Lichtblick Infrarotlichtsysteme sparen Energie bei der Metallverarbeitung

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Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH

Energiesparen ist heute unabdingbar. Doch wer hätte gedacht, fragt Heraeus-Noblelight-CEO Roland Eckl, dass das mit technischem Licht machbar ist? Hier die Erklärung.

Eine der Branchen, die relativ viel Energiebedarf hat, ist die Metallverarbeitung. Denn bis aus einem Rohteil ein Produkt gefertigt ist, sind viele Wärmeprozesse nötig. Einige dieser Prozesse werden durch Infrarotwärmesysteme gelöst. Richtig eingesetzt, kann man damit die nötige Energie besonders effizient ausnutzen. Denn Metall leitet Wärme bekanntlich sehr gut. Und bei Metallteilen mit sehr viel Masse wird darum die Wärme von der Oberfläche rasch ins Bauteilinnere geleitet, wo sie aber nicht mehr für die Lacktrocknung zur Verfügung steht. Aber mittelwellige Infrarotstrahlung kann Lack und Oberfläche effizient erwärmen, wobei der Lack zwar gut getrocknet wird, aber das Metallteil innen relativ kühl bleibt. So wird einerseits der Trocknungsprozess beschleunigt, andererseits die Energiebilanz deutlich verbessert.

Infrarotstrahlung härtet Spezialschichten schneller

Whitford Ltd. in Cheshire (Großbritannien) bietet Hochleistungs-Fluorpolymerbeschichtungen und Sol-Gel-Antihaft-Beschichtungen für die Oberflächenveredelung von Bauteilen an. Dazu gehören die Beschichtungen von Kochgeschirr und Backformen, kleinen elektrischen Geräten und von Teilen für Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und chemische Verfahrenstechnik.

Das Unternehmen ist besonders für seine Xylan-Beschichtungen bekannt, die wegen ihrer Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit sowie der ausgezeichneten Sichtbarkeit unter Wasser in der Offshore-Industrie weit verbreitet sind. Die Xylan-Reihe haftet außerdem auf den meisten Metallen, Kunststoffen, Keramiken und Holz. Die meisten Beschichtungen dieser Art erfordern jedoch eine erhöhte Temperatur, damit die Schicht aushärtet. Und bisher wurde die Energie mit Heißluftöfen erreicht. Das war allerdings energie- und zeitaufwendig, weil die gesamte Masse des zu härtenden Teils auf die Zieltemperatur erwärmt werden musste. Ganz zu schweigen von einer schnellen Kontrolle der Temperatur an der Oberfläche des Werkstücks. Das war der Grund, warum Whitford in Betracht zog, Infrarottechnik zu nutzen. Dabei testeten die Briten bei Heraeus Noblelight verschiedene Infrarotstrahler mit unterschiedlichen Wellenlängen.

Alle Infrarotstrahler sind gute Oberflächenheizer

Alle getesteten Strahler – also Carbonstrahler mit mittlerer Wellenlänge, schnelle mittelwellige Strahler mit kurzer Reaktionszeit, sowie normale mittel- und kurzwellige Strahler – erwiesen sich dabei als geeignete Optionen, für die Aushärtung und Reparatur von Xylan-Beschichtungen. Besondere Vorteile offenbarten sich jedoch bei der Aushärtung von großen Metallbauteilen, weil Infrarotstrahlung gezielt die Oberfläche des Substrats erwärmen kann. Anders als bei Konvektionsöfen, wird eben nicht das komplette Metallteil durchwärmt. Dieser Effekt sorgt für signifikante Verkürzungen bei den Prozesszeiten und senkt dabei die Energiekosten.

Beispiel zwei: Infrarotsystem ersetzt gasbefeuerten Ofen

Dann nutzt auch Klinger UK Ltd., einer der weltweit führenden Hersteller von Dichtungen – beispielsweise für die Öl-, Gas- und Petrochemiebranche – Infrarotstrahler für diesen Zweck. Denn ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von einer Reihe von Dichtungen aus Metall ist das Applizieren und Härten eines Epoxidpulvers, das für den Korrosionsschutz sorgt. Ursprünglich waren die Beschichtungen in einem gasbetriebenen Heißluftofen gehärtet worden, der jedoch im Laufe der Zeit immer mehr Nachteile entwickelte. Am meisten störte der enorme Energieverbrauch, der hauptsächlich vom Vorheizen und Standby-Betrieb herrührte. Der Ofen musste dabei wenigstens zwei Stunden vor Produktionsstart vorgeheizt werden und dann ohne Unterbrechung während der gesamten Schicht laufen – egal ob sich ein Produkt zur Härtung darin befand oder nicht.

Nicht nur Geld gespart sondern auch noch Platz

Tests mit Infrarotstrahlung waren aber so erfolgreich, dass ein kompletter einzügiger Infrarotofen mit mittelwelligen Strahlern bei Klinger installiert wurde. Der Ofen ist in drei Zonen aufgeteilt: die erste zum Vorheizen der Komponenten, die beiden weiteren als Haltezonen, in denen der Pulverlack vollständig ausgehärtet wird.

Der neue Ofen muss außerdem nur dann angeschaltet werden, wenn er gebraucht wird. Daraus haben sich auch bei Klinger UK signifikante Einsparungen bei den Energiekosten ergeben. Zusätzlich erfolgt das Härten nun viel schneller und der Ausstoß konnte erhöht werden, denn es ist nicht mehr nötig, zu warten, bis der Ofen eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Nicht zuletzt braucht der neue Infrarotofen kaum die Hälfte der Fläche des alten Konvektionsofens.

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