Hudson Products: 60+ Jahre Innovation bei Glasfaser-Ventilatoren

Hudson Products setzte auf Wickert Hydraulikpressen für eine Presse ähnlich der bestehenden, jedoch mit aktualisierter Steuerung und höherer Funktionalität. Quelle: Wickert Hydraulic Presses

Hudson Products (Hudson, Beasley, Texas, USA) ist ein führender Hersteller von luftgekühlten Wärmetauschern und Axialventilatoren. Die Glasfaser-Tuf-Lite-Axialventilatoren sind seit über 60 Jahren in Produktion und für industrielle Anwendungen bevorzugt. Mehr als 250.000 Tuf-Lite-Ventilatoren sind weltweit im Einsatz.

Die Tuf-Lite-Serie begann 1955 mit dem Tuf-Lite I, der ein glasfaserverstärktes Verbundwerkstoff-Schaufelprofil aufwies. Seitdem durchlief der Ventilator mehrere Iterationen. Der ursprüngliche Ventilator wurde als monolithisches einteiliges Luftschaufelprofil gefertigt, das als Hohlteil geformt wurde. Der Tuf-Lite II wurde 1984 eingeführt, um die Fertigbarkeit der Ventilatorteile zu verbessern. Laut Betriebsleiter Nick Rizzo war es schwierig, das Profil des ursprünglichen monolithischen Luftschaufels beizubehalten und gleichzeitig die Teileanforderungen zu erfüllen. Ein neues Zweiteil-Design mit Schaufel aus Luftschaufel und Halter (Nabe) wurde konzipiert. Auch die Zentralnabe änderte sich: Beim Tuf-Lite I passte der geformte Hals der monolithischen Schaufel in eine Aufnahme in der Nabe, beim Tuf-Lite II wurde der zylindrische Schaufelhals durch zwei Klemmhälften zwischen oberer und unterer Nabenplatte gehalten. Der Tuf-Lite III (2004) kehrte zum monolithischen Schaufeldesign zurück, behielt aber die Klemmkonvention bei.

Hudson’s Tuf-Lite II und III nutzen ein proprietäres Vinylesterharz im RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding). Ein proprietäres Kantenschutzsystem ist eingebettet, und eine UV-beständige Beschichtung wird auf die Schaufelaußenseite aufgebracht. Die Ventilatoren sind korrosionsbeständig und maximieren das Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Die Schaufeln verfügen über aerodynamische Verwindung und Verjüngung für gleichmäßige Luftverteilung, Energieeffizienz und minimale Vibration.

Hudson erkannte einen Marktbedarf für große, geräuscharme Ventilatoren und entwickelte den Tuf-Lite IV. Mithilfe von Computational Fluid Dynamics (CFD) wurde ein Design für Geräuschreduzierung und effizienten Luftstrom erstellt.

„Das Designkonzept des Tuf-Lite IV war es, eine Schaufel einzusetzen, die so effizient arbeitet wie unsere bestehenden Designs, jedoch bei niedrigerer Drehzahl“, erklärt Rizzo.

Der resultierende Tuf-Lite IV basiert auf dem Tuf-Lite III, ist aber ca. 20 % größer. Aufgrund der Größe war das neue Design nicht mit Hudsons bestehender Fertigungsausrüstung kompatibel.

„Dies ist eine deutlich größere Schaufel als wir bisher im monolithischen Stil geformt haben“, sagt Rizzo. „Sie hat eine viel breitere Sehne, ist signifikant länger und das Luftschaufelprofil hat eine ausgeprägte Krümmung.“

Hudson Products benötigte eine Presse für das 5 m x 1 m Werkzeug zur Formung der Tuf-Lite-IV-Schaufeln. Quelle: Wickert Hydraulic Presses

Hudson benötigte eine Presse für das 5-mal-1-Meter-Werkzeug. Hudsons Composite-Pressen wurden zuvor intern entwickelt und gebaut, doch für das neue Schaufeldesign wandte sich das Unternehmen an Wickert Hydraulic Presses (Hebron, Ky., USA; Landau, Deutschland) für eine kundenspezifische Presse. Neben der Größe brachte das neue Schaufeldesign mehrere Produktionsherausforderungen mit sich: Änderungen in Lagenfolge, Glasfasertyp, Materialkonfiguration, Anzahl der Lagen, Harzinjektionspunkten und Entlüftungspositionen. Ein neues Epoxidharzsystem wurde in der Designphase erwogen, doch im Entwicklungsverlauf kehrte Hudson zum bewährten Vinylester zurück.

„Mehrere kundenspezifische Optionen wurden in die Presse integriert, die spezifisch für ihre Werkzeuge waren“, sagt Tony Ackerman, Regionaler Vertriebsingenieur bei Wickert. „Wir haben uns mit Hudsons Werkzeughersteller abgestimmt und gemeinsam das Design erarbeitet.“

„Wir wussten nicht genau, wie der Harzfrontverlauf im Werkzeughohlraum verlaufen würde“, erklärt Rizzo. „Der Konvergenzpunkt der Harzfront war ebenfalls ein kritischer Aspekt. Bei unseren bestehenden RTM-Designs wird das geschlossene Werkzeug entlüftet: Während wir Harz über das Teil pumpen, entweicht Luft durch die Entlüftungsleitungen. Sobald das Teil vollständig benetzt ist, soll Harz durch die Entlüftungsleitungen austreten – daher ist die Positionierung dieser Leitungen am Konvergenzpunkt der Harzfront entscheidend.“

Wickert kollaborierte auch bei der Steuerung der Presse, um den spezifischen Ablauf, Alarmsystem und Integration mit dem Harzpumpensystem einzurichten. Der Automatikzyklus wurde für Injektionszeitpunkt, Druck, Heizen und Kühlen optimiert. Da ein Luftbalg zur Hohlraumbildung in der hohlen Schaufel dient, installierte Wickert Luftbetätigungssteuerungen, um den Balg zu einem bestimmten Zykluszeitpunkt aufzublasen.

„Unsere bestehenden Maschinen haben einen Automatisierungsgrad im Fertigungszyklus, bei dem der Bediener Harzinjektion, Benetzungszyklus, Härtungsheizzyklus und Abkühlzyklus starten kann“, sagt Rizzo. „Wickert lieferte eine Presse, die all diese Anforderungen erfüllt – wir konnten einen automatischen Bedienerzyklus programmieren, der ähnlich wie unsere bestehenden Pressen funktioniert, jedoch mit aktualisierter Steuerung und höherer Funktionalität und Kontrolle im Vergleich zu den älteren Maschinen.“

Zusätzlich konstruierte Wickert die Presse als oberseitig wirkende Hydraulikmaschine, was eine niedrige Arbeitshöhe und gute Bedienzugänglichkeit ermöglicht.

„Eine Sonderfunktion ist eine obere Heizplatte, die schwenkbar ist, um sich dem Bediener für Reinigung und Sichtprüfung zu präsentieren“, ergänzt Ackerman.

Während die Automatisierung der Presse noch finalisiert wird und Softwareanpassungen laufen, hat Hudson die Produktion der Tuf-Lite-IV-Ventilatoren aufgenommen und liefert Einheiten aus.

„Die breitere Sehne und das geschwungene Profil ermöglichen einen Betrieb mit höherer Effizienz bei niedrigerer Drehzahl, was die Gesamtgeräuschemission senkt“, sagt Rizzo zu den neuen Schaufeln. „Zudem konnten wir diese Anforderungen mit deutlich weniger Schaufeln im Vergleich zum bestehenden Design erfüllen.“

Weniger Schaufeln bedeuten weniger Material, was den Tuf-Lite IV leichter und günstiger in der Produktion macht.