Mikrowellentechnik | Mikrowellen sind nicht nur Bestandteil vieler Küchen, sondern eignen sich auch sehr für industrielle Wärme- und Trocknungsprozesse – beispielsweise zum Aushärten von Composites oder für Schäumprozesse. Und dabei sind sie schnell und energieeffizient.
Andrea BodenhagenLeitung Marketing bei der Weiss Group, Reiskirchen-Lindenstruth
Bei Mikrowellen handelt es sich um elektromagnetische Strahlung. Ihr großer Vorteil ist die kontaktlose Wärmezufuhr. Die zu behandelnden Materialien absorbieren die Strahlung durch die Oberfläche unabhängig vom Wärmefluss und werden so gleichmäßig erhitzt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Trocknungsverfahren haben Mikrowellen eine wesentlich größere Eindringtiefe. Außerdem tragen sie Energie nur in das auszuhärtende Bauteil ein und erwärmen trägheitslos, sodass der Ofen an sich kalt bleibt. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil: Die Aufheiz- und Abkühlzeiten sowie die für den eigentlichen Aushärteprozess benötigte Zeit werden reduziert. Somit ist das Verfahren besonders energieeffizient.
Die Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung ermöglichen auch den Einsatz im Vakuum – zum Beispiel bei Trocknungsprozessen. Hinzu kommt der Vorteil der berührungslosen Erwärmung. So lassen sich auch Produkte im Ofen behandeln, die durch Wärmeleitung nicht erwärmt werden können.
Die Vötsch Industrietechnik GmbH entwickelte das weltweit erste Industriesystem für Mikrowellenaushärtung, VHM Hephaistos. Der Name Hephaistos steht für High Electromagnetic Power Heating Automated Injected STructures Oven System. Es handelt sich um ein international patentiertes System, das vor allem für Lightweight Composite Strukturen eingesetzt wird.
Das System zeichnet sich durch eine hexagonale Prozesskammer aus – der idealen Form für eine homogene Feldverteilung und somit Voraussetzung für eine optimale Temperaturverteilung. Durch die verlustfreie und direkte Übertragung der Energie, unabhängig von der Atmosphäre im Rezipienten, reduziert Hephaistos die Prozesszeiten gegenüber konventionellen Methoden um circa 50 % und erreicht Energieeinsparungen von bis zu 75 %.
Die Hephaistos Hybrid-Anlage, eine Kombination aus Mikrowelle und Konvektion, ist eine Weiterentwicklung, die sich für Trocknungsprozesse im Frischluftbetrieb sogar nach EN 1539 eignet. Im reinen Umluftbetrieb lässt sich eine Prozesstemperatur überlagern, um die Materialoberfläche oder das Tooling zusätzlich zu erwärmen. Außerdem gibt es eine modulare Drehdurchführung für bewegte Bauteile im Batch-Betrieb, die rotierende oder axiale Bewegungen erlaubt.
Die Anlage ermöglicht Lean Manufacturing mit kontinuierlichen Prozessen oder für den One-piece-Flow. Als dritte Variante von Hephaistos ermöglichen Durchlaufsysteme eine schnelle Wärmebehandlung von Bauteilen bis hin zu Schäumprozessen. Die Drei-Varianten-Hybrid-Anlage mit modularer Drehdurchführung und Durchlaufsystem erschließt damit ein großes Anwendungsgebiet.
Bei unserem Kooperationspartner KIT Campus Nord, Institut IHM, steht eine moderne Hybrid-Anlage mit Drehdurchführung und Durchlaufoption für Versuchszwecke zur Verfügung. Dort können die unterschiedlichen Technologien getestet und die zugehörigen Prozesse optimiert werden.
Mikrowellen sind hervorragend für das Aushärten von Verbundwerkstoffen geeignet. Kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe (CFK) werden aufgrund ihres Leichtbaupotentials zunehmend in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Automobiltechnik eingesetzt. Sie finden sich aber auch in Tennisschlägern und Fahrradrahmen wieder.
Es ist eine hohe Feldhomogenität erforderlich, um diese qualitativ hochwertigen Produkte und Materialien auszuhärten. Bei den Verbundwerkstoffen umgeht die Mikrowelle durch die Volumenheizung die schlechte Wärmeleitung des Fasergeleges. Damit können bei geringem Energieverbrauch hohe Heizraten in dem Bauteil direkt durch die Mikrowelle erzeugt werden. So wird eine schnellere, effizientere und preiswertere Produktion von Verbundwerkstoffen möglich.
Auch außerhalb der Luftfahrt- und Automobilindustrie gibt es Anwendungsfälle für die Mikrowellen-Technologie, zum Beispiel das Trocknen von Filterpatronen oder das Verkleben von Laminaten. Generell lassen sich viele Trocknungs- und Erwärmungsprozesse energieeffizienter und schneller mit dieser Technologie umsetzen. Dazu gehören das Aushärten von Kunststoffen, das Vulkanisieren von Gummi sowie das Herstellen von Polymer-Schäumen. Auch in der Keramikindustrie werden Mikrowellen zur Trocknung und Sinterung eingesetzt.
Das Hephaistos-Mikrowellensystem erlaubt es, mit den heute verwendeten Betriebsmitteln weiter zu arbeiten, wie zum Beispiel bisherigen Werkstoffen, Formen und Beschickungssystemen. „In unserer Mikrowellenanlage ist es möglich, metallische Werkzeuge und Systeme einzusetzen, ohne das bekannte Blitzlichtgewitter durch eine inhomogene Feldverteilung zu erzeugen“, erklärt Reiner Wiesehöfer, Leiter des Produktbereichs Wärmetechnik der Vötsch Industrietechnik GmbH in Reiskirchen-Lindenstruth.
Vötsch Wärmetechnik ist eine Division der zur Weiss Group gehörenden Vötsch Industrietechnik GmbH. Ein Team an erfahrenen Ingenieuren und Konstrukteuren entwickelt, plant und produziert hochwertige und zuverlässige wärmetechnische Anlagen für nahezu jeden Anwendungsbereich. Dazu gehören Wärme- und Trockenschränke, Reinraumtrockner und Heißluftsterilisatoren, ebenso wie Mikrowellenanlagen, Infrarotöfen und Durchlauföfen. Weiss Technik, die Muttergesellschaft, bietet außerdem Klimalösungen für industrielle Fertigungsprozesse ebenso wie für Krankenhäuser, mobile Operationszelte oder für die Informations- und Telekommunikationstechnologie.
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