Infrarotstrahler-Hersteller Ceramicx und Weco in Zusammenarbeit für Santa Fe Custom Skylights

Einer der führenden Produkt-Hersteller der Bauindustrie in den USA, Santa Fe Custom Skylights, konnte mit der Unterstützung des Fachwissens von Weco International und Infrarot-Heizsystem-Hersteller Ceramicx einen erfolgreichen Umstieg auf ein Infrarot-Heizsystem durchführen und wird für diesen Schritt nun entlohnt.

(industrietreff) - Das Infrarot-Heizsystem-Investment des in New Mexico ansässigen Plastik-Thermoformers amortisierte sich innerhalb von nur zwölf Monaten durch eine 30%-ige Reduktion der Energiekosten. Zusätzlich konnte Santa Fe Custom Skylights während dieser Periode die Durchlaufzeiten der Produktion verkürzen, sowie die Energiekosten und den Materialausschuss reduzieren. Das State-of-the-Art Design des neuen Infrarot-Heizsystems – Steuerungssystem, Zonen-Layout und die Auswahl der Keramikstrahler – wurde in einer Modulbauweise erstellt. Dies ermöglicht Custom Skylinks verschiedene Werkzeuge und Materialarten innerhalb einer einzigen Thermoform-Linie zu nutzen.

Der Eigentümer von Custom Skylights, Jeff Apodaca, sagt, “wir kauften jedes Jahr einen neuen Gasofen, bevor wir auf die Infrarot-Technologie von Ceramicx und Weco umstiegen. Wir investierten sehr viel Geld in das alte System und es funktionierte einfach nicht: Wir hatten Hot- und Cold-Spots, da es keinen Weg gab die Temperatur zu steuern und wir benötigten das System den gesamten Tag lang. Der Ofen wurde einfach immer heißer und heißer, was dazu führte, dass wir viel Kunststoff verbrannten. Zusätzlich gab es keinen Weg die Temperatur für stärkeres Acryl einzustellen. Nach einem Jahr und einem Tag voller Burnouts, Teile-Erneuerungen und eine abgelaufene Garantie hatten wir uns dafür entschieden, dass wir eine andere Lösung brauchten.”

Apodaca sagt, dass Custom Skylights daraufhin einen radikalen Umstieg auf eine neue Wärmequelle anstrebte. “Wir wussten, dass wir einen neuen Ofen benötigten und entschieden uns dafür bei einer Thermoform-Konferenz von der Society of Plastics Engineers (SPE) teilzunehmen und uns selbst über die Auswahl an Wärmequellen weiterzubilden, bevor wir eine kostenintensive Entscheidung treffen würden. Während der Konferenz sprachen wir mit zahlreichen Ofen-Herstellern, welche uns alle aufgrund unseres Anforderungsprofils auf die IR-Option hinwiesen. Es waren schlussendlich Weco’s Fähigkeiten unsere Produkt-Muster zu testen, Daten der Analyse bereitzustellen und ein Design zu kreieren, welches uns dazu veranlasste das Infrarot-Heizsystem von ihnen zu kaufen.”

Apodaca fügt hinzu, “Mit diesem neuen Infrarot-Ofen hatten wir keinen einzigen Tag einen Ausfall seit wir es in Betrieb genommen haben und wir nutzen es 8 Stunden den Tag. Wir können die gewünschte Temperatur auch für stärkere Kunststoffe bequem einstellen und wissen, dass die Produkte gleich beim ersten Mal die Form haben, welche wir wünschen. Die Produktionszeiten konnten um 2/3 im Vergleich zu unserem alten Heizelement- und Gas-System gesenkt werden, die Energiekosten wurden reduziert und der Materialausschuss aufgrund nicht kontrollierter Hitze konnte vollkommen eliminiert werden.

Ted Rosingana, Vize-Präsident von Weco International, weist darauf hin, dass das Erwärmen mit Incoloy-basierten Heizsystemen ,wie beispielsweise Rohre, Metallhüllen und Cal Rod Heizelementen, ineffizient über ihre gesamten Lebensdauern sind und nur mit wenig zielgerichteter Wärme auf das Zielmaterial einwirken.

“Das Emissionsvermögen ist im Gegensatz zur Temperatur das Schlüsselkriterium”, sagt Ted Rosingana. “Ein Emissionsvermögen eines Incoloy-basierten Strahlers beispielsweise, bei welchem die Oberfläche die Fähigkeit besitzt Infrarotenergie zu emittieren im Vergleich zu einem schwarzen Objekte mit der gleichen Temperatur und der gleichen Fläche, startet in etwa bei 70%. Nach einer Nutzungsdauer von 6 bis 12 Monate liegt diese Quote nur noch bei 35% bis 40%. Ein Ceramicx Hohl-Keramikstrahler startet mit einem Emissionsvermögen von 96% und erreicht am Ende seiner Lebensdauer immerhin noch über 70%.”

In anderen Worten, wenn 100 Watt an Strom in einen Incoloy-basierten Strahler fließen, kann dieser lediglich 35 Watt an Strom direkt in Infrarot-Energie auf das Objekt einwirken lassen. Im Vergleich dazu nutzen Ceramicx Infrarotstrahler 96 Watt. Die restliche Energie ist Konvektion (steigende Wärmeenergie) und Lichtenergie. Im zuvor von Custom Skylights benutzten Incoloy-basierten Heizsystem wurde nur wenig Infrarot-Strahlung absorbiert, die meiste Energie ging an die Konvektion verloren. Zielgerichtete Energie (IR) ist speziell dann erforderlich, wenn die Strahler oberhalb des Zielmaterials angebracht sind, wie dies bei Custom Skylights der Fall ist. Die Konvektionsenergie steigt und geht an die Umgebung verloren. Mittels Infrarot-Wärme wirkt die zielgerichtete Energie “direkt” auf das Zielmaterial ein, welches die Strahlen absorbiert und in Wärme umwandelt. Der Strom, welcher dann schlussendlich bezahlt wird, wird somit effizient genutzt.

In Bezug auf die physische Größe sind Incoloy-Strahler normalerweise lang (1,27m bis 1,5m), sodass sie manchmal länger sind als die Breite des Ofens selbst. Dies ermöglicht nur eine geringe Zonensteuerung. Die Strahler erreichen in der Regel nur sehr langsam die eingestellte Temperatur und die Temperatur der Oberfläche variiert sehr stark über die gesamte Länge. Ein Keramikstrahler hingegen hat eine viel kleinere Oberfläche und kann individuell gesteuert bzw. gruppiert werden, um eine multiple Zonensteuerung innerhalb des Ofens zu ermöglichen. Bei Custom Skylights erforderten manche Zonen eine erhöhte Absorption der Infrarot-Strahlung, damit das Material geformt/bewegt werden kann ohne, dass das Endprodukt einen Schaden davon trägt. Das 96 x 100 Zoll große Thermoform-Heizsystem wurde mit 12 individuellen Zonensteuerungen ausgestattet. Der gesamte Infrarot-Ofen und das Steuerungssystem wurden vor der Lieferung an Custom Skylights getestet. Der Infrarot-Ofen wurde an den vorbestimmten Montagevorrichtungen angebracht, der Strom wurde an die Steuerungsanlage angeschlossen und das System funktionierte.

Ceramicx Gründer und Geschäftsführer, Frank Wilson, sagt, “Dies ist keine isoliert anzusehende Erfolgsstory eines einzigen Herstellers, die gesamte Thermoform-Industrie weltweit ist am Sprung die Vorzüge der Infrarot-Technologie für sich zu entdecken und die Gewinne zu erhöhen. Die Plastik-Thermoform-Industrie ist sehr ausgereift und erreicht nun einen Punkt, an dem die Infrarot-Technologie einen Quantensprung Richtung höherer Margen, niedriger Energiekosten und reduzierter Kohlendioxidausstöße darstellt. Es ist in der Tat zu erwähnen, dass die meisten Thermoformer, welche von Incoloy-Strahlern Gebrauch machen, mit Ihren Thermoform-Systemen immer mit einer Leistung von fast 100% arbeiten müssen, um den gleichen Output als Ergebnis zu erhalten.

Wilson fügt hinzu, dass “diese Art zu arbeiten Energie verschwendet, die Elemente schneller defekt werden, somit mehr Zeit damit verbracht wird diese auszutauschen und durch die Konvektionswärme steigt noch dazu die Temperatur in der Fabrik an, was zu unangenehmen Arbeitsbedingungen für die Arbeiter führen kann, vom schnellen Verschleiß und der raschen Abnutzung und der Ineffizienz des Systems einmal abgesehen. Das neue Ceramicx Infrarot-Heizsystem, welches für Custom Skylights entwickelt wurde, erhöhte die Einwirkung der Energie auf die Plastik-Platten beträchtlich, was die Produktionszeiten reduzierte. Es wird nun weniger Energie für ein Stückgut verbraucht, dies reduziert zusätzlich die variablen Stückkosten.”

Das Arbeiten mit Custom Skylights stellte Weco und Ceramicx zusätzlich vor die Herausforderung, dass die Energiezufuhr mit 208V und 200 Ampere begrenzt war. Ein Standard Weco/Ceramicx Infrarot-Ofen in dieser Größe nutzt normalerweise 600 Watt und 400 Ampere, um alle Strahler zu speisen. “Die Herausforderung für uns”, so Wilson, “war es den Infrarot-Ofen so zu entwickeln, dass dieser genug Energie erzeugt, um den Anforderungen des Kunden gerecht zu werden und die Energiekosten zu senken.”

Weco und Ceramicx entschieden sich daraufhin einen 300 Watt Hohl-Keramikstrahler in einem polierten Aluminiumstahl-Reflektor zu positionieren. Der Aluminiumstahl-Reflektor liefert eine bessere Reflektion im Vergleich zum Aluminium und eine höhere Wärmetoleranz im Vergleich zu Edelstahl. Wenn Edelstahl zu großer Hitze ausgesetzt wird, dann wird dieser schwarz und ohne eingehende Wartungsarbeiten würde der Reflektor beginnen die IR-Strahlung zu absorbieren anstatt sie zu reflektieren. Der 300 Watt Hohl-Keramikstrahler blieb unter der maximalen Stromzufuhr und die Ampereanzahl des gesamten Systems konnte unter 200 gehalten werden und trotzdem liefert das neue Infrarot-Heizsystem das Maximum an zielgerichteter Energie auf das Material.

Die Produkte von Custom Skylights werden entwickelt um sichtbares Licht durchzulassen. Das klare und transparente Material kann Schwierigkeiten bei der Absorption hervorrufen. Jedes Material absorbiert Energie auf einer anderen Wellenlänge und Weco und Ceramicx mussten sich für eine IR-Wellenlänge entscheiden, welche den Absorptionseigenschaften der vorgegebenen Materialien entsprach. Kurzwellenstrahler würden in diesem Fall zu wenig Strahlungsabsorption zulassen, deshalb entschieden sich Weco und Ceramicx für Langwellenstrahler. Die Ceramicx Keramikstrahler stellten hierbei die idealen Strahler für die Absorptionseigenschaften der Polymer Materiale dar.

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Datum: 01.09.2010 - 10:10 Uhr
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