Microwave Curing Technologie im Einsatz. (Bildquelle: Rampf)

Microwave Curing Technologie im Einsatz. (Bildquelle: Rampf)

Aushärtedauer und Prozesszeiten beim Mischen und Dosieren von ein- und zweikomponentigen Kunststoffsystemen wie Vergussmassen, Kleb- und Dichtungssystemen sind entscheidend für kürzere Takt- und Durchlaufzeiten. Je schneller die Reaktivharze anspringen, desto schneller können Bauteile belastet respektive einem weiteren Verarbeitungsschritt zugeführt werden.

Das Erwärmen von Materialien mittels Mikrowellen, die sogenannte dielektrische Erwärmung, hat hier entscheidende Vorteile: Im Gegensatz zum konventionellen Erwärmen, bei dem die Wärmeenergie auf die Oberfläche des Materials übertragen wird, von dort in das Innere zieht und so ein Durchwärmen erreicht wird, erfolgt bei Mikrowellen die Erwärmung des Materials von innen nach außen, wodurch die Materialien schneller und homogener temperiert werden können.

Von innen nach außen

Die Materialerwärmung durch Mikrowellen findet in einem elektrischen Wechselfeld statt. Damit sich ein Werkstoff hier erwärmen kann, muss er eine asymmetrische und polare Molekülstruktur aufweisen. Solche Moleküle verfügen über elektrische Dipole, welche sich in die Feldrichtung des elektrischen Wechselfeldes drehen. Als Folge dessen entstehen Rotationsschwingungen, wodurch intermolekulare Reibung und somit Wärmeenergie erzeugt werden. Dies trifft auf Polyole und Polyisocyanate genauso zu wie auf Epoxidharze und die dazugehörigen Härter, insbesondere in einem frühen Stadium der Reaktion.

Durch die Mikrowellentechnologie Raku Microwave Curing von Rampf, Grafenberg, wurde die Applikation von Elektrogießharzen, Klebstoffen und Dichtungsschäumen entscheidend weiterentwickelt. Beim herkömmlichen Applizieren von reaktiven Kunststoffsystemen werden im Mischkopf der Dosieranlage die A- und B-Komponente vermischt, wodurch das Kunststoffsystem aktiviert und anschließend auf das Bauteil appliziert wird, wo es dann aushärtet. Durch das Zuführen von zusätzlicher Wärme in Form von Mikrowellenstrahlung wird die Reaktion der Komponenten hingegen signifikant beschleunigt.

Gemisch erhält mehr Energie

Realisiert wird dies durch das Anbringen eines Applikators unterhalb des Mischkopfes der Dosieranlage. Das Reaktionsgemisch wird kurz vor dem Auftrag durch Mikrowellen weiter erhitzt, was die Reaktion beschleunigt und das Harzsystem deutlich schneller aushärten lässt.

Zusätzlich zum schnelleren Bauteilhandling wird die Maschinenverfügbarkeit durch den Einsatz der Technologie erhöht. In einer 2K-Misch- und Dosieranlage wird normalerweise die Vorlage (meistens A-Komponente) erwärmt und/oder die Mischerdrehzahl erhöht, wenn mehr Energie erforderlich ist. Dies kann allerdings die Haltbarkeit des Materials verringern, die Mischkopfverschmutzung erhöhen und auch dazu führen, dass sich Füllstoffe aufgrund der niedrigeren Viskosität in der Vorlage absetzen. Beim Einsatz von Raku Microwave Curing ist dieses Risiko verringert, da der Hauptenergieeintrag nach dem Mischkopf erfolgt.

Darüber hinaus werden Aushärtestrecken deutlich verkürzt und eventuell kann sogar gänzlich auf den Aushärteofen verzichtet werden. Für Anwender bedeutet dies geringere Energiekosten und Anlageinvestitionen sowie ein wesentliches Reduzieren der Anlagenfläche.

Anwendung: Verguss mit 2K-Epoxy-Elektrogießharz

Temperatur und Topfzeit eines Epoxy-Elektrogießharzes in Abhängigkeit der verwendeten Mikrowel-lenleistung. (Bildquelle: Rampf)

Temperatur und Topfzeit eines Epoxy-Elektrogießharzes in Abhängigkeit der verwendeten Mikrowellenleistung. (Bildquelle: Rampf)

Ob Automotive-, Energie-, Automatisierungs- oder Haushaltsindustrie: Sie alle sind stark abhängig von Fortschritten in der Speicherung und dem Transport elektrischer Energie. Elektrogießharze sind somit maßgebend für die Weiterentwicklung dieser und weiterer Branchen, denn die Vergusssysteme schützen sensible elektronische/elektrische Bauteile zuverlässig und effizient gegen chemische Substanzen und Umwelteinflüsse wie Wärme, Kälte und Nässe.

Darüber hinaus spielen die Epoxid-, Polyurethan- und Silikonsysteme eine wichtige Rolle beim Wärmemanagement der Bauteile. Die steigende Leistung elektronischer/elektrischer Systeme geht einher mit einer größeren Hitzebelastung der Bauteile, was zu einer Leistungsminderung oder zum Defekt führen kann. Indem Elektrogießharze die Hitzequelle in den Bauteilen umschließen und die entstehende Wärme ableiten, tragen sie zur Funktionsfähigkeit und Langlebigkeit der Systeme bei.

Shore-D-Aufbau eines Epoxy-Elektrogießharzes im Temperschrank bei 80 °C 
in Abhängigkeit der verwendeten Mikrowellenleistung. (Bildquelle: Rampf)

Shore-D-Aufbau eines Epoxy-Elektrogießharzes im Temperschrank bei 80 °C in Abhängigkeit der verwendeten Mikrowellenleistung. (Bildquelle: Rampf)

In modernen Produktionen werden die Reaktionsharzsysteme zumeist von vollautomatisierten Dosieranlagen appliziert. Die Effektivität und Schnelligkeit des Dosierprozesses hängt dabei vom optimalen Abstimmen von Materialförderung und -aufbereitung, Dosierung, Mischtechnik und Bewegungsachsen sowie von der Reaktivitäts-, Topf- und Aushärtezeit des Materials ab. Die letztgenannten Materialeigenschaften wurden bei Versuchen mit einem zweikomponentigen Elektrogießharz auf Basis von Epoxid durch den Einsatz der Mikrowellentechnologie signifikant beeinflusst.

Je höher die Mikrowellenleistung, desto geringer die Topfzeit, das heißt, umso schneller erreicht das Material eine Konsistenz, die eine Weiterverarbeitung zulässt. In der Versuchsreiche wurde das Material bis zu den auch in normalen Temperprozessen vorherrschenden Temperaturen erhitzt.

Ebenso begünstigt Raku Microwave Curing die Zeitdauer bis zur Erreichung einer für die Weiterverarbeitung ausreichenden Materialhärte gemäß Shore D.

Eine für das Weiterverarbeiten des Transformatorengehäuses ausreichende Shore D-Härte wird mit einer Mikrowellenbestrahlung in Höhe 650 Watt bereits nach 7 Minuten erreicht, konventionell werden derzeit 20 Minuten benötigt.

Dosierzeit für die Füllung eines Bauteils mit 8 g Epoxy-Elektrogießharz 
in Abhängigkeit der gewählten Mikrowellenleistung. (Bildquelle: Rampf)

Dosierzeit für die Füllung eines Bauteils mit 8 g Epoxy-Elektrogießharz
in Abhängigkeit der gewählten Mikrowellenleistung. (Bildquelle: Rampf)

Die Erwärmung des Epoxidmaterials mit einer Mikrowellenstrahlung in Höhe von 1.500 Watt bewirkt eine deutliche Reduzierung der Viskosität des Materials und somit der Dosierzeit. Vor allem bei komplexen Bauteilen sorgt die erhöhte Dünnflüssigkeit für weniger Lufteinschlüsse und somit weniger Produktionsausschuss.

Anwendung: Verkleben mit 2K-PUR-System

Auch bei der Verklebung von Bauteilen werden mit dem Einsetzen der neuartigen Technologie deutlich schnellere Durchlaufzeiten erzielt. Mit Raku Microwave Curing wurde die Aushärtungszeit des 2L-Polyurethansystems um bis zu 80 Prozent reduziert, sodass das verklebte Bauteil bereits nach sehr kurzer Zeit weiterverarbeitet werden kann.

Über den Autor

Dr. Frank Dürsen

ist Head of Future & Sustainability bei Rampf Holding in Grafenberg.