Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG

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Ausgabe 04/2018, 13.04.2018

CO2-Schnee schmiert, kühlt und reinigt

Der Einsatz von CO2 als Prozesskühlung kann beim Zerspanen die Wirtschaftlichkeit deutlich steigern. Dafür hat ACP mit dem «quattroClean»-System eine serientaugliche Lösung entwickelt. Sie ermöglicht bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium und PEEK eine Produktivitätssteigerung von rund einem Drittel bei gleichzeitig signifikant reduzierter Verschmutzung von Bauteil und Maschine.

In den letzten Jahren gewinnt beim Zerspanen die Kühlung mit CO2 als Alternative zu konventionellen Kühlschmierkonzepten an Bedeutung. Die Gründe liegen unter anderem in einem erhöhten Zeitspanvolumen und damit einer verbesserten Produktivität sowie im reduzierten Werkzeugverschleiss und den daraus resultierenden längeren Standzeiten. Die so genannte kryogene Kühlung mit Kohlendioxid ermöglicht so eine Senkung der Fertigungskosten.

Mit der quattroClean-Schneestrahltechnologie bietet die ACP (Advanced Clean Production GmbH) ein Kühlsystem, das sich in der Serienanwendung bewährt hat und auch nachträglich in CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren integriert werden kann. Das System arbeitet mit flüssigem Kohlendioxid, das als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht und daher umweltneutral ist.

Das CO2 wird in flüssiger Form bei Raumtemperatur bis zur verschleissfreien Zweistoffringdüse transportiert. Erst beim Austritt aus der Düse geht es vom flüssigen in den festen Zustand in Form von feinen Schneekristallen über. Diese werden durch einen ringförmigen Druckluftmantelstrahl gebündelt und mit Überschallgeschwindigkeit in die Prozesszone geleitet. Dabei weist das Medium eine Temperatur von bis zu – 78 °C auf. Die patentierte Technologie mit dem Mantelstrahl sorgt dabei einerseits für einen konstanten Druck, der ein Vereisen der Düse verhindert und eine gleichbleibend gute Kühlung sicherstellt. Andererseits wird nur so viel Kohlendioxid zugeführt wie für die angestrebte Kühlwirkung erforderlich ist.

Da das feste Kohlendioxid bei Raumtemperatur sublimiert, erfolgt die Bearbeitung trocken. Dadurch sind auch die Späne sauber und trocken sowie zu 100 Prozent recyclingfähig. Gleichzeitig resultiert aus der trockenen Bearbeitung eine signifikant verringerte Verschmutzung von Bauteil und Maschine, heisst es. Auf eine anschliessende Teilereinigung der Werkstücke kann in vielen Fällen komplett verzichtet werden. Je nach Sauberkeitsanforderung lässt sich auch ein der Zerspanung nachgeschaltetes, separates Reinigungsmodul leicht integrieren. Ein weiterer Vorteil der CO2-Kühlung ist laut Hersteller die kontaminationsfreie Bearbeitung von Teilen beispielsweise für die Medizintechnik. Ausserdem wird das Risiko eines Werkstückverzugs durch die geringe Temperatur minimiert. Nicht zuletzt fallen keine Kosten für die Wartung, Pflege und Entsorgung von Kühlschmierstoffen an.

Mit dem quattroClean-System erfolgt die Kühlung im Gegensatz zu anderen Lösungen nicht durch das Werkzeug, sondern extern. Der fokussierbare, nicht abrasive und ungiftige Schneedruckluftstrahl trifft gezielt auf die definierte Prozesszone im Bereich Schneide, Späne und Werkzeug­umgebung. Die CO2-Düse bewegt sich dabei synchron mit dem Werkzeug mit. Im Serieneinsatz findet sich das System unter anderem auch zum Schmieren, Kühlen und gleichzeitigen Reinigen bei der spanenden Herstellung von Implantaten und medizintechnischen Komponenten aus PEEK. Eine weitere Serienanwendung findet sich in der Metallbearbeitung. Hier wird es genutzt für die Kühlung von Werkzeugen bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium. In beiden Fällen konnte in bisherigen Anwendungen durch die Umstellung auf die externe CO2-Kühlung mit diesem System eine Steigerung der Produktivität von über 30 Prozent erzielt werden, vermeldet der Anbieter.

Das System ermöglicht durch sein modulares Konzept die einfache und platzsparende Anpassung an kundenspezifische Aufgaben. Prozessparameter wie der Volumenstrom für Druckluft und die Verbrauchsmenge von Kohlendioxid können für die jeweilige Applikation angepasst werden. Aus- serdem ist die Strahlzeit für beide Prozessparameter individuell modifizierbar. Durch diese hohe Flexibilität lassen sich ganz neue Applikationen realisieren, so der Hersteller, aber auch solche, denen mit herkömmlichen Systemen bisher kein Erfolg beschieden war. (msc)


acp – advanced clean production GmbH
DE-71254 Ditzingen, Tel. +49 7156 480140
mail@acp-micron.com



Kühlen und Reinigen beim Zerspanen von Aluminium mit der «quattroClean»-Technologie. (Bilder: ACP)


Das System von ACP im Einsatz beim Zerspanen von PEEK.