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Beheizungslösungen für die Kunststoffindustrie von Freek - 26.09.2013

HeatWorks präsentiert ein aktuelles Freek-Interview im Vorfeld der K-Messe

und einen Überblick über die Prozesswärme-Lösungen von Freek für die weltweite Kunststoffindustrie

(Adrian Lunney. In: HeatWorks 10, September 2013, Seiten 24 - 27; Hrsg.: Ceramicx Ireland Ltd.)

Was schätzen Kunststoffspritzgießer am meisten an der Zusammenarbeit mit Freek? Was speziell mögen sie an den Freek-Produkten?

Vier unterschiedliche Beheizungstechnologien im Bereich der Düsenbeheizung von Kunststoffspritzgießmaschinen kann man heute am Markt unterscheiden und alle sind bei Freek verfügbar:

  • Die "Simple-is-best" Lösung: Reflektionsrohrheizelemente mit unschlagbarem Preis-Leistungs-Verhältnis.
  • Wärmeleitheizelemente: perfekt für kleinste Verarbeitungsfenster – laufende Patentanmeldung für die längs geschlitzten Wärmeleitheizelemente von Freek.
  • Eingepresste HotMicroCoils (Wendelrohrpatronen): mit rundem oder quadratischem Querschnitt
  • Heizpatronen: oft verwendet für flache, in Reihe angeordnete Düsen.
Selection of cartridge heaters
Auswahl an Heizpatronen mit rundem oder quadratischem Querschnitt, geradem oder abgewinkeltem Abgang; extra schlanke Patronen für flache in-line Düsen

Wie sieht es bei Heißkanalverteiler-Heizungen aus?

Als Heißkanalverteiler-Heizung sind Rohrheizkörper am besten geeignet:

Freek setzt hier auf Standard-Rohrheizkörper aus Vollmaterial: Base-flex, Nickel-flex und Super-flex sind im Angebot. Die Letztgenannten sind eine unserer Neuheiten auf der diesjährigen K-Messe.

Diese drei grundsätzlichen Typen unterscheiden sich nach dem verwendeten Rohrmaterial. Es führt zu unterschiedlichen Eigenschaften im Hinblick auf Biegbarkeit, Verformbarkeit, Wärmeleitung oder Korrosionsschutz.

Alternative Wettbewerbsprodukte setzen auf Drahtgeflecht- oder Metallgliederschläuche, die auf die Rohrheizkörper aufgepresst werden. Diese Varianten sind leichter biegbar, weil nur die dünne "Kern-Heizung" Biegewiderstand leistet. Aber aus dem gleichen Grund können so hergestellte Rohrheizelemente auch nicht die gleiche Leistung wie unsere biegbaren Vollmaterial-Rohrheizkörper erreichen.

Zusätzlich bietet Freek Kleinst-Rohrheizkörper mit Querschnitten von 3,3mm rund oder 3,0 x 3,0 mm, die auch für Anwendungen mit geringstem verfügbarem Platz geeignet sind und 3-dimensional gebogen werden können.

Neben der klaren Ausrichtung auf die Kunststoffspritzgießtechnik, besitzt Freek umfangreiche Expertise und starke Partner im Bereich von Silikon- und Polyesterheizelementen und natürlich von Infrarotheizungen, hier mit Ceramicx als dem perfekten Kooperationspartner.

Miniaturisierte 3D-geformte Rohrheizelemente für Heißkanalverteiler
Miniaturisierte 3D-geformte Rohrheizelemente für Heißkanalverteiler
Miniaturisierte 3D-geformte Rohrheizelemente für Heißkanalverteiler
Miniaturisierte 3D-geformte Rohrheizelemente für Heißkanalverteiler

Was waren die wichtigsten Produktentwicklungen von Freek seit der letzten K-Messe 2010 für Kunststoffspritzgießer und andere Unternehmen?

Inzwischen bieten wir Wärmeleitheizelemente als Alternative zu unseren "Dauerbrennern" und nach wie vor Bestsellern, unseren Reflektionsrohrheizelementen an.

Grundsätzlich gibt es heute zwei unterschiedliche Ansätze im Markt: Der erste kommt aus der Reihe derer, die schon früher auf eingegossene Heizungslösungen gesetzt hatten, die daher auch jetzt auf die Vorzüge der neuen Wärmeleitelemente-Generation schwören, basierend auf Kupfer, Nickel und andere Wärmeleitmaterialien. Die Vorteile liegen im Ausgleich von Wärmeinhomogenität, ganz gleich wo und warum diese auftreten mag.

Der zweite Ansatz geht in Richtung einer perfekten Wärmeverteilung entlang des Heizelementes durch spezielle Wickelschemata und eingebaute kalte Zonen. Die Befürworter dieses Ansatzes sehen Wärmeleitmaterialien als kontraproduktiv an. Die Analysen von Freek haben die spezifischen Stärken und Vorteile beider Ansätze untersucht. Und richtig: beide Alternativen arbeiten einwandfrei, jedoch nur unter der Voraussetzung, dass Konstruktion und Technik perfekt auf die Anwendung abgestimmt sind.

Die Freek-Wärmeleitheizelement-Alternative ist wegen der gleichzeitigen Lösung zweier bekannter Anwendungsprobleme zum Patent angemeldet: Existierende gattungsgemäße Heizelemente sind entweder geschlossen oder geschlitzt. Sind sie geschlitzt, wird der Schlitz zum Spannen verwendet. Deshalb darf er nicht überwickelt werden. Eine oft gewünschte Konzentration der Heizleistung an den Enden des Heizelementes ist bei der dann erforderlichen mäanderförmigen Wicklung nur bedingt möglich, da der einzuhaltende minimale Biegeradius kein dichtes Aneinanderlegen der Heizungswindungen erlaubt.

Ein geschlossenes Wärmeleitelement mit zylindrischer Wicklung hingegen hat den Nachteil, dass es schnell auf der Düse "festsitzt" und nicht demontiert werden kann, ohne dabei zerstört zu werden.

Das Freek-Wärmeleitheizelement ist die Lösung zu diesem Problem. Es nutzt den Längsschlitz nicht zum Spannen, sondern um sicherzustellen, dass das Heizelement nicht auf der Düse festsitzen kann. Passiert dies doch einmal, kann es leicht mittels Krafteinwirkung oder Chemikalieneinsatz entlang des Schlitzes von der Düse gelöst werden. Angesichts dieser Funktion kann der Schlitz problemlos überwickelt werden, sodass eine Konzentration der Heizleistung an den Enden des Heizelementes oder wo immer sie benötigt wird, durch zylindrisch dichtes Wickeln möglich ist.

Zum Patent angemeldete Wärmeleitheizelemente mit intelligenter Schlitzfunktion
Zum Patent angemeldete Wärmeleitheizelemente mit intelligenter Schlitzfunktion
HotCoil-Heizelemente mit Spannband
HotCoil-Heizelemente mit Spannband

"ThermoLock"- Heizelemente mit Form-Gedächtnis-Effekt

Ein effizienter Wärmeübergang vom Heizelement auf die zu beheizende Düse oder ein beliebiges anderes Objekt setzt immer einen strammen Sitz bzw. eine perfekte Anpressung voraus. Unglücklicherweise ist der gute Sitz bzw. Anpressdruck speziell in der Aufheizphase gefährdet, wenn der Temperaturgradient zwischen Heizelement und zu beheizendem Objekt am größten ist.

Die natürliche Wärmeausdehnung führt dazu, dass sich das Heizelement tendenziell schneller ausdehnt als die Düse und deshalb der perfekte Sitz verloren geht. Dabei ist zu beobachten, dass sich das durch die Wärmeausdehnungsdifferenz ergebende Spiel nicht gleichmäßig verteilt. Stattdessen bilden sich häufig lokale Spalte oder Aufwölbungen, die zu gefährlichen "Hotspots" führen. Diese reduzieren in jedem Fall die Lebensdauer des Heizelementes, im schlimmsten Fall verursachen sie den Ausfall. Es gibt viele Lösungsansätze im Markt, dies zu verhindern, aber nichts, was so einfach und effizient ist, wie die "ThermoLock"- Spannband-Heizelemente von Freek mit Form-Gedächtnis-Effekt.

Ähnlich wie Bimetalle, verhalten sich Form-Gedächtnis-Legierungen gegensätzlich zu normalen Metallen und verjüngen sich, wenn sie aufgeheizt werden. Anders als bei Bimetallen, ist diese Kontraktion keine lineare Funktion der Temperatur, sondern eine nahezu digitale. Dies bedeutet, dass das Freek-ThermoLock- Heizelement im kalten Zustand locker und im heißen Zustand fest auf der Düse sitzt.

Leider steckt der Teufel wie immer im Detail. Der beschriebene gewollte Spanneffekt ist mit heute am Markt verfügbaren Legierungen nur bis 300°C stabil. Unsere Forschungspartner konnten diese limitierende Grenze immerhin bis 400°C ausdehnen. Für einen robusten industriellen Spritzgießprozess, in dem immer häufiger technische Kunststoffe bei immer höheren Temperaturen verarbeitet werden, ist dies nicht ausreichend. Wie auch immer, die Wissenschaftler sind optimistisch, weil die Forschungsintensität im Bereich von Hochtemperatur-Form-Gedächtnis-Legierungen sehr hoch ist. Abgesehen davon, ist ein positiver Nebeneffekt dieses Langzeit-Forschungsprojektes von Freek die Entwicklung von Heizelementen zur indirekten Beheizung von Form-Gedächtnis-Aktoren, wenn eine direkte Beheizung derselben nicht möglich oder sinnvoll ist.

Freek-Xtreme und Freek-Miniaturisierung: Laufende Verbesserungen von Prozess und Qualität unserer Serienfertigung.

Miniaturisierung in erstaunlicher Perfektion

Seit mehr als zehn Jahren konzentriert sich Freek auf die Entwicklungsfelder "Xtreme" und "Miniaturisierung". Während die Miniatusierungsaktivitäten Düsenheizelemente mit Kleinstquerschnitten von 1,0 mm oder 1,8 mm mit eingebauter Tandemspirale oder integriertem Thermoelement hervorgebracht haben, hat die Xtreme-Forschung die Grenzen bei der Dichtigkeit, Hochspannungsfestigkeit oder Korrosionsbeständigkeit unserer Heizelemente weiter ausgedehnt. Heutzutage sind Freeks HotMicroCoil-Heizelemente führend hinsichtlich elektrischer Anforderungen, als auch hinsichtlich Dimensionen und Toleranzen. Ständige kleinste Verbesserungen waren hier der Schlüssel zur Technologieführerschaft.

Freek steht zu seiner generellen "No-patent-Strategie". Als relativ kleines Unternehmen gehen wir sparsam mit unseren Ressourcen um. Wir verzichten auf langwierige Anmeldeverfahren, aber auch auf das notwendige weltweite Monitoring, um tatsächliche Patentverletzungen festzustellen und anschließend gerichtlich zu verfolgen. Wenn Freek doch einmal eigene Patente anmeldet, dann i.d.R. deshalb, um sich den Zugang zu interessanten neuen Forschungs- und Entwicklungsfeldern zu sichern. Unsere Erfolgsquote bei Produktentwicklungen spricht für sich und bestätigt den eingeschlagenen Weg.

HotCoil Xtreme Power

Welche Trends sieht Freek in der weltweiten Kunststoffverarbeitung für Beheizungslösungen?

  • Die Leistungsanforderungen werden immer extremer, doch an klassischen Heizelementen auf Basis gewickelter Widerstandsdrähte führt kein Weg vorbei.
  • Die Erforschung alternativer Werkstoffe für Heizelemente wie Keramik, Carbon oder leitfähige Tinte läuft auf Hochtouren.
  • Andere Forschungsinitiativen setzen auf die Verwendung bekannter Widerstandslegierungen bei alternativer Formgebung des Heizleiters. Stichworte hier sind geätzte Folien- oder Dickschichtheizelemente.
  • Das Problem aller nicht Draht-basierten Alternativen ist die Umsetzung von guten Ideen in zuverlässige, beständige, bezahlbare und praxistaugliche Produkte.

Es ist eine Sache, elektrische Spannung an ein Material anzulegen und erfreut festzustellen, dass es warm wird. Aber daraus eine industrielle Heizung zu machen, eine, die ihre Funktion unverändert über Jahre hinweg beibehält, ohne Abschwächung, Alterung oder Abnutzung, ist eine ganz andere Sache. Pilotlösungen können häufig nicht in die Serienfertigung überführt werden. Sie sind unflexibel im Hinblick auf Designänderungen und die Fertigung von Kleinmengen - auch sind sie häufig sehr zerbrechlich und genügen deshalb zumeist nicht den üblichen rauhen industriellen Anforderungen, wo Installation und Deinstallation von Heizelementen häufig nichts mit den Anweisungen in Handbüchern und Betriebsanleitungen gemein haben. Schließlich haben diese alternativen Heizelemente, den ausgeklügelten Technologien geschuldet, einen Preis, den viele Marktteilnehmer nicht zu zahlen bereit sind. Dies gilt umso mehr, als die Heizungen vielfach tatsächlich nur marginale Vorteile gegenüber den klassischen Widerstandsdraht-Heizelementen aufweisen.

Welche neuen Produkte stellt Freek zur K 2013 vor?

  • Neue Typen unserer Wärmeleitheizelemente
  • Neue ansprechende Oberflächenveredelungen unserer bewährten Reflektionsrohr-Heizelemente
  • Super-flex Rohrheizelemente mit neuem Mantelmaterial, so "soft" wie unsere Nickel-flex und so gut formbar wie unsere Base-flex zu attraktiven Preisen
  • Verschiedenste dreidimensional geformte Muster unserer Kleinst-Rohrheizkörper
  • Miniaturisierungsfortschritte bei vielen Produktgruppen, um zu zeigen, was heute möglich ist
  • Neue Xtreme-Optionen über die gesamte Bandbreite unseres Angebotes
  • Viele Forschungsergebnisse, die in unsere Serien-Heizelemente bereits eingeflossen sind (Diagramme und Zahlen können am Messestand in Form von Testberichten und Folienpräsentationen eingesehen werden)
Prinzipielle HotMicroCoil-Ausführungen zur Düsenbeheizung (links), neues Super-flex Rohrheizelement (rechts)
Prinzipielle HotMicroCoil-Ausführungen zur Düsenbeheizung (links); neues Super-flex Rohrheizelement (rechts)

Welche speziellen Typen von Heizelementen für Kunststoffverarbeiter stellt Freek zur K-Messe vor?

  • Heißkanalheizelemente für Düsen, Verteiler und Angussbuchse: HotMicroCoils, Heizpatronen und Rohrheizkörper
  • HotMicroCoil-Varianten: Wärmeleitheizelemente, Reflektionsrohrheizelemente, Spannbandheizelemente und nicht zu vergessen: gestreckte oder gewickelte Ausführungen mit Querschnitten von 1,0 bis 4,0 mm in runder, quadratischer oder rechteckiger Bauart
  • PET-Preform-Heizelemente aktueller Bauart, installiert in einem 48fach-PET-Heißkanal eines bekannten Qualitäts-Herstellers
  • Die ganze Bandbreite biegbarer Rohrheizkörper mit runden oder quadratischen Querschnitten von 3 x 3 mm (bzw. 3,3 mm rund) bis 8 x 8 mm (bzw. 8,5 mm rund)
  • Standard- und Sonder-Heizpatronen von 4 bis 20 mm Durchmesser
Neue ansprechende Oberflächenveredelungen für Reflektionsrohrheizelemente
Neue ansprechende Oberflächenveredelungen für Reflektionsrohrheizelemente
neue Varianten von Wärmeleitheizelementen
neue Varianten von Wärmeleitheizelementen

Vergessen Sie nicht, uns auf der K-Messe in Düsseldorf vom 16.-23.10.2013 zu besuchen!


Lesen Sie hier den Beitrag über Freek auf den Seiten 24 - 27 aus der 10. Ausgabe des Magazins "HeatWorks".

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