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Das Einsatzspektrum von Industrieöfen ist sehr vielfältig. Man unterscheidet hierbei zahlreiche unterschiedliche Anwendungen bei denen die Wärme zu behandelnden Produkte je nach Anwendung eine spezifische Temperaturbeaufschlagung erfahren. Dabei werden die unterschiedlichsten Werkstoffe (wie z.B. Stahl, Aluminium, Kunststoff, Gummi, Silikon, Carbon, Composite, Verbundmateralien, Glas, Keramik etc.) in deren unterschiedlichsten, teils komplexen Bauteilgeometrien mit für das Produkt spezifischer Parameter im Industrieofen nicht nur einfach erwärmt, sondern folgen bei der jeweiligen Anwendung teilweise unterschiedlicher Zeit-/Temperaturniveaus. Hinzu kommt je nach Kundenbedarf, Anwendung, Produkt und Befüllgrad des Industrieofens weiter zu berücksichtigende bzw. zu erfüllende Parameter, wie Aufheiz- und Abkühlraten, Temperaturhomogenität, das sichere Handling von ggf. aus dem Produkt austretenden brennbaren Stoffen und die Messung, Erfassung sowie Dokumentation des Prozesses.
Im Hause Airtec liegt grundsätzlich der Fokus in der Umsetzung der gezielten und erforderlichen Prozess- und Kundenanforderungen. Das seit Jahren vorhandene werkstoff- und anwendungsspezifische Know-How, in Verbindung mit der Anwendung einer stetig weiterentwickelten und flexiblen Airtec Technologie gewährleisten zum Vorteil und Erfolg unserer Kunden hierbei eine optimale Umsetzung aller Wärmebehandlungsprozesse.
Die Industrieöfen bzw. Wärmebehandlungsanlagen der Airtec werden zur Herstellung unterschiedlichster teilweise hochkomplexer Produkte in verschiedenen Branchen eingesetzt. Hierbei finden alle wärmeprozesstechnisch erforderlichen Verfahren anwendungsbezogen auf das zu behandelnde Produkt ihre zielgerichtete Anwendung.
Anlassen, Auslagern, Erwärmen/Warmhalten , Härten, Lösungsglühen, Tempern, Trocknen
Nachfolgende Beschreibungen zeigen beispielhaft ohne Anspruch auf Vollständigkeit die Vielfältigkeit der Anwendungen sowie auch das was hierbei unter anderem bei der Abbildung des Prozesses zu beachten ist.
Im Anlassprozess wird das Wärme zu behandelnde Produkt über einen längeren Zeitraum auf eine Temperatur unterhalb seiner Schmelzgrenze erhitzt.
Hierbei wird das Produkt auf eine Temperatur oberhalb der unteren Entspannungsgrenze erwärmt und auf diesem Niveau so lange gehalten bis das Produkt gleichmäßig durchwärmt ist.
Anschließend erfolgt eine gezielte Abkühlung, wobei man grundsätzlich zwei Abkühlarten (langsam, schnell) unterscheidet.
Während bei der langsamen Abkühlung das zu behandelnde Produkt von inneren Spannungen befreit wird, um so z.B. nachträglich ungewollte Verformungen zu vermeiden, sowie bei Metallerzeugnissen je nach Dauer des Temperiervorganges die Zähigkeit erhöht wird, so nutzt man bei der schnellen Abkühlung das „Einfrieren“ der Gefügematrix gezielt dazu, die Widerstandsfähigkeit, d.h. die thermische und mechanische Festigkeit des Materials zu erhöhen.
Nach dem Stahlhärten oder Schweißen sind z.B. zum Erreichen der erforderlichen Materialeigenschaften (Zähigkeit, Streckgrenze) Wärmebehandlungen wie Anlassen notwendig.
Bei Temperaturen von meist 200 °C bis 550 °C kann die Wärmebehandlung von Minuten bis mehrere Stunden dauern.
Im Rahmen des Anlassens z.B. von Federn werden hierbei zudem die Federn zum Teil auch vorgespannt, d.h. auf Block belastet, um ein späteres Setzen zu verhindern.
Mit dem Auslagerungsvorgang bei Temperaturen von in der Regel 100 °C bis 240 °C können durch Verspannungen im Kristallgitter eines Stahles, Festigkeitswerte erhöht bzw. über die Temperatur und die Zeit eingestellt werden.
Artverwandte Prozesse sind beispielweise das Weichglühen für Anwendungen von Fahrzeugteilen, die chrashtestrelevant sind, oder nach dem Homogenisieren weiterverarbeitet werden.
Viele chemische Komponenten müssen vor ihrer Verarbeitung temperiert, oder aufgeheizt werden, da sie z.B. von dem Transport oder von der Lagerung im Freien den Witterungsverhältnissen ausgesetzt sind. Bei der Verarbeitung von flüssigen Produkten werden oftmals Fässer in Industrieöfen gelagert, um Sie kurzfristig dem Produktionsprozess entsprechend temperiert zuführen zu können.
Ebenfalls werden zur Montage von mechanischen Baugruppen Teile vor dem Aufschrumpfen vorgewärmt oder auch Werkzeuge wie z.B. Gießwerkzeuge, Walzwerkzeuge, Schmiedewerkzeuge sowie auch Formen für die Verarbeitung von PU oder PA müssen vor Einbau in die Produktionsanlage vorgewärmt und bis zum Einsatzzeitpunkt warmgehalten werden.
Für das Tauchen von vorgewärmten Werkstücken in flüssige Beschichtungsstoffe z.B. aus PVC mit anschließendem Gelierprozess zum Glätten der Oberfläche, müssen die Werkstücke kontinuierlich oder im Batchbetrieb auf die Schmelztemperatur des Beschichtungsstoffes erwärmt werden.
Im Härteprozess wird im Wärme zu behandelnden Produkt durch Temperatureinwirkung im Härteofen die Werkstoffmatrix einer gezielten Gefügeumwandlung unterzogen. Die Gefügestruktur der Werkstoffmatrix wird hierbei weiter ausgebildet, bis die gewünschte beziehungsweise endgültige Materialstruktur erreicht ist.
Ziel dieses Prozesses ist es, sowohl die Formstabilität als auch die mechanische Widerstandsfähigkeit des Produktes zu erhöhen. Während bei Kunststofferzeugnissen diese Eigenschaft durch das Ausreagieren der für die Bindung der Werkstoffmatrix zuständigen Bindesysteme erreicht wird, so ist bei Metallerzeugnissen nach dem Temperrierprozess eine schnelle Abkühlung erforderlich, bei der die Gefügestruktur in dem erforderlichen Maße „eingefroren“ wird.
Sofern darüber hinaus weitergehende Eigenschaftsveränderungen des Produktes gewünscht werden, so können diese durch einen nachgeschalteten Temper- beziehungsweise Anlassprozess im Temperofen gezielt erreicht werden.
Das Aushärten von Phenolharzverbindungen beispielsweise bei der Produktion von kunstharzgebundenen Schleifkörpern oder Scheiben, wird somit auch als Härten bezeichnet.
Dies gilt auch für die Verarbeitung von Bauteilen, die aus Kohle-oder Glasfaser verstärkten Kunststoffen hergestellt werden.
Zahlreiche Anwendungen findet man auch beim Aushärten von z.B. Epoxidharzen, im Elektromaschinenbau, beispielsweise bei der Isolierung der Kupferwicklungen von Elektromotoren.
Auch das Silikontempern ist als Aushärteprozess zu verstehen. Damit sich die Reaktionspartner im Kunststoffspritzgussteil besonders bei hochwertigen Produkten, wie vor allem beim Silikon verbinden können, werden zur Reaktion oder Polymerisation mehr als eine Komponente zur Verfügung gestellt.
Gerade bei Silikonprodukten wie z.B. Babysauger oder medizinischen Produkten ist somit ein Austreiben der aus der Reaktion übriggebliebenen Bestandteile unumgänglich. Beim sogenannten Silikontempern werden diese Bestandteile im Ofen unter Temperatur an den zugeführten Sauerstoff gebunden und abtransportiert.
Die Hersteller des Silikons geben hier einen Anhaltswert von kleiner 10 m³/h Frischluft für jedes im Ofen befindliche Kilogramm Silikon vor. Der in den Industrieofen einzubringende hohe Frischluftanteil bedeutet damit gleichzeitig, die Einbringung einer relativ hohen Heizleistung.
Um diesen Energiebedarf so gering wie möglich zu halten, können hier Wärmetauschersysteme zum Vorwärmen der Frischluftmenge mit der Abluft vorgesehen werden, die sich oftmals nach wenigen Monaten amortisieren. Gleichzeitig muss die belastete Abluft aus dem Prozessraum des Industrieofens sicher abgeführt werden.
Damit im Industrieofen bei den vorgenannten Beispielen keine Kondensation entstehen kann, welche zu einer hohen Verschmutzung und sogar zu Ofenbränden führen kann, ist zudem eine konsequente Abdichtung an allen zu öffnenden Stellen, das Vermeiden von Wärmebrücken am Gehäuse sowie das Vermeiden eines Rücklaufes aus Abluftrohren, erforderlich.
Auch zur Reduzierung einer kostenintensiven Pressenzeit bei der Formgebung bzw. beim Vulkanisieren von Gummiteilen und Gummi-Stahlverbindungen, werden Teile nachdem Sie Ihre Form beibehalten, aus der Presse entnommen und anschließend in einen Nachvulkanisierofen zur Aushärtung, d.h. strukturellen Endfestigung verbracht.
Beim Lösungsglühen inkl. des Abschreckens von Aluminiumlegierungen werden die Atome der Werkstücke bei Temperaturen von bis zu 540 °C vollständig in Lösung gebracht.
Hierzu ist die Temperaturgleichmäßigkeit im Lösungsglühofen so zu gewährleisten, dass im Werkstück aufgrund zu niedriger Temperatur oder einer zu kurzen Wärmebehandlungszeit keine groben Teilchen übrig bleiben, die nicht gelöst sind, oder aufgrund zu hoher Temperatur Aufschmelzvorgänge entstehen lassen können.
Der sich anschließende Abschreckvorgang dient zur „Einfrierung“ der gelösten Struktur.
Um dieses zu erreichen, ist ein schneller Transport zum Abschreckvorgang in wenigen Sekunden zu gewährleisten. Als Abschreckmedium wird meistens kaltes oder leicht erwärmtes Wasser, Polymerlösungen oder vermehrt für großflächige Teile Luft verwendet.
Beim Abschrecken mit Luft sind eine enge Zusammenarbeit mit dem Kunden oder auch Versuche nötig, da die Gleichmäßigkeit des Abschreckvorganges und die Abschreckrate innerhalb sehr kurzer Zeit entscheidend ist.
Unter Tempern versteht man das Wärmebehandeln unterschiedlicher Stoffe zum Ausgleich mechanischer Eigenschaften, z.B. das Entspannen der Werkstoffmatrix nach der Herstellung von Glas, Thermoplasten wie Silikonkunststoffen, aber auch Duroplaste.
Manche Temperprozesse haben auch den Hintergrund, die Maßhaltigkeit des Werkstückes zu ermöglichen. Nach einer galvanischen Beschichtung zum Korrosionsschutz muss z.B. zur Vermeidung einer Wasserstoffversprödung ein Tempervorgang nachgeschaltet werden.
Das Trocknen ist das weitläufigste Thema für Anwendungen von Industrieöfen.
Hierbei ist das Trocknen von Bauteilen gemeint, die zur Herstellung aus wasserlöslichen Komponenten bestehen, aber zum späteren Zeitpunkt trocken sein müssen.
Getrocknet werden aber auch nach DIN EN 1539 lösemittelhaltige Beschichtungen (Lacke) der Oberfläche, beziehungsweise nach der Reinigung von industriellen Reinigungsanlagen.
Im Trocknungsprozess wird dem Wärme zu behandelnden Produkt durch Verdunstung beziehungsweise Verdampfung Flüssigkeit entzogen, um entweder ein Produkt schlichtweg zu trocknen oder die Bindung von Harzsystemen herbeizuführen.
Entscheidend für den Trocknungsprozess bei Konvektion ist der Dampfdruck der auszutreibenden Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck. Ist der Dampfdruck identisch oder niedriger als der Flüssigkeitsgehalt in der Atmosphäre, so ist keine Trocknung möglich.
Ist der Dampfdruck jedoch höher als der Flüssigkeitsgehalt in der Atmosphäre, so hängt die Geschwindigkeit des Trocknungsprozesses vom Gasaustausch (Konvektionsfläche, Luftströmung) ab.
Da der Dampfdruck in der Regel bei höheren Temperaturen steigt und dadurch die Trocknung begünstigt, wird der Trocknungsprozess des zu behandelnden Produktes in Abhängigkeit von der Art der auszutreibenden Flüssigkeit auf die hierzu notwendigen Parameter ausgelegt.
Beim Lacktrocknen für Oberflächen ist auch eine gleichmäßige Luftführung erforderlich.
Um keine Verschmutzungen in der Lackschicht einzubrennen, werden Frischluft-, aber auch Umluftfilter eingesetzt.
Eine Spezialanwendung beim Lacktrocknen ist das Trocknen von Schüttgütern, wie z.B. Schrauben Klipse oder Schellen für die Automobilindustrie die in Lackierzentrifugen mit z.B. Zink- Lamellenbeschichtungen in Massen von ca. 6 t/h beschichtet worden sind, und auf Bändern oder Schalen abgedunstet und eingebrannt werden müssen.
Bei allen Lackeinbrennprozessen, ist nach der Vorschrift DIN EN 1539 (Trockner und Öfen in denen brennbare Stoffe freigesetzt werden) vorzugehen, mit der u.a. die Abluftmenge bestimmt wird, um keine explosiven Atmosphären der verarbeiteten Lösemittel im Ofen entstehen zu lassen.
Bei Anlagen für die Tränklacktrocknung von Motorwicklungen ist seit dem Einzug von wasserlöslichen, aber auch dünnflüssigeren Harzen darauf zu achten, dass das Harz am Abfließen, z.B. durch Drehen des Werkstückes im Trockner gehindert wird oder durch effektive Belüftung zum Erreichen eines hohen Wärmeübergangs schnell erwärmt, und polymerisiert werden, bevor das Harz fließen kann.
Nach Waschvorgängen in Reinigungsanlagen, oder nach einer galvanischen Beschichtung müssen Werkstücke ebenfalls getrocknet werden. Für fleckenfreies Trocknen, oder beim Trocknen von Haftwasser in Zwischenräumen oder in Sacklöchern sind wirkungsvolle Spezialbelüftungen oder der Einsatz von getrockneter Luft empfehlenswert.
Kontinuierliche oder diskontinuierliche Trockner finden auch Anwendung bei gelösten oder gemischten Massen in der chemischen oder verfahrenstechnischen Industrie
Das Kundenprodukt, d. h. die gezielte Erreichung der vom Kunden gewünschten Werkstoffeigenschaften, steht im Mittelpunkt eines jeden Wärmebehandlungsprozesses. Dies ist zentraler Bestandteil des Handelns des gesamten Airtec-Teams. Aus den spezifischen Produktanforderungen entwickeln unsere Ingenieure und Techniker maßgeschneiderte Prozesslösungen und setzen diese mit unseren Fachkräften in moderne und energieeffiziente Industrieofen- und Kühltechnik oder deren Kombination um. Aus dem branchenübergreifenden Erfahrungsschatz werden so Systemlösungen erschaffen, von denen unsere Kunden in vollem Umfang profitieren. Ausführungsbeispiele finden Sie auf den Unterseiten zu unseren Produkten
Wenn Sie weitere Fragen zu den Verfahren unserer Wärmebehandlungs- bzw. Kühlanlagen haben, dann nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf. Wir stehen Ihnen gerne beratend zur Seite.
Airtec Thermoprocess GmbH
Heinrich-Hertz-Str. 2
DE-46414 Rhede
