Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Dry and residue-free cutting with high-pressure CO2-blasting
    ( 2014)
    Bilz, M.
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    Uhlmann, E.
    Jet cutting with high-pressure CO2 jets has the potential for a dry and residue-free machining of materials. However, a high-pressure CO2 blasting plant as well as experimental expertise for the continuous jet cutting with high-pressure CO2 at atmospheric conditions are not available. A pilot plant for the continuous jet cutting with liquid carbon dioxide was developed and realized at the Fraunhofer-Institute for Production Systems and Design Technology. Identical cutting tests were carried out in polyurethane blocks of different Shore D-hardness and density with high-pressure CO2 and water jets. Based on the first results in polyurethane blocks the tests were extended to cutting carbon fibre reinforced plastic plates with the high-pressure CO2 jet. Finally the possibilities and limits of the high-pressure CO2 jet cutting were summarised.
  • Publication
    Compressed carbon dioxide - a green washing fluid for medical parts
    ( 2013)
    Kareth, S.
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    Bilz, M.
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    Mankiewicz, J.
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    Petermann, M.
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    Rebien, D.
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    Wehrl, M.
    Precision parts cleaning is an important process step in the production of various industrial manufactured parts, like textiles, plastics or different medical implants. Besides the degreasing of parts and the removal of particles, the reduction of germs is an important feature for medical parts. Conventional cleaning systems use either isoparaffines or aqueous systems, creating big amounts of wastes. Another major drawback of aqueous cleaning processes is the use of surfactants and the required drying step especially for sensitive materials. The use of compressed or supercritical carbon dioxide as a solvent for high pressure extraction is a well established process. Inspired by this, carbon dioxide was suggested to be an innovative fluid for textile cleaning or parts cleaning.
  • Publication
    Um die Ecke gebracht - schonende Umlenkung von Trockeneis-Strahlmittel
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
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    Motschmann, S.
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    Bilz, M.
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    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
    Automatisiertes Reinigen und Vorbehandeln vor der Lackierung mittels CO2-Schneestrahlen für die Automobilindustrie
    ( 2009)
    Krieg, M.C.
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    Bilz, M.
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    Buchbach, S.
    Das CO2-Schneestrahlen ist eine ökologische Alternative der Vorbehandlung vor dem Lackieren. Beim Strahlen mit festem CO2 wird das Strahlmittel pneumatisch beschleunigt und auf die zu bearbeitende Fläche aufgebracht. Dabei beruht die abtragende Wirkung des CO2-Strahlens auf den folgenden drei Effekten: Mechanischer Effekt: Impulsübertrag der CO2-Partikel auf die Oberfläche, aerodynamische Kraft durch Druckluftstrahl und CO2-Gas. Thermischer Effekt: Versprödung des Schmutzes durch niedrige Temperatur des festen CO2, Abtrennung der Schmutzschicht vom Grundwerkstoff durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Sublimationseffekt: Druckwelle, die bei der Sublimation infolge der Volumenvergrößerung des CO2 beim Übergang von fest zu gasförmig entsteht. Das CO2-Schneestrahlen ist als trockenes, rückstandsfreies, substratschonendes und umweltneutrales Verfahren eine Alternative zur gängigen Powerwash-Technik. Im Rahmen des Forschungsprojekts 'SchneeLack' konnte durch die Vorbehandlung typischer Kunststoffsubstrate der Automobilindustrie, dem anschließenden Lackieren und der Prüfung der Lackhaftung mittels dem Gitterschnittverfahren und nach der DBL 7384, das CO2-Schneestrahlen als Vorbehandlungsverfahren vor dem Lackieren qualifiziert werden. Das Verfahren lässt sich direkt in Lackieranlagen integrieren. Zusätzlich zu geringen Verfahrenskosten und hoher Produktivität entfallen beim CO2-Schneestrahlen Kosten für die Pflege, Überwachung und Entsorgung des Reinigungsmediums sowie für die Trocknung der Bauteile.