Mobile-Menu

Zerspanungsoptimierung

Kryogene Kühltechnik für Zerspanungsprozesse einfach nachrüsten

< zurück

Seite: 2/3

Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Renishaw GmbH
technotrans SE

Die kryogene Kühlung bringt Vorteile für die Zerspanung

Als Alternative zu konventionellen Kühlschmierkonzepten bietet sich die kryogene Prozesskühlung an (Bild 3). Bei ihr werden Kühlmedien unter extrem niedrigen Temperaturen eingesetzt. Typische Tieftemperaturmedien sind verflüssigte Gase, wie Wasserstoff (Siedepunkt 20,268 K = -252,882 °C) und Stickstoff (Siedepunkt 77,35 K = -195,80 °C), aber auch Kohlendioxidschnee (Sublimationspunkt 194,5 K = -78,5 °C) (Klocke 2017).

Bild 3: Die üblichen Kühlschmierstrategien für die Zerspanung von Metallen im Überblick (nach Lang 2012).(Bild: Fraunhofer IPA)
Bild 3: Die üblichen Kühlschmierstrategien für die Zerspanung von Metallen im Überblick (nach Lang 2012).
(Bild: Fraunhofer IPA)

Die wesentlichen Nachteile eines Wasserstoff- und Stickstoffeinsatzes bei der Zerspanung liegen in einer aufwendigen Speicher-, Zuführ- und Isoliertechnik. Beispielsweise siedet Flüssigstickstoff unter atmosphärischem Druck, weshalb vakuumisolierte Behälter für die Lagerung eingesetzt werden müssen (Klocke 2017; Awiszus et al. 2020).

Im Vergleich dazu ist Kohlendioxid (CO2) als Kühlmedium deutlich einfacher zu handhaben, weil CO2 bei Raumtemperatur und unter hohen Drücken in flüssiger Form vorliegt. Diese Eigenschaft erlaubt es, das flüssige CO2 auch ohne Isolierung unter einem Druck von 6 Megapascal durch eine Rohrleitung an die Zerspanungsstelle zu führen (Klocke 2017; Awiszus et al. 2020).

Zum Zeitpunkt des Austritts kommt es schlagartig zu einem Druckabfall, der auf das flüssige CO2 wirkt, sodass es sich zu einem Gemisch aus festen (45 Prozent) und gasförmigen (55 Prozent) Aggregatszuständen entspannt. Die feste Phase des Gemisches wird auch als Trockeneis bezeichnet und hat im Vergleich zur gasförmigen Phase eine deutlich höhere Kühlleistung. (Klocke 2017)

Das Kohlendioxid bildet keine gesundheitsschädlichen Dämpfe und Nebel, sodass kein Gesundheitsrisiko für den Bediener besteht. Auch die Reinigung der Werkstücke oder die Entsorgung der Späne gestaltet sich einfach. Denn die Werkstücke bleiben trocken und sind nicht mit Ölen und Fetten verunreinigt, wodurch auf eine Endreinigung derselben weitgehend verzichtet werden kann.

Mögliche Medienzufuhr bei der kryogenen Kühlung

Bei den kryogenen Zuführungsstrategien lässt sich grundsätzlich zwischen der kryogenen Überflutungskühlung und der kryogenen Innenkühlung unterscheiden (Bild 4). Bei der kryogenen Überflutungskühlung wird die Zerspanungsstelle von außen mit dem kryogenen Kühlmedium überflutet. Zwar ist diese Zuführstrategie einfach in der Umsetzung, jedoch auch mit einigen Nachteilen verbunden. Einerseits erreicht das Kühlmedium die Werkzeugschneide nur unzureichend, andererseits entsteht ein hoher Verbrauch des eingesetzten Kühlmediums.

Bild 4: Das sind die Zuführstrategien für die Kühlmedien bei der kryogenen Kühlung im Zerspanungsprozess (nach Lang 2012).(Bild: Fraunhofer IPA)
Bild 4: Das sind die Zuführstrategien für die Kühlmedien bei der kryogenen Kühlung im Zerspanungsprozess (nach Lang 2012).
(Bild: Fraunhofer IPA)

Im Vergleich dazu wird mit der kryogenen Innenkühlung eine deutlich größere Kühlleistung erreicht, weil das Kühlmedium unmittelbar an die Zerspanungsstelle geführt wird. Zudem lässt sich mit dieser Zuführstrategie der Verbrauch des Kühlmediums deutlich reduzieren (Lang 2012).

Aktuell am Markt verfügbare Systeme zur kryogenen Innenkühlung nutzen eine sogenannte Drehdurchführung durch die Motorspindel, um das Kühlmedium zum Ort des Geschehens zu leiten. Mit diesem Konzept ist jedoch ein erhöhtes Risiko einer unerwünschten Kühlung von Maschinenkomponenten verbunden, was wiederum zu Ungenauigkeiten in der Fertigung führen kann. Darüber hinaus ist der erforderliche Umbau der Motorspindel aufwendig und teuer (Volz und Abele 2019). Jetzt gibt es eine Alternative, die auf der nächsten Seite vorgestellt wird.

(ID:48746257)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte