Innovative Düse für den CO2-Schneestrahl

Bereits seit geraumer Zeit geht der Trend in der industriellen Teilereinigung zu Verfahren, mit denen sich partikuläre und filmische Verunreinigung prozesssicher trocken sowie bei Bedarf auch selektiv entfernen lassen. Ein weiterer Aspekt, der zunehmend bedeutender wird, ist die einfache und platzsparende Integration des Reinigungsprozesses in Fertigungslinien. Bei all diesen Anforderungen kann die quattroClean- Schneestrahltechnologie der acp systems AG, die flüssiges, klimaneutrales Kohlendioxid als Reinigungsmedium nutzt, punkten.

Um das Einsatzspektrum des kosteneffizienten und nachhaltigen Reinigungsverfahrens zu erweitern, hat das Unternehmen eine innovative Zweistoff-Ringdüse konstruiert, die einen gepulsten Strahl erzeugt. Die verschleißfreie Düse wird dafür mit einem eigens von acp entwickelten Ventil ausgestattet, das Taktzeiten von bis zu 20 Millisekunden ermöglicht. Die direkte Ansteuerung des Ventils verhindert dabei im Vergleich zu vorgesteuerten Standardventilen ein Vereisen und stellt damit eine zuverlässige Funktion und ein gleichbleibend gutes Ergebnis sicher. Die Strahl- und Pausenzeiten können unabhängig voneinander eingestellt werden, so dass sich die Takte gut auf die jeweilige Anwendung sowie den teilespezifischen Behandlungsablauf abstimmen lassen.

Gleichzeitig ergeben sich durch die getakteten Strahlimpulse Einsparungen beim CO₂- und Druckluftverbrauch. Abhängig vom Takt liegen sie zwischen zehn und 15 Prozent. Bei der erstmaligen Verleihung des "FiT2clean-Awards", mit dem der deutsche Fachverband industrielle Teilereinigung e.V. (FiT) jährlich herausragende Leistungen und Lösungen für die Bauteilreinigung auszeichnet, belegte die Innovation von acp systems den dritten Platz.

Im Gegensatz zum kontinuierlichen Strahlen verfügt der getaktete CO₂- Druckluftstrahl über eine höhere kinetische Energie, die ihn leicht abrasiv macht. Dies eröffnet Einsatzmöglichkeiten, bei denen das klassische CO₂- Schneestrahlen bisher passen musste. Dazu zählt beispielsweise die Abreinigung von lose anhaftenden Schweißperlen nach Schweißprozessen ebenso wie die Entfernung partikulärer Verunreinigungen, die durch angetrocknetes Bearbeitungsmedium auf metallischen Bauteilen haften. Geht es darum, Flussmittelrückstände und Partikel von Bondflächen abzureinigen, bietet die taktende Düse ebenfalls Vorteile.

Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Entfernung partiell vorhandener Folienrückstände nach dem Heißprägen beziehungsweise dem Aufkaschieren von Aluminium auf Kunststoffteile. Der getaktete CO₂-Druckluftstrahl verfügt außerdem über ausreichend Reinigungsleistung, um feine Flittergrate an Aluminium- und Zinkdruckgussteilen zu entfernen. Ebenso lässt er sich für das gleichzeitige Entgraten und Reinigen von harten und spröden Kunststoffen, beispielsweise PEEK und PPS einsetzen. Beim Zerspanen dieser Kunststoffe und von Aluminiumbauteilen bietet die neue Zweistoff-Ringdüse ebenfalls Optimierungspotenzial. Als Alternative zu konventionellen Kühlschmiermitteln ermöglichen die kalten Schneekristalle aus Kohlendioxid ein erhöhtes Zeitspanvolumen und damit eine verbesserte Produktivität sowie einen reduzierten Werkzeugverschleiß. Hinzu kommt eine deutlich verringerte Verschmutzung der Bauteile und Maschine.

Die verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse ist das "Herz" des Verfahrens. Durch sie wird das flüssige Kohlendioxid geleitet und entspannt beim Austritt zu Schneekristallen. Sie werden von einem separaten Druckluftmantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Trifft der gut fokussierbare Strahl auf die zu reinigende beziehungsweise zu entgratende Oberfläche kommt es zu einem thermischen, mechanischen, Lösemittel- und Sublimationseffekt. Durch das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen werden partikuläre und filmische Verunreinigungen ebenso reproduzierbar entfernt wie feine Flittergrate. Die abgelösten Verunreinigungen beziehungsweise Grate werden durch die aerodynamische Kraft des Druckluftstrahls vom Bauteil wegtransportiert und durch eine integrierte Absaugung aus der Prozesskammer beseitigt. Da das CO₂ unter Atmosphärendruck sublimiert, sind die Teile sofort trocken und können direkt weiterverarbeitet werden. In der spanenden Bearbeitung ermöglicht die quattroClean-Schneestrahltechnologie, dass die anfallenden Späne sauber, trocken und einfach zu recyclen sind.

Der skalierbare quattroClean-Prozess lässt sich platzsparend und effizient an unterschiedliche Bauteilgeometrien für eine ganzflächige oder partielle Reinigung anpassen. Die Prozessparameter werden im eigenen Technikum durch Versuche ermittelt. Die Konzeption der Reinigungssysteme erfolgt abgestimmt auf die Reinigungsaufgabe und Taktzeitvorgabe auf Basis von Standardmodulen. Dabei werden Standalone-Anlagen ebenso realisiert wie in automatisierte und/oder verkettete Fertigungslinien integrierte Lösungen. [gr]