Deutliche Produktivitätssteigerung beim Zerspanen

Gleichzeitig schmieren, kühlen und reinigen mit CO2-Schnee

Die patentierte Zweistoffringdüsen-Technologie sorgt für konstanten Druck, der eine Vereisung der Düse verhindert und gleichbleibend gute, externe Kühlung sicherstellt. Dabei wird nur so viel CO2 zugeführt, wie für die angestrebte Kühlwirkung erforderlich ist. © acp - advanced clean production GmbH

Durch den Einsatz von CO2 als Prozesskühlung kann die Wirtschaftlichkeit beim Zerspanen deutlich verbessert werden. Dafür hat acp mit dem quattroClean-System eine serientaugliche Lösung entwickelt. Sie ermöglicht unter anderem bei der Bearbeitung von Werkstücken aus PEEK und Aluminium eine Produktivitätssteigerung von rund einem Drittel. Ein weiterer Vorteil ist die signifikant reduzierte Verschmutzung von Bauteil und Maschine.

Beim Zerspanen gewinnt die Kühlung mit CO2 in den letzten Jahren als Alternative zu konventionellen Kühlschmierkonzepten erheblich an Bedeutung. Die Gründe liegen unter anderem in einem erhöhten Zeitspanvolumen und damit verbesserter Produktivität sowie im reduzierten Werkzeugverschleiß und den daraus resultierenden längeren Standzeiten. Die so genannte kryogene Kühlung mit Kohlendioxid ermöglicht daher 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.

Zuverlässige Kühlung durch verschleißfreie Zweistoffringdüse

Das quattoClean-System 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 zur verschleißfreien Zweistoffringdüse transportiert. Erst beim Austritt aus der 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 minus 78 °C auf. Die patentierte Technologie mit dem Mantelstrahl sorgt dabei einerseits für 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.

Eingesetzt wird das System unter anderem bei der spanenden Herstellung von Implantaten und medizintechnischen Komponenten aus PEEK. Die Produktivität konnte dadurch um über ein Drittel verbessert werden. © acp - advanced clean production GmbH

Trockene und rückstandsfreie Bearbeitung

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. 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 schnell und effizient integrieren. Ein weiterer Vorteil der CO2-Kühlung ist die kontaminationsfreie Bearbeitung von Teile 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 quattroClean-System erfolgt die Kühlung im Gegensatz zu anderen Lösungen nicht durch das Werkzeug, sondern extern. Der gut fokussierbare, nicht abrasive und ungiftige Schnee-Druckluftstrahl trifft gezielt auf die definierte Prozesszone im Bereich Schneide, Späne und Werkzeugumgebung. Die CO2-Düse „wandert“ dafür mit dem Werkzeug mit.

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. 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 durch die Umstellung auf die externe CO2-Kühlung mit dem acp-System eine Steigerung der Produktivität von über 30 Prozent erzielt werden.

Kompakt und zielgerichtet steuerbar

Das quattroClean-System der acp 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 optimal angepasst werden. Außerdem ist die Strahlzeit für beide Prozessparameter individuell modifizierbar. Durch diese hohe Flexibilität lassen sich ganz neue als auch Applikationen realisieren, die bei herkömmlichen Systemen nicht zum Erfolg führten.

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