Heißluft
Im Umluftofen strömt heiße Luft ununterbrochen um das Profil und trägt die Vulkanisationswärme von außen ein – ein bewährtes, robustes Verfahren, das sich für fast jede Mischung eignet. Je nach Profil wird die Luft von vorn, hinten oder von beiden Seiten eingeblasen; klassische Düsen reichen oft aus, bei anspruchsvollen Querschnitten sorgt eine Schnelldüse mit 180°-Umlenkung für eine gleichmäßigere Anströmung. Geheizt wird je nach Anlage mit Gas oder elektrisch.
Wie es funktioniert
Heißluft überträgt ihre Wärme über erzwungene Konvektion: Luft, die deutlich wärmer ist als das Profil, umströmt kontinuierlich dessen Querschnitt und gibt dabei Energie an die Oberfläche ab. Wie viel Wärme tatsächlich ankommt, hängt aber nicht allein von der Lufttemperatur ab – entscheidend sind auch, wie schnell die Luft strömt und wie turbulent sie an der Profiloberfläche ist.
Einflussfaktoren im Detail
Strömungsgeschwindigkeit
Je schneller die Luft am Profil vorbeiströmt, desto dünner wird die Grenzschicht an seiner Oberfläche – und desto mehr Wärme kommt pro Sekunde an. Das lässt sich aber nicht beliebig steigern: Irgendwann kostet die zusätzliche Luftförderung mehr Energie, als der schnellere Wärmeübergang einbringt, und man hat den wirtschaftlich sinnvollen Punkt überschritten.
Turbulenzgrad
Turbulente Strömung durchmischt die Luft an der Profiloberfläche viel wirksamer als eine ruhige, laminare Strömung und verbessert dadurch spürbar, wie gut die Wärme ankommt. Deshalb sind Düsenform und -anordnung nicht beliebig gewählt: Die strömungsoptimierte 180°-Anordnung im GM 500 etwa ist gezielt darauf ausgelegt, überall am Profil eine möglichst hohe, gleichmäßige Turbulenz zu erzeugen.
Der „Knick“ im Aufheizverlauf
Misst man die Profiloberfläche während der Heißluftvulkanisation, zeigt sich immer wieder derselbe Effekt: Sie nimmt schon nach wenigen Sekunden fast die Temperatur der umgebenden Luft an – Fachleute sprechen von der „aufgeprägten Temperatur“. Von da an nimmt die Oberfläche kaum noch Energie auf; was weiter ins Profil hineinwandert, geschieht nur noch über Wärmeleitung. Am IKV Aachen wurde dieser Effekt messtechnisch nachgewiesen, und er bestimmt ganz praktisch, wie lang eine Heizzone ausgelegt werden muss.
Durchsatz vs. Temperatur
Wer denselben Vernetzungsgrad erreichen will, fährt meist besser mit höherem Durchsatz bei höherer Temperatur als mit niedrigem Tempo bei niedriger Temperatur. Das mag zunächst überraschen, weil höhere Temperaturen ja mehr Energie kosten – doch die kürzere Verweilzeit in der Anlage gleicht das mehr als aus.
Wissenschaftliche Grundlage
- GEO
- Forschungsprojekt zu Strömungsdaten und Wärmeübergängen in der Heißluftvulkanisation, gemeinsam mit dem KTP der Universität Paderborn – veröffentlicht als „Ganzheitliches Energiekonzept für die Heißluftvulkanisation durch innovative Luftführung und Wärmeübertragung“ (GAK-Fachpublikation, 2016).
- IKV HeatStraD
- Gerlach Maschinenbau und das IKV an der RWTH Aachen entwickelten im geförderten ZIM-Projekt (2015–2017, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die AiF, Förderkennzeichen ZF 4019901JA5) das Messgerät „HeatStraD“, das erstmals den Temperaturverlauf im Profilquerschnitt während der Heißluft-, Infrarot- und Mikrowellenvulkanisation sichtbar machte. Projektleiter Dr.-Ing. Florian Lemke vertiefte die Ergebnisse anschließend in seiner Dissertation „Vulkanisationsstrategien für schwefelvernetzende Kautschukprofile“ (RWTH Aachen, 2022).
