, wo sie gebraucht wird und genau so lange, wie sie gebraucht wird – Infrarot macht´s möglich. Maßgeschneiderte Strahler lassen sich problemlos sogar in bestehende Fertigungs-linien integrieren, wodurch der Anwender seine Produkte kostengünstiger anbieten kann. Weitere Pluspunkte: Kein zusätzlicher Geräuschpegel und verkürzte Prozesszeiten.

Die Autorin Denise Fröhlich ist Redakteurin der KEM

Viele Fertigungsprozesse lassen sich mit Hilfe von Infrarot (IR) optimieren, denn geschickter Einsatz entsprechender Strahler macht Wärme zielgerichtet anwendbar: Wärme nur dort, wo sie gebraucht wird und nur so lange, wie für den Prozess nötig.
Vorteile für den Anwender:
n effizienter Einsatz der Energie
n Zeiteinsparung und dadurch
n reduzierte Produktkosten.
„Zudem verursacht Infrarot keine Geräusche”, unterstreicht Rolf Diehl, General Manager Industrial Process Technology bei Heraeus, die Stärken.
IR-Technologie ist konventionellen Methoden wie Heißlufterwärmung oft überlegen, weil die Strahler maßgeschneidert werden. Wärme- und Trocknungsprozesse lassen sich nahtlos in die Fertigung integrieren – selbst in bestehende Produktionsli-nien.
„In einer Lackiererei beispielsweise lässt sich die gewünschte Temperatur auch mit einem Umluftofen erreichen, aber die Energie lässt sich viel schwerer übertragen als mit einer Strahlenquelle”, erklärt Diehl weiter.
Doch die Anwendungen der Heraeus-Strahler gehen weit darüber hinaus. „Es gibt keine Branche in der Industrie, in der unsere Strahler nicht eingesetzt werden”, erklärt stolz Udo Hennecke, Vertriebsleiter Indus-trielle Prozesstechnik. Das Unternehmen bedient weitere wichtige Märkte wie die Druck- oder Kunststoffindustrie. Gerade in letztere werden rund 50 % der bei Heraeus gefertigten Strahler geliefert – eingesetzt zum Tiefziehen, Kaschieren, Schweißen, Prägen oder Verformen. „Hier gibt es so viele Anwendungen. Ich denke, wir haben noch nicht alle gefunden”, ist Hennecke optimistisch.
Kurz, mittel, lang
Grob eingeteilt werden die IR-Strahler in kurz-, mittel- und langwellige Typen. Kurzwellige Strahler lassen sich sehr schnell ein- und ausschalten, mittelwellige haben eine bessere Absorption und bringen sehr oft einen besseren Wirkungsgrad. „Hier galt es einen Kompromiss zu finden”, erklärt Rolf Diehl.
Dieser ist Heraeus mit einem Carbon-Strahler gelungen. Der mittelwellige Strahler lässt sich genau so schnell ein- und ausschalten wie ein kurzwelliger. „Gerade in der Druckindustrie darf eine Strahlenquelle nicht ewig brauchen, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist.”, macht Diehl deutlich. „Schließlich dürfen bei einem Notstopp durch Papierstau keine 900 °C mehr auf das Papier wirken”. Der Carbon-Strahler reagiert im Sekundenbereich: einschalten, zwei Sekunden wärmen, fertig. Genauso schnell ist die Wärme wieder weg.
Heraeus hat alle technisch nutzbaren Strahler mit Leistungsdichten von 20 kW/m2 bis 1 MW/m2 im Programm.
Die Spezialisten
Um die Energie auch in schwierigen Fertigungsschritten effizient einzusetzen, gibt es eine ganze Reihe Spezialprodukte wie
n kleine Flächenstrahler: kurzwellige Strahler zum Erwärmen komplizierter Geometrien
n Omegastrahler: kreisförmig gebogene kurzwellige Strahler zum Heißnieten oder Rohrverformen (ihre Aufheiz- oder Abkühlzeiten im Sekundenbereich lassen sehr kurze Taktzeiten zu) oder
n Heißniet-Strahler: speziell auf Kunststoffe abgestimmte Strahler.
Heraeus liefert nicht nur die einzelnen Strahler an die Kunden, sondern beispielsweise auch komplette Module einschließlich Steuerung. Dabei kauft das Unternehmen nur die Komponenten für die Steuerung – die Schaltschränke werden im Haus gefertigt.
IR und das Auto
„Pauschal gesagt, sind Strahler immer im 2-dimensionalen Bereich vorteilhaft oder wenn parziell aufgeheizt werden soll”, erklärt Rolf Diehl. „Deshalb ordnen wir in der Automobilindus-trie, wo es sich ja um 3D-Objekte handelt, unsere Strahler auch 3D an”, erläutert er weiter.
Oder die Strahler werden verbogen. Beispielsweise gibt es für die relativ kompliziert geformte Innenverkleidung Versionen, die genau den Konturen folgen und in unterschiedlichen Abständen unterschiedliche Leistung aufbringen.
Im Automobilbau bieten die Strahler weitaus mehr. „Warum soll ein Anwender beispielsweise eine ganze Autotür aufwärmen, wenn nur wenige Nieten mit 10 Millimeter Durchmesser verformt werden sollen?”, fragt Udo Hennecke. In diesem Fall kommen die Omega-Strahler zum Einsatz: Nachdem beide Kunststoffteile zueinander positioniert sind, wird nur der Zapfen aufgeheizt und von einem Stempel nach unten gedrückt. So entsteht die feste Verbindung. „Das geht ruck-zuck, ist sauber, verursacht keine Geräusche und es gibt keine Temperaturerhöhung im Raum”, freut sich Hennecke. Die Omega-Strahler sind außen vergoldet. So werden 95 % der IR-Wärme nach innen abgegeben.
Effizient geklebt
Weiterhin werden die Strahler beispielsweise zum Aufbringen von Bitumenmatten verwendet. „Ohne diese Matte an Armaturenbrett, Kofferraumdeckel oder Motorhaube würde es in einem Fahrzeug sehr laut zugehen”, erklärt Udo Hennecke. Zum Verarbeiten wird ein Kleber auf der einen Seite der Matten aufgebracht und diese von der anderen Seite aufgeheizt. Das aktiviert den Klebstoff, die Matte wird weich und legt sich exakt an die Kontur. Durch die IR-Strahler werden der Klebprozess schneller, der Wirkungsgrad verbessert und eine Blasenbildung vermieden. Der Grund: Die Strahler aktivieren die Klebstoffe von innen heraus.
Ein weiteres typisches Einsatzgebiet im Automobilbau ist die Felgentrocknung: Bei mit Klarlack lackierten Felgen wird der Lack mit Hilfe von Strahlern geschmolzen und eingebrannt. So lassen sich die Prozesse auf nur ein Drittel, manchmal sogar auf ein Viertel der Zeit reduzieren.
Die weiteren Beispiele zeigen, wie vielfältig der Einsatz der Strahler gerade im Automobilbau ist:
n Lacktrocknung: Hier kommen vorwiegend mittelwellige Strahler zur Trocknung von wässrigen oder lösemittelhaltigen Lacken zum Einsatz. Durch die IR-Strahlung verdampft primär das Wasser in einem Wasserlack – die Umgebung wird nicht heiß
n Kaschieren von Rückenlehne oder Hutablage: Hier werden ausschließlich kurzwellige Strahler verwendet, da mit kurzen Taktzeiten gearbeitet wird
n Bodenblech: Der Teppichboden wird in Form eingelegt, aufgeheizt und im Vakuum auf das Bodenprofil des Autos verformt
n Frontscheiben: Zum Herstellen der Verbundglasscheiben heizt man den Verbund aus Glas und Folie auf etwa 80 °C auf. Die Folie wird weich und klebrig und ermöglicht den dauerhaften Zusammenhalt beider Scheiben.
Internet
Ausführliche Informationen
IR-Strahler
KEM 527
UV-Strahler
KEM 528
Interview mit Udo Hennecke, Vertiebsleiter Industrielle Prozesstechnik bei Heraeus Noblelight:
KEM: Herr Hennecke, was bringt Infrarot-Strahlung ?
Hennecke: Der Kunde kann seine Anlage kleiner und kompakter bauen. Die direkte Bestrahlung und Erwärmung sorgt für schnelleres Aufheizen. So kann der Anwender die Produktqualität verbessern, Lacke von innen heraus trocknen und Oberflächen schonend behandeln. So kann er sein Produkt kostengünstiger herstellen.
KEM: Was zeichnet die Car-bon-Strahler aus?
Hennecke: Es wurden immer mittelwellige Strahler mit der Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit von kurzwelligen gesucht. Damit sollten sich schnelle Prozesse in der Industrie noch besser steuern lassen. Genau das ist uns mit dem Carbon-Strahler gelungen.
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