Produkte-Nachricht

WISAG
Infrarot-Wärme für die Kunststoffverarbeitung

Gebrauchsgegenstand oder Kunstobjekt, High-Tech-Gerät oder Spielzeug, Verpackungsmaterial oder Konstruktionswerkstoff – Kunststoffe kommen in den unterschiedlichsten Formen vor. In der Raumfahrt und im Haus, in Kleidung und für Lebensmittel, in Medizin und zum Schutz der Umwelt – Kunststoffe ersetzen nicht nur andere Werkstoffe, sondern ermöglichen oftmals erst die Lösung konstruktiver Probleme. Wärme spielt bei der Formgebung und Verarbeitung von Kunststoffen eine zentrale Rolle. Zum Erweichen, Formen und Biegen, Strecken, Blasen, Tiefziehen und Prägen, Schrumpfen, Verschweißen, Kaschieren, zum Tempern, Härten, Kleben, Trocknen, bis hin zum Aufbereiten von Kunststoffabfällen. Infrarot-Strahlung bietet viele Möglichkeiten, Wärme ganz gezielt in den Verarbeitungsprozess zu übertragen.

Wisag - Infrarot-Wärme


Infrarot-Wärme erfüllt alle Anforderungen
• Die Wärmeübertragung ist einfach – sie erfordert keinen Kontakt zum Material und kein Medium wie Luft
   oder Wasser.
• Es können große Leistungen übertragen werden – Folien, Platten und andere Formen werden in Sekunden
   erwärmt.
• Der Erwärmungsprozess fügt sich in den Fertigungs­prozess ein – durch passende Strahlerformen
   oder Strahlerhauben erfolgt die Erwärmung mit dem Verarbeitungsschritt.
• Infrarot-Wärme kann gezielt dort eingesetzt werden, wo sie gebraucht wird. Große Oberflächen werden
   ebenso bestrahlt wie kleine Teilflächen, gekrümmte Oberflächen oder massive Kunststoffmaterialien.
• Infrarot-Strahlung ist sicher, sie kann einfach an­und abgeschaltet werden.
• Der Prozess ist wirtschaftlich – durch geeignete Strahler erreicht der Erwärmungsprozess einen hohen
   Wirkungsgrad. Außerdem ist der Energieverlust an das Umfeld gering, da die Erwärmung auf das
   Material begrenzt wird.

Wisag - Infrarot-Wärme Bild 2


Infrarot-Strahlung – natürliche Wärme
Die wärmende Kraft der Sonne ist das natürliche Vorbild. Es ist die Infrarot-Strahlung, die wir im Sonnenlicht als Wärme empfinden. Wie das Licht ist Infrarot-Strahlung elektromagnetische Strahlung und wird ebenso schnell und mit nahezu unbegrenzter Leistung übertragen. Infrarot-Strahlung wird im Material in Wärme umgewandelt. 

Infrarot hat viele Spektren
Infrarot­Strahler von Heraeus Noblelight übertragen Wärme kontaktfrei und die Wärme-Strahlung wird genau auf das Material abgestimmt. Infrarot-Wärme, die besonders gut zu den Absorptionseigenschaften der Kunststoffe passt, macht die Kunststoffverarbeitung effizienter. Infrarot-Strahler bieten den Vorteil, Wärme zielgerichtet anwendbar zu machen: Wärme nur dort wo sie gebraucht wird und nur solange sie für den Prozess nötig ist. So werden auch komplizierte Wärmeschritte reproduzierbar und eine Automatisierung kann eingeführt werden 

Wisag - Bestrahlungsstärke
Infrarot-Spektren verschiedener Heraeus Noblelight Strahler. Die Kurven zeigen die Bestrahlungsstärke in den verschiedenen Wellenlängenbereichen bei gleicher elektrischer Leistung. Während der Halogenstrahler im kurzwelligen Bereich die höchste Leistung abstrahlt, haben Carbonstrahler und mittelwellige Strahler bei Wellenlängen oberhalb 2 μm deutlich höhere Strahlungsleistung.

Absorbiert wird nur die passende Infrarot-Strahlung
Das breite Spektrum der IR-Strahlung wird wie Licht zum Teil am Material reflektiert, ein Teil im Material absorbiert, und ein Teil durchdringt das Material. Der reflektierte Teil ist meist gering. Absorbiert wird das Strahlungsspektrum, das mit der Wellenlänge der Molekülschwingung im Material übereinstimmt. Je nach Material haben Moleküle und Molekülstrukturen spezifische Wellenlängen, bei denen sie absorbieren. Wird die Strahlung absorbiert, gibt sie Energie an das Molekül ab, das Material erwärmt sich. Kunststoffe absorbieren Infrarot-Strahlung vorwiegend im Wellenlängenbereich oberhalb von 2 µm. Wirksam sind vor allem C-H-Bindungen, die bei Wellenlängen zwischen 3,2 µm und 3,5 µm absorbieren.

Wisag - Apsorption
Die Absorptionsspektren von Polyethylen und Polyvinylchlorid zeigen starke Absorption für Infrarot-Strahlung zwischen 2,5 μm und 4 μm. Für diese Materialien haben mittelwellige Strahler einen höheren Wirkungsgrad als kurzwellige Strahler oder Halogenstrahler.

Wellenlänge passend zum Material
Dünne Materialien (Folien) werden von kurzwelliger Infrarot-Strahlung, die nur einen geringen Strahlungsanteil passend zum Absorptionsspektrum des Materials liefert, kaum erwärmt. Das Material ist für die Infrarot-Strahlung transparent, hier hat kurzwellige Infrarot-Strahlung einen geringen Wirkungsgrad. Mittelwellige Strahlung dagegen wird stärker absorbiert und erwärmt die Folie bei gleicher elektrischer Leistung wesentlich schneller. Damit bei besonders dünnen Materialien möglichst keine Strahlung verloren geht, bietet Heraeus Noblelight einen Strahlungsumwandler aus einer Platte mit Mineralfasern an. Diese nimmt die restliche Strahlung auf und strahlt sie mit veränderter Wellenlänge auf das Material zurück. Der Strahlungsumwandler absorbiert die transmittierte Infrarot-Strahlung, heizt sich in sekundenschnelle auf 500 – 600 °C auf und strahlt dann mittel­ und langwellige Strahlung zurück.

Bei massiven Materialien dringt kurzwellige Strahlung wegen der geringen Absorption tief in das Material ein und sorgt für gleichmäßige Durchwärmung. Mittelwellige Strahlung wird bereits in der äußeren Schicht absorbiert und erwärmt dadurch vor allem die Oberfläche. Mit den richtigen IR-Strahlern lässt sich die Erwärmung von Kunststoffmaterialien entsprechend den Anforderungen steuern. Pigmente in gefärbten Kunststoffen erhöhen die Absorption der Infrarot-Strahlung.

Wisag - Apsorption %
Absorptionsspektrum von Wasser. Auch für die Trocknung haben mittelwellige Strahler einen deutlich höheren Wirkungsgrad als kurzwellige Strahler.

Die Bestrahlungsstärke bestimmt die Wärmemenge

Die auf das Material übertragene Wärmemenge wird durch die Leistung der Strahler, durch ihre Temperatur und durch den Abstand zum Material beeinflusst. Durch die Auswahl des Spektrums ist die Temperatur und damit auch die elektrische Leistung der Strahler festgelegt. Um die übertragene Wärmemenge zu steigern, wird die Bestrahlungsstärke – die Strahlungsleistung pro Fläche – erhöht. Die Bestrahlungsstärke lässt sich steigern durch die Anordnung der Strahler, durch Verwendung von Zwillingsrohrstrahlern und durch den Einsatz von Reflektoren.


Infrarot-Strahler für jede Anwendung

Allen Heraeus Strahlern gemeinsam ist ihre Ausrichtung in Bauform, Größe und Spektrum auf den gewünschten Prozess. So werden auch komplizierte Wärmeschritte reproduzierbar und eine Automatisierung kann eingeführt werden.

Kriterien für die Auswahl von Infrarot-Strahlern
Infrarot-Spektren
bestimmen die Wärmeverteilung in Kunststoffen. Durch die Anpassung des Spektrums werden Prozessablauf, Aufheizzeit und Energiebedarf optimiert.

Die Aufheiz- und Abkühlzeiten der Strahler sind für die Regeleigenschaften, für die Abschaltung zwischen Prozessschritten und für die Prozesssicherheit wichtig. Kurzwellige Strahler, schnelle mittelwellige Strahler und Carbonstrahler haben die kürzesten Zeiten und damit die günstigsten Regeleigenschaften.

Baulänge und Stabilität – Halogenstrahler werden mit einer beheizten Länge bis zu 1 m und Carbonstrahler bis zu 3 m hergestellt. Zwillingsrohr-Infrarot-Strahler können durch ihre hohe mechanische Stabilität in jeder erforderlichen Länge bis zu 6 m angefertigt werden.

Reflektor – Heraeus Noblelight rüstet alle Strahler auf Wunsch mit Goldreflektoren aus. Es handelt sich um eine Goldbeschichtung, die etwa 95 % der IR-Strahlung reflektiert und die wirksame IR-Strahlung damit fast verdoppelt.

Blendfreie IR-Strahler – aus Sicherheitsgründen ist es für manche Anwendung sinnvoll, die intensive Lichtstrahlung auszufiltern. Das wird durch eine besondere Strahlerbeschichtung erreicht.

Strahlerformen – Heraeus als Hersteller von Quarzmaterialien bietet Zwillingsrohr­ und Rundrohrstrahler auch in gebogener Form an. Damit wird der Wärmeprozess direkt an den Fertigungsvorgang angepasst.

Infrarot-Strahler und ihre Eigenschaften
NIR InfraLight, kurzwellige Halogen-Strahler,
werden als kostengünstige Standardstrahler in handelsübli- chen Abmessungen in vielen Infrarot­Geräten für Erwärmungs­ und Trocknungsprozesse verwendet. Neu sind Halogen-Infrarot-Strahler mit Goldreflektor. Das Spektrum ist kurzwellig mit hohem Lichtanteil, es ist zur Erwärmung von Platten und massiven Kunststoffmaterialien geeignet.

Kurzwellige Zwillingsrohrstrahler sind im Spektrum vergleichbar zu Halogen­Strahlern. Sie werden dort eingesetzt, wo eine schnelle Aufheizung wichtig ist. Durch die stabile Bauweise als Zwillingsrohr lassen sich größere Baulängen herstellen. Die Strahler erreichen durch die stärkere Heizwendel doppelte Lebensdauer.

Schnelle mittelwellige Strahler sind Zwillingsrohrstrahler mit einem Spektrum zwischen kurz­ und mittelwelligen Strahlern. Die Strahler werden mit einer Baulänge bis zu 6,4 m angeboten. Die Strahler sind für große Module geeignet. Sie erreichen eine deutlich höhere Flächenheizleistung als mittelwellige Strahler.

Carbon Infrarot-Strahler CIR® sind neu entwickelte Strahler mit einem Carbonband als Heizleiter. Die Strahler erreichen sehr kurze Aufheizzeiten (1 – 2 sec.) und sind gut für schaltbare Prozesse geeignet. Sie haben das Spektrum mittelwelliger Strahler und damit einen hohen Wirkungsgrad für Kunststofferwärmung und in Trocknungsprozessen. Baulängen bis 3 m.

Mittelwellige Strahler zeichnen sich durch hohe Wirtschaftlichkeit, Stabilität und Lebensdauer aus. Das Spektrum ist für Erwärmungsprozesse in den meisten Materialien gut geeignet. Ihre Baulängen betragen bis zu 6 m.

Wisag - Infrarot-Wärme Bild 3


Prozesswärme nach Maß

Infrarot-Module von Heraeus Noblelight sind komplette Strahlerleisten, kleine und große Strahlerhauben, mobile Trocknersysteme oder IR-Trockner kombiniert mit einem intensiven Luftstrom.

Module – prozessgerecht gestaltet
Ausgangspunkt ist das Heraeus Noblelight KR-Modul, ein festgelegtes Grundkonzept. Daraus werden InfrarotModule für die jeweilige Anwendung individuell und prozessgerecht gebaut und ausgerüstet. Sie werden in den Abmessungen passend zur Kundenanlage gefertigt, mit maßgeschneiderten Infrarot-Strahlern und der für den Prozess erforderlichen Leistung. In ihnen sind alle technischen Fragen wie Strahlerauslegung, Halterungen, thermische und mechanische Stabilität, Sicht­ und Berührungsschutz, Luftführung und andere Fragen der Infrarot-Technik gelöst. Sie sind anschlussfertig zum Einbau in bestehende Anlagen oder zur Ausrüstung neuer Projekte.

Systeme – komplette Wärmeprozesse
Auf Wunsch werden Module als komplette Infrarot-Systeme ausgerüstet mit automatischer Regelung der Strahlerleistung und der Produkttemperatur, mit Temperaturmessung am Produkt, elektronischer Steuerung und komplettem Schaltschrank. In der Ausstattung der Module und Systeme verbinden sich anspruchsvolle Infrarot- Technik und breites Anwendungs­Know­how.

Alle Möglichkeiten
Wichtigstes Maß für die Konstruktion der Module ist die produktive Lösung für das jeweilige Wärmeproblem. Durch das modulare Konzept können praktisch beliebig große Heizfelder realisiert werden. Die Flexibilität der Abmessungen, der Strahlerauslegung, der Regelung und Steuerung macht eine Anpassung an fast jede wärmetechnische Aufgabe möglich: an variable Warenbahnbreiten ebenso wie an besondere Temperaturprofile, an hohe Flächenleistung und an jeden Regelungsbedarf.

Wisag - IR-Modul mit gebogenen Strahlern
IR-Modul mit gebogenen Strahlern für Kaschier- und Prägeprozesse

Anwendungen

Kunststoffbehälter verschweißen, Autoinnenteile formen, tiefziehen oder entgraten, ob durchlaufende Materialien oder einzelne Teile, jedes Infrarot-Modul kann anders aussehen. Allen gemeinsam ist die genaue Ausrichtung des Infrarot-Systems auf Produkt und Prozess. Die Art des Kunststoffes, Form, Wanddicke und Farbe haben dabei einen erheblichen Einfluss auf den Wärmeprozess. Wellenlänge, Leistung und sogar die Form der Strahler spielen eine Rolle. Es lohnt sich, vor der Installation einer neuen Anlage alle Prozessparameter genau anzuschauen. Optimal passende Infrarot-Strahler sparen Energie und Geld.

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Gezielte Wärme - die andere Infrarot-Technik

Ein echte Herausforderung sind Fertigungsprozesse, bei denen nur sehr kleine oder gekrümmte Flächen, Ränder, Kanten oder bestimmte Konturen der Produkte Wärme benötigen.

Konturstrahler
bilden Kanten oder Ränder von Werkstücken nach und ermöglichen so gezielte Biegeprozesse oder das lokale Aktivieren von Klebern.

Kleine Flächenstrahler erwärmen komplizierte Geometrien.

Omegastrahler und Heißniet-Strahler sind optimal zum Verformen von Rohren oder zum Heißnieten von Kunststoffstiften.

Die neuen QRC® Infrarot-Strahler (QRC = quartz reflective coating) besitzen einen Nanoreflektor aus Quarzmaterial und können exakt einem Werkstück nachgeformt werden, speziell für Prozesse wie das Entgraten, das Verschweißen oder die Kleberaktivierung.

All diesen Strahlern gemeinsam ist ihre Ausrichtung in Bauform, Größe und Spektrum auf den gewünschten Prozess. Wärme wird ganz gezielt dort erzeugt, wo sie gebraucht wird. Energieverluste an die Umgebung sind so denkbar gering.

Heraeus Noblelight schafft die Voraussetzungen für Lösungen, die ganz auf die Anforderungen des Anwenders abgestimmt sind. Die Entwicklung von Strahlern orientiert sich an den Erfordernissen der Kunden und dem neuesten Stand der Technik. 

Wisag - LogoWISAG
Bruggacherstrasse 24
CH-8117 Fällanden

Tel. 044 317 57 57
Fax 044 317 57 77

info@wisag.ch
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