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CFK-Zerspanung Staub-Absaugproblematik erfordert rasches Handeln

| Autor/ Redakteur: Andreas Gebhardt, Marco Schneider und Jakob Handte / Peter Königsreuther

Bei der CFK-Zerspanung in Werkzeugmaschinen lässt sich das hohe Schädigungspotenzial von CFK-Staub nur im Verbund zweier unterschiedlicher Absaugsysteme in den Griff bekommen. Positive Ergebnisse gibt es bereits. Dem Optimum ist man nun ein Stück näher gekommen.

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Kombinierte Staubabsaugung Bei der Portalfräsmaschine des Herstellers F. Zimmermann GmbH, Denkendorf, wird der CFK-Staub mit einer Kombination aus werkzeugnaher Absaugung und Raumabsaugung erfasst. Anschließend werden Abluft und Staub in einer Zentralanlage getrennt.
Kombinierte Staubabsaugung Bei der Portalfräsmaschine des Herstellers F. Zimmermann GmbH, Denkendorf, wird der CFK-Staub mit einer Kombination aus werkzeugnaher Absaugung und Raumabsaugung erfasst. Anschließend werden Abluft und Staub in einer Zentralanlage getrennt.
(Bild: F. Zimmermann)

Auch wenn bei CFK-Bauteilen heute eine endkonturnahe Formgebung angestrebt wird, ist eine mechanische Endbearbeitung meist unumgänglich. Sie umfasst das Besäumen der Werkstückkanten, die Bearbeitung von Fügestellen und das Einbringen von Aussparungen, Bohrungen und Langlöchern. Dafür werden hauptsächlich spanende Verfahren eingesetzt, die überwiegend trocken ablaufen. Nur bei etwa einem Fünftel der CFK-Bearbeitungsprozesse werden Werkstück und Werkzeug durch Minimalmengenschmierung (MMS) oder durch Überflutung gekühlt.

Partikelgrößenverteilung ist prozessabhängig

Bei der Trockenbearbeitung von CFK entstehen überwiegend feinste Stäube, die sich aus Faserbruchstücken und Matrixpartikeln zusammensetzen. Vor allem bei den Bearbeitungsverfahren Fräsen und Sägen zeigt die Spangutanalyse hohe Anteile kleinster Staubpartikel im Mikrometerbereich. Beim Bohren ist im Vergleich dazu mit einer gleichmäßigeren Partikelverteilung zu rechnen, sodass hauptsächlich Partikel im Bereich einiger Zehntel- bis Hundertstelmillimetern Durchmesser entstehen.

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Diese Partikel werden bei den Verfahren Fräsen, Schleifen, Drehen und Sägen mit annähernd Schnittgeschwindigkeit aus dem Kontaktbereich von Werkzeug und Werkstück geschleudert. Sie bilden einen mehr oder weniger aufgefächerten Partikelstrahl. Die Ausbildung dieses Strahls ist dabei stark von der Werkzeuggeometrie und der Schnittgeschwindigkeit abhängig. Bei der CFK-Bearbeitung liegt die Schnittgeschwindigkeit mit 200 bis 1000 m/min über dem Wert der Metallbearbeitung, jedoch deutlich unter den Größen, die in der Holzbearbeitung üblich sind. Dort spielt das Erfassen der Spänestrahlen eine wichtige Rolle für die Prozesssicherheit.

Stäube gefährden Maschinenbediener, Maschine und Bearbeitungsqualität

Bei der Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) stellt die Entsorgung des Spanguts eine große Herausforderung dar, weil die feinen Stäube die Gesundheit des Maschinenbedieners, die Funktionalität der Maschine und die Bearbeitungsqualität des Werkstücks gefährden. Als heterogenes Gemisch mit Luft (sogenanntes Staubaerosol) können die Stäube von der Lunge aufgenommen werden.

Eine chemische oder molekulare Toxizität der bei der CFK-Bearbeitung entstehenden Stäube ist bisher nicht nachgewiesen. Jedoch wurden die in CFK-Stäuben enthaltenen splitterförmigen Faserbruchstücke als Fasern mit kritischen Abmessungen identifiziert. Diese durch die World Health Organisation (WHO) festgelegte Definition bezeichnet Fasern, die aufgrund ihrer mechanischen Einwirkung auf das Lungengewebe besonders kritisch anzusehen sind.

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