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Fraunhofer IPK Hochdruck-CO2-Schneiden – die saubere Alternative für die CFK-Bearbeitung

| Autor/ Redakteur: P. John, S. Reinkober und S. Pollack / Peter Königsreuther

Der steigende Bedarf an funktionellen Faserverbundwerkstoffen ruft nach neuen Fertigungsverfahren, die dem Boom begegnen können. Das CO2-Hochdruckstrahlen iste eine solche und nutzt die Flüssigphase von Kohlenstoffdioxid für das besonders wirkungsvolle Bearbeiten von CFK & Co..

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Das CO2-Hochdruckstrahlen nutzt die Flüssigphase von Kohlenstoffdioxid und vereint somit die Vorteile des Wasserhochdruckstrahlens mit denen der trockenen und rückstandsfreien CO2-Strahlverfahren. Das funktioniert auch bei funktionellen Faserverbundwerkstoffen, wie CFK (Bild) und GFK, wie Forscher am Fraunhofer IPK beweisen können.
Das CO2-Hochdruckstrahlen nutzt die Flüssigphase von Kohlenstoffdioxid und vereint somit die Vorteile des Wasserhochdruckstrahlens mit denen der trockenen und rückstandsfreien CO2-Strahlverfahren. Das funktioniert auch bei funktionellen Faserverbundwerkstoffen, wie CFK (Bild) und GFK, wie Forscher am Fraunhofer IPK beweisen können.
(Bild: IPK)

Die trennende Bearbeitung mit dem Wasserstrahl ist Stand der Technik und weitgehend etabliert. Dabei werden Strahldrücke zwischen p = 2000 bis 6000 bar bei Düsendurchmessern zwischen dDüse = 0,08 bis 0,8 mm genutzt. Verfahrensseitig werden das Reinwasser (RWS) und das Wasserabrasivstrahlschneiden unterschieden. Letzteres kann je nach Art der Zudosierung des Abrasivmittels in Wasserabrasivsuspenions- (WASS) und Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden (WAIS) unterschieden werden [OWE89, BLI90, GOU94, LAU94, BRA02]. Beim RWS wird nur die erosive Wirkung des Wassers genutzt.

Die Schneidleistung ist damit begrenzt, weshalb vor allem Textilien oder Kunststoffe bearbeitet werden. Obwohl die Nutzung von reinem Wasser eine hohe Präzision bei Schnittspalten von b < 0,08 mm gewährleistet, wird das Verfahren nur selten eingesetzt. Die im Zuge des Trennvorgangs in das Bauteil eingeleitete Wärme beeinflusst das Grundmaterial signifikant und die Bauteile müssen nach der Bearbeitung getrocknet werden und sollten generell feuchtigkeitsunempfindlich sein.

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Zwar ist die mittels dem WAIS erzielbare Abtrennleistung vielfach höher als beim RWS [SCH00], die Verwendung von Abrasivmitteln, die im Zuge einer Mikrozerspanung das Material trennen, macht jedoch eine zusätzliche kostenintensive Nachreinigung sowie spätere Aufbereitung und Entsorgung der Abrasivmittel-Reste erforderlich.

Das Hochdruck CO2-Schneiden bietet eine wesentliche Erweiterung des internationalen Standes der Forschung und Technik. Dazu wurden am Produktionstechnischen Zentrum Berlin (PTZ), bestehend aus dem Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) sowie dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin, und an der Ruhr-Universität Bochum, Laboranlagen zum kontinuierlichen CO2-Hochdruckstrahlen bei Atmosphärenbedingungen entwickelt und experimentell erprobt. Die Entwicklung basiert auf einer konventionellen Wasserstrahlanlage, welche für den CO2-Betrieb umgerüstet und erweitert wurde. Der mittels dieser Laboranlage erzeugte, temporär flüssige CO2-Strahl wird bereits erfolgreich für Schneidanwendungen eingesetzt. Das flüssige CO2-Strahlspanen hebt sich – nicht zuletzt aufgrund der Umwandlung von der flüssigen zur gasförmigen Phase – vom Stand der Technik ab und stellt eine vollkommen neuartige Produktions- und Fertigungstechnologie für industrielle Anwendungen dar.

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