Der Wirbelwind unter den Warmhärtungsmethoden

Der Wirbelwind unter den Warmhärtungsmethoden

Induktion erwärmt Bauteile in Sekunden

Damit Klebstoffe vollständig aushärten, bedarf es entweder Geduld oder passender Geräte, die diesen Vorgang beschleunigen. Herkömmliche 2K-Klebstoffe benötigen ohne Hilfsmittel zwischen 24 Stunden bis hin zu sieben Tagen, um ihre Endfestigkeit zu erreichen. In der Fertigung besteht allerdings die Anforderung, dass der Aushärtungsprozess von Klebstoffen an die Taktzeiten in der Serienfertigung angepasst wird und somit schnell und mit hoher Zuverlässigkeit erfolgt. Das heißt konkret: Der Klebstoff sollte im Idealfall innerhalb von Sekunden aushärten.

Neben der schnellen Härtung mit Licht, die jedoch lichtdurchlässige Fügeteile voraussetzt, ist die thermisch beschleunigte Klebstoffhärtung ein geeignetes Mittel. Das Zuführen der Wärme über einen Ofen ist hierbei der Standardfall. Angesichts typischer Taktzeiten von 15 – 60 Minuten ist dies noch zu langsam und bietet zudem keinerlei orts- bzw. materialspezifische Erwärmung. Für metallische Werkstoffe ist die Induktionshärtung eine effiziente Lösung, denn sie hat großes Potential wenn es auf schnelle, thermische Klebstoffaushärtung ankommt.

Induction curing with pyrometer for quality control
Induktionshärtung mit Pyrometer zur Qualitätskontrolle

Was bei der Induktionshärtung passiert

Bei der induktiven Erwärmung wird das metallene Werkstück, partiell oder komplett, mittels einer stromführenden Spule einem elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Durch das Anlegen dieses Felds werden im Material Wirbelströme erzeugt, die entgegengesetzt zum ursprünglichen Strom fließen und so die Wärme entstehen lassen. Die Induktion erlaubt eine sehr schnelle Erwärmung von elektrisch leitfähigen Bauteilen, was die Aufheizzeit drastisch reduziert und eine beschleunigte Aushärtung warmhärtender Klebstoffe ermöglicht. Eine zusätzliche Beschleunigung der Erwärmung wird bei ferromagnetischen Substraten erreicht.

Wie entsteht die Wärme am Klebstoff?

Im Fall leitfähiger, metallischer Werkstücke erwärmt sich die Oberfläche der Fügepartner induktiv sehr schnell und überträgt die Wärme damit auf den Klebstoff. Bei nichtleitenden Werkstücken, wie z. B. Keramik oder auch Kunststoffen, werden die Klebstoffe mit geeigneten Zusatzstoffen, wie z. B. metallischem Pulver, versetzt. Das bewirkt eine direkte Erwärmung der Klebschicht, was dann wiederum auch zu einer schnellen Aushärtung führt. Da im Vergleich zur konventionellen Beheizung die Wärme direkt am Klebstoff entsteht, lässt sich dieser in wenigen Minuten oder auch Sekunden aushärten. Die Induktionshärtung unterscheidet sich dabei von den übrigen Warmhärtungsarten wie Strahlungswärme oder auch Umluftofen durch eine Wärmebildung im leitfähigen Werkstück selbst. Durch die verkürzte Aufheizzeit der induktiven Erwärmung liegen im Vergleich zur Ofenhärtung kleinere und damit beweglichere Klebstoffmolekülsegmente vor, die so eine viel schnellere Vernetzung ermöglichen.

Vor- und Nachteile der Induktion

Ein klarer Vorteil der Induktionshärtung gegenüber den anderen Verfahren ist sicherlich die Möglichkeit, Werkstücke partiell zu erwärmen und härten zu können. Außerdem bietet die Induktionshärtung den Vorteil, dass die Durchlaufzeiten durch das rasche Erwärmen wesentlich kürzer sind. Durch eine gezielte Prozesssteuerung lässt sich das Verfahren entsprechend überwachen. Die technischen und wirtschaftlichen Vorzüge der Induktion kommen insbesondere unter dem Aspekt der Fazit Induktionshärtung ist immer dann eine interessante Option, wenn es darum geht, die Aushärtungszeit von Klebstoffen zu verkürzen und gezielt eine lokale Erwärmung vorzunehmen. Weiterhin kann mit Induktion in einem Bereich von Sekunden erwärmt werden, wodurch Energie eingespart wird. Das induktive Erwärmungsverfahren muss je nach Anwendung in Bezug auf Klebstoffverhalten sowie Frequenz und Leistung getestet und dann durch eine geeignete Temperaturführung optimiert werden. Induktionshärtung mit Pyrometer zur Qualitätskontrolle Energieeffizienz durch geringen Wärmeverlust zum Tragen. Demnach ermöglicht Induktionshärtung kurze Taktzeiten, eine direkte Integration in Fertigungsstraßen, Reproduzierbarkeit sowie Prozessgenauigkeit und weniger Energieverbrauch.


Eine Grenze der induktiven Erwärmung ist die Eindringtiefe. Bei sehr massiven Bauteilen müssen dadurch größere (innere) Bereiche über Wärmeleitung (Konduktion) erreicht werden. Dabei ist die Konduktion langsamer als eine direkte induktive Erwärmung. Zudem ist eine homogene Erwärmung nur bei halbwegs symmetrischen Bauteilen möglich, und auch nur dann, wenn der Abstand der Induktionsspule zum Bauteil überall gleich groß ist. Bei komplexeren Geometrien wird dies schwierig, da der Abstand der Spule dann nicht mehr gleich ist und das Wechselfeld an weiter entfernten Stellen damit schwächer wird.

Fazit

Induktionshärtung ist immer dann eine interessante Option, wenn es darum geht, die Aushärtungszeit von Klebstoffen zu verkürzen und gezielt eine lokale Erwärmung vorzunehmen. Weiterhin kann mit Induktion in einem Bereich von Sekunden erwärmt werden, wodurch Energie eingespart wird. Das induktive Erwärmungsverfahren muss je nach Anwendung in Bezug auf Klebstoffverhalten sowie Frequenz und Leistung getestet und dann durch eine geeignete Temperaturführung optimiert werden.