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14.11.2017

Prozesskühlung mit CO2-Schnee

Gleichzeitig schmieren, kühlen und reinigen

Kühlen und Reinigen beim Zerspanen von PEEK: Eingesetzt wird das System unter anderem bei der spanenden Herstellung von Implantaten und medizintechnischen Komponenten (© acp)

Die Kühlung mit CO2 als Alternative zu konventionellen Kühlschmierkonzepten beim Zerspanen kann zu einem höheren Zeitspanvolumen und damit zu verbesserter Produktivität sowie zu reduziertem Werkzeugverschleiß und damit längeren Standzeiten führen. Auf diese Weise reduziert die so genannte kryogene Kühlung mit Kohlendioxid die Fertigungskosten. Mit quattroClean bietet die acp – advanced clean production GmbH, Ditzingen, ein Schneestrahlsystem, das sich auch nachträglich in CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren integrieren lässt.

Schnee aus der Zweistoffringdüse

Das Kühlsystem arbeitet mit flüssigem Kohlendioxid, das als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht und daher umweltneutral ist. Es wird bei Raumtemperatur bis zu einer Zweistoffringdüse transportiert.

Erst beim Austritt aus der verschleißfreien Düse geht das CO2 vom flüssigen in den festen Zustand in Form von feinen Schneekristallen über. Sie werden durch einen ringförmigen Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und mit Überschallgeschwindigkeit in die Prozesszone geleitet. Dabei weist das Medium eine Temperatur von bis zu -78 °C auf. Die patentierte Mantelstrahltechnik bewirkt nach Angaben des Herstellers einerseits einen konstanten Druck, der eine Vereisung der Düse verhindert und eine gleichbleibend gute Kühlung sicherstellt. Andererseits wird nur so viel Kohlendioxid zugeführt, wie für die angestrebte Kühlwirkung erforderlich ist.

Trockene und rückstandsfreie Bearbeitung

Da das feste Kohlendioxid bei Raumtemperatur sublimiert, erfolgt die Bearbeitung trocken, so dass auch die Späne sauber, trocken sowie recyclingfähig bleiben. Weil Bauteil und Maschine weniger verschmutzen, kann auf eine anschließende Teilereinigung der Werkstücke oft verzichtet werden. Bei höheren Sauberkeitsanforderungen lässt sich auch ein der Zerspanung nachgeschaltetes, separates Reinigungsmodul integrieren.

Ein weiterer Vorteil der CO2 -Kühlung ist 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.

Externe Kühlung verhindert Vereisung und vereinfacht Nachrüstung

Mit dem System erfolgt die Kühlung im Gegensatz zu anderen Lösungen nicht durch das Werkzeug, sondern extern. Der fokussierbare, nicht abrasive und ungiftige Schnee-Druckluftstrahl trifft auf die Prozesszone (Schneide, Späne und Werkzeugumgebung), wobei die CO2 -Düse mit dem Werkzeug "mitwandert".

Im Serieneinsatz ist das quattroClean-System unter anderem zum Schmieren, Kühlen und gleichzeitigen Reinigen bei der spanenden Herstellung von Implantaten und medizintechnischen Komponenten aus PEEK oder in der Metallbearbeitung bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium. In beiden Fällen brachte die Umstellung auf externe CO2 -Kühlung nach Angaben des Herstellers eine Steigerung der Produktivität von über 30 Prozent. (kk)

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