Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Machining of hygroscopic materials by high-pressure CO2 jet cutting
    ( 2016)
    Uhlmann, E.
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    Bilz, M.
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    Mankiewicz, J.
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    Motschmann, S.
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    John, P.
    Cutting with a high-pressure CO2 jet has the potential for a dry and residue-free machining of hygroscopic materials. An experimental system for continuous CO2 high-pressure jets at atmospheric conditions was developed. The high-pressure liquid CO2 expands into atmospheric pressure after exiting the nozzle and changes to gas and particles and can be used for the machining of parts and surfaces. The investigations led to first expertises for the continuous jet cutting with high pressure CO2 at atmospheric conditions with jet pressures of up to 3000 bar. Commercial blasting plants are not available yet and only research institutes hold prototypes and experimental systems. During the technological examinations the mass flow and impulse forces of CO2 and high-pressure water jets were determined and compared experimentally. Identical cutting tests were carried out with polyurethane. Principal similarities are shown in the produced cutting surfaces and grooves of both processes. The experiments indicated that the effects of the individual blasting parameters are identical to the impulse force and groove depth for both processes. The high-pressure CO2 jet offers a dry and residue-free machining of hygroscopic materials. The process can be integrated decentralized and directly into production lines. According to the current knowledge, the limitation for the cutting of materials, depending on the thickness of the workpiece, is a maximum hardness of 60 Shore D at a maximum density of 600 g/cm3. Thus, the process is currently limited to the processing of synthetic and natural materials.
  • Publication
    Um die Ecke gebracht - schonende Umlenkung von Trockeneis-Strahlmittel
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
    ;
    Motschmann, S.
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    Bilz, M.
    ;
    Schöfisch, K.
    Bislang wird das Trockeneisstrahlen hauptsächlich zum Reinigen leicht zugänglicher Oberflächen eingesetzt. Für schwer zugängliche Bereiche wie z. B. Hinterschneidungen sind für das Trockeneisstrahlen verschiedene Strahldüsen-Varianten erhältlich. Diese nutzen jedoch zur Strahlmittelablenkung fast ausschließlich Pralleffekte innerhalb der Strahldüse, wodurch es zur verstärkten Zerkleinerung und teilweise auch zur vorzeitigen Sublimation des Strahlmittels kommt. Dies wiederum führt zu einem Geschwindigkeits- und Massenverlust, wodurch die kinetische Energie verringert und somit auch die Abtragsleistung reduziert wird. Um diesen Verlust zu reduzieren, forscht das Fraunhofer IPK aktuell an einer Düsenvariante zur schonenden Strahlmittelumlenkung. Das Grundkonzept nutzt dabei das allgemein bekannte Injektorprinzip. Dabei soll eine Strahlmittelablenkung um bis zu 90° durch einen sekundären Druckluftstrom erreicht werden. Um den Anlagenaufwand gering zu halten, wird eine Zweischlauch-Trockeneisstrahlanlage verwendet. Mit einem entwickelten Injektorkrümmer wurde die schonende Umlenkung von Trockeneispellets unter Einsatz eines sekundären Luftstroms evaluiert. Das Düsenkonzept ermöglicht eine deutlich höhere Abtragsleistung für Reinigungsprozesse durch eine effektivere Ausnutzung des empfindlichen Strahlmittels im Vergleich zur untersuchten Vergleichsdüse. Die in den Versuchen maximal erreichte Abtragsleistung des Injektorkrümmers ist um den Faktor 16 höher als bei der verwendeten Alternativdüse mit identischen Prozess-Parametern. Zudem ist der Raumbedarf für den Injektorkrümmer deutlich geringer und ermöglicht somit die leichtere Reinigung auch schwer zugänglicher Bereiche.
  • Publication
    CO2-Strahlen in Maschinen- und Anlagentechnik
    ( 2010)
    Motschmann, S.
    ;
    Bilz, M.
    Das ökonomische Bedürfnis zur Steigerung von Effektivität und Effizienz, neue gesetzliche Vorgaben und steigende Qualitätsanforderungen erfordern moderne Reinigungsverfahren. Suboptimale Reinigungsprozesse stellen für praktisch jedes Unternehmen eine finanzielle Delastung dar. Ein modernes Reinigungsverfahren ist das Strahlen mit festem Kohlenstoffdioxid, das sich in unterschiedlichen Branchen etablieren konnte. Die Wirkung und Einsatzgebiete dieses Verfahrens sowie dessen Vor- und Nachteile im Vergleich zu konventionellen Verfahren werden in diesem Beitrag erläutert.
  • Publication
    Automatisiertes Vorbehandeln mit CO2-Schneestrahlen
    ( 2009)
    Bilz, M.
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    Manthei, M.
    ;
    Motschmann, S.
  • Publication
    Vorteile und Leistungen im Vergleich
    ( 2009)
    Bilz, M.
    ;
    Motschmann, S.
    ;
    Manthei, M.
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    Krieg, M.
    Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass sich die Klebfestigkeit zweier Zweikomponenten-Klebstoffe EP1 und EP2 - aufgetragen auf drei unterschiedliche Werkstoffgruppen - nach der Vorbehandlung mittels Trockeneisstrahlen in den meisten betrachteten Fällen signifikant steigern lässt. Auch die Vorbehandlung von Kunststoffen vor dem Lackieren mit CO2- Schneestrahlen führte zu guten Ergebnissen. So konnte das CO2-Schneestrahlen typischer Kunststoffsubstrate der Automobilindustrie durch Prüfung der Lackhaftung mittels Gitterschnittverfahren als geeignetes Vorbehandlungsverfahren vor dem Lackieren qualifiziert werden. Selbst fehlerhaft hergestellte Proben, bei denen innere Verunreinigungen an die Oberfläche migrierten, wiesen nach einer C02-Schneestrahlvorbehandlung eine noch ausreichende Lackhaftung auf. Insgesamt belegen die durchgeführten Untersuchungen, dass das trockene, rückstandsfreie, substratschonende und umweltneutrale CO2-Strahlen eine interessante Alternative zu gängigen Reinigungs- und Vorbehandlungsverfahren darstellt.