|||Elektrisch beheizbare Formen – kostengüngstig und energieeffizient

Elektrisch beheizbare Formen – kostengüngstig und energieeffizient

Innovativer Formenbau mit temperaturbeständigen Harzsystemen und Know-How von ebalta. Von Prof. Dr.Herbert Funke / Fachhochschule Dortmund

Für die meisten Formgebungsprozesse zur Herstellung von Kunststoffbauteilen ist eine Beheizung der Formwerkzeuge erforderlich oder zumindest empfehlenswert. Insbesondere bei großen Formen mit Oberflächen von mehreren Quadratmetern ist die Beheizung oft aufwändig und verschlingt viel Energie. Eine kostengünstige und sehr energieeffiziente Lösung bieten die elektrisch beheizbaren CFK-Formwerkzeuge nach dem FIBRETEMP-System, das 2010 mit dem Seifrizpreis („modell + form“ berichtete in der Ausgabe 1/2011 darüber) und dem JEC- Innovations-Award 2008 ausgezeichnet wurde.

Eingesetzt wird das Formenbausystem vorwiegend bei der Herstellung von flächigen faserverstärkten Kunststoffbauteilen. So hat es sich bereits bei der Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen ebenso bewährt, wie im Bootsbau bei der Herstellung von Rümpfen und Decksaufbauten. Weitere Anwendungsfelder liegen im Flugzeug- und im Fahrzeugbau.
Die Kunden schätzen insbesondere die unkomplizierte und schnelle Aufheizung der Formen.

Das Funktionsprinzip klingt recht einfach: Kohlefasern werden durch elektrische Spannung erwärmt und dienen auf diese Weise zur Formheizung. Zur Stabilisierung werden die Formen in Sandwichbauweise aufgebaut. Der Sandwichkern erhöht die Wandstärke und die Steifigkeit der Formschale und dient dabei gleichzeitig als thermische Isolation, damit die in der Form erzeugte Wärme nicht zur Formaußenseite abgestrahlt wird.
Die Durchtränkung der obersten Kohlefaserlage erfolgt im Infusionsverfahren. Diese Lage dient als Oberfläche und gleichzeitig als Heizschicht. Auf diese Weise entsteht die Wärme unmittelbar dort, wo sie benötigt wird.
Es ergibt sich ein zweidimensionales Stromfeld. Parallele Fasern in Stromrichtung leiten den Strom, Querfasern sorgen für eine gleichmäßige Stromverteilung auf der Oberfläche, was Grundvoraussetzung für eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Formenfläche ist. Der Vorteil dieser Parallelverschaltung liegt auf der Hand: Es ergibt sich ein geringer Gesamtwiderstand, so dass zwar hohe elektrische Ströme fließen, aber die Spannungen im Kleinspannungsbereich (<42 V) bleiben können. Dieses ist ein wichtiger Aspekt bei der Arbeitssicherheit, da somit die Gefährdung eines elektrischen Stromschlages bei Arbeiten an der Form ausgeschlossen werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Parallelverschaltung ist die Schadenstoleranz. Bei Beschädigung einzelner Fasern wird der Strom um die Schadensstelle herum geleitet. Das Heizfeld bleibt voll funktionsfähig, auch wenn einzelnen Fasern beschädigt werden sollten.
Die Kohlenstofflaminate, die auf diese Weise gleichzeitig die Oberflächenstruktur und das Oberflächenheizelement der Form bilden sind auch bei größeren Formen relativ dünn. Selbst bei großen Formen für Rotorblätter mit über 40 m Länge beträgt ihre Wandstärke nur bis zu 5 mm.

„Bei der Formenherstellung ist die richtige Vorgehensweise und insbesondere auch eine abgestimmte Materialauswahl sehr wichtig„, betont auch Prof. Dr. Herbert Funke von der Fachhochschule Dortmund und Miterfinder des FIBRETEMP-Systems. „Hier arbeiten wir sehr erfolgreich mit der Firma ebalta Kunststoff GmbH aus Rothenburg o.d. Tauber zusammen, die insbesondere bei der Entwicklung der geeigneten Harzsysteme für das Formenbausystem FIBRETEMP mitgewirkt hat.“

Da die maximale Temperatur der Form abhängig von der Temperaturbeständigkeit des Harzes ist, spielen insbesondere bei höheren Einsatztemperaturen hochtemperaturbeständige Harzsysteme eine Schlüsselrolle im Formenbau. Hier sind ein Highlight die neuen Hochtemperaturharze von ebalta, die bei Raumtemperatur infusiert werden können und auch bei geringen Temperaturen schon so weit anhärten, dass ein Entformen und späteres Nachhärten ohne Urmodell möglich ist.
Die Infusionsfähigkeit der Harzsysteme und das Know-How im Infusionsverfahren ist für den Erfolg ganz entscheidend. Die Anwendungstechniker der Firma ebalta sind auch mit dabei, wenn es darum geht, sehr komplizierte Geometrien zu infusieren oder spezielle Anforderungen zu erfüllen.

„Derzeit arbeiten wir an der Optimierung der Werkzeugoberflächen. Erste Versuche mit metallischen Beschichtungen waren bereits sehr erfolgversprechend. Ebalta bringt hier insbesondere die Erfahrungen aus der Oberflächentechnik im Kunststoffformenbau ein. Wir hoffen, in Kürze auch elektrisch beheizbare Kunststoffformen mit metallischer Oberfläche anbieten zu können.“ so Prof. Dr. Funke. Damit ließen sich die Kostenvorteile des Kunststoffformenbaus mit der Abriebfestigkeit und Beständigkeit metallischer Oberflächen kombinieren.

Artikel veröffentlicht in Modell + Form 4/11

Elektrisch beheizbare Form
2018-06-21T10:24:41+00:00