Effizienter durch Oberflächenvorbehandlung mit Atmosphärendruckplasma: energiesparende Fertigungsprozesse

Energie, die nicht verbraucht wird, muss gar nicht erst erzeugt werden! Die Plasmatechnologieträgt dazu bei, althergebrachte energieaufwändige Fertigungsprozesse durch neue Verfahren komplett abzulösen. Die Trockenvorgänge bei konventionellen, nasschemischen Verfahren z.B. führen zu einem vielfachen Energieverbrauch im Vergleich zum trockenen Inline-Plasmaverfahren (energieeffiziente Oberflächenvorbehandlung).

Gleiches gilt für die Verwendung neuer Materialien im Leichtbau oder im Bereich der thermischen Isolation. Die Openair-Plasma® Technik ermöglicht in vielen industriellen Anwendungen komplett neue, verkürzte und energiesparende Fertigungsprozesse.

Das Thema Energieeffizienz zeigt besonders deutlich, dass Openair-Plasma® als Querschnittstechnologie in nahezu allen Bereichen der industriellen Fertigung Prozessoptimierungen und somit deutliche Einsparungen ermöglicht.

Plasmabehandlung statt Nasschemie: Umweltfreundliches Energiesparen durch trockene Prozesse

Die inlinefähige Plasmatechnologie unter Atmosphärendruckbedingungen ermöglicht in vielen Industrieanwendungen die komplette Neugestaltung von Produktionsprozessen (Prozessoptimierung). Da die gesamte Oberflächenvorbehandlung trocken verläuft, liegen hier auch die größten Potentiale für die Einsparung von Energie. Energieaufwändige Trocknungsprozesse entfallen. Zudem kann auf den Einsatz und die Entsorgung vieler giftiger Chemikalien verzichtet werden.

Ein seit Jahren erfolgreiches Verfahren zur Vermeidung von Trockenprozessen ist  die Plasmabeschichtung von Werkstücken. Plasmabeschichtungen ermöglichen zusätzliche Funktionalitäten und lassen sich häufig zu einem Bruchteil der Kosten gegenüber herkömmlichen Coating-Verfahren mit Lacken etc. realisieren.

Bisher wird Plasmabeschichtung z.B. bei PVD- und Sputter-Prozessen im Niederdruckverfahren realisiert. Mit dem Openair-Plasma® Verfahren kombiniert mit PlasmaPlus® ist dies jetzt auch ohne gesonderte Kammersysteme unter Normaldruck möglich.

Energiesparen mit Leichtbau: sicherer Verbund neuer Materialien durch Atmosphärendruckplasma

Das erklärte Ziel des Leichtbaus ist es, Ressourcen bei der Herstellung, der Montage, dem Transport und der Nutzung eines Produktes einzusparen. Im Werkstoffleichtbau gelingt dies durch die Substitution traditioneller Materialien wie z.B. Stahl durch neue Werkstoffe und Werkstoffverbunde wie z.B. GFK (Glasfaserverstärkte Kunststoffe), CFK (Kohlenfaser-verstärkte Kunststoffe). Dadurch sinken nicht nur die Rohstoffkosten, auch die Energieeffizienz in der Produktion steigt, während die Logistikkosten spürbar reduziert werden.

Bei der Konstruktion von Flugzeugen z.B. ist es von entscheidender Bedeutung, Gewicht einzusparen. Ein Kilo Gewichtseinsparung bewirkt die Einsparung von 5.000 Tonnen Kerosin im Laufe eine Flugzeuglebens. Ähnliches gilt für Schienenfahrzeuge, Kfz und insbesondere LKW. Moderne Trailerkonstruktionen bieten ein Maximum an Nutzlast bei reduziertem Leergewicht.

Diese Anforderungen sind insbesondere durch Leichtbau und die Kombination verschiedener Materialverbunde zu erreichen. Die Plasmabehandlung ermöglicht hierbei teilweise völlig neue Materialkombinationen (Plasma-Klebetechnologie). Die beiden führenden deutschen Unternehmen im Trailerbau setzen seit Jahren erfolgreich auf die Openair-Plasma® Technologie von Plasmatreat.

Beispiele für den effizienten Einsatz der Openair-Plasma® Klebetechnologie im Leichtbau:

  • sicherer Verbund unterschiedlicher Werkstoffe (z.B. Kunststoff-Metall-Verbunde, Sandwich-Bauteile oder faserverstärkte Werkstoffe) durch die Plasma-Klebetechnologie
  • Strukturkleben von LKW-Aufbauten
  • Paneelbehandlung für den Schiffsbau
  • Profilummantelung von WPC-Leichtbaupaneelen in der Möbelindustrie
  • Erforschung neuartiger Werkstoffe (Nanoverfahren, Nanobeschichtung)

Thermo-Isolierung mit Sandwichelementen: sichere Verbindung von Kunststoff und Metalldeckschichten mit PUR-Schaum (Polyurethan)

Die thermische Isolierung von Gebäuden ist eine der größten Einsparungsmöglichkeiten von Primärenergie. Eine moderne Methode hierfür ist die zusätzliche Verkleidung und Isolation mit Sandwichpaneelen. Im Winter wird so eine Wärmeabgabe der Gebäude reduziert, die Heizkosten sinken. Im Sommer dagegen verhindert die Isolierung ein ungewolltes Aufheizen der Wohn-, Arbeits- und Lagerräume.

Im Hallenbau werden Sandwichaufbauten aus Stahldeckschichten mit isolierendem Polyurethan-Kern verwendet. Neben der thermischen Isolation haben diese Sandwichelemente gleichzeitig eine statische Funktion als Außenwand sowie zur Aufnahme von Fenstern und Türen. Die sichere Haftung des PUR-Schaumes zur Deckschicht trägt hierbei entscheidend zur statischen Eigenschaft einer solchen Hallenwand bei.

Insbesondere die Einführung der Treibmittel R141, Pentan und wassergetriebener Schäume sowie die damit verbundene Ablösung des klimabedenklichen Treibmittels R11 führte zu deutlichen Haftungsproblemen der PUR-Schäume zur Deckschicht.

Die großflächige Openair-Plasma® Vorbehandlung der Paneelen bewirkt eine deutliche Haftungsverbesserung des PUR-Schaums auf Kunststoff, Glas und Metall (Plasmaanlagen zur Oberflächenaktivierung). Die Plasmatechnologie wird bereits heute weltweit in kontinuierlichen Doppelbandanlagen und diskontinuierlichen Anlagen zur Herstellung von Paneelen mit großem Erfolg eingesetzt.

Energieeffiziente Prozesse: Plasmabehandlung sorgt für niedrige Verarbeitungstemperaturen und hohe Prozessgeschwindigkeiten

Beim Verbinden verschiedener Materialien wie z.B. beim Kleben, Laminieren, Kaschieren oder Lackieren sind Oberflächenspannung und Oberflächenreinheit von entscheidender Bedeutung für eine zuverlässige Haftung. Zum Erreichen der Haftungseigenschaften werden die Materialien im Fertigungsprozess häufig auf eine bestimmte notwendige Verarbeitungstemperatur gebracht. In der Regel  sind dies sehr energieintensive Prozesse. Plasmabehandlung dagegen ist nicht nur eine besonders wirkungsvolle Methode zur Oberflächenvorbehandlung, sondern auch eine energiesparende Alternative.

Der Einsatz von Openair-Plasma® Atmosphärendruckplasma ermöglicht in vielen Anwendungen eine deutliche Reduktion der Betriebstemperaturen. Der Heizprozess lässt sich meist deutlich verkürzen oder kann sogar ganz eliminiert werden. Gleiches gilt bei der Verwendung alternativer Beschichtungssysteme (wie z.B. UV-härtender Systeme) für Trockenöfen.

Ein Erfolgsbeispiel aus dem Coilcoating-Prozess: Durch Openair-Plasma® Reinigung (Feinstreinigung) und Plasmaaktivierung ist es möglich, UV-trocknende Farben einzusetzen. Die gesamte Anlagenkonfiguration verkürzt sich auf 25% des herkömmlichen Anlagenumfangs.

Plasmareinigen statt Glühen: Energiesparen beim Annealing und Furnacing von Metallen, Glas, Keramik

Das in verschiedenen Industrien noch häufig angewandte Glühverfahren (Annealing) ist im direkten Vergleich zur Openair-Plasma® Vorbehandlung äußerst zeit- und energieaufwändig. Dabei werden von leichten Fetten zu reinigende Produkte wie z.B. Aluminiumfolien in Glühöfen oft für mehrere Tage bei hohen Temperaturen behandelt. Öle und Fette werden dadurch degradiert und verdampft.

Die Kombination der Openair-Plasma® Reinigung mit dem Annealing-Verfahren bewirkt aufgrund der besonders effektiven Energieübertragung im Plasmaprozess eine signifikante Verkürzung der Prozesszeiten. Diese werden von 72 Stunden auf 10 Minuten reduziert! Häufig kann auf die thermische Behandlung komplett verzichtet werden.

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