Kryogene Entgraten - Der Prozess

Als Kühlmittel kommt in der Regel Flüssigstickstoff zum Einsatz, welcher in diesem Aggregatzustand bei -196 °C (77 K) siedet. Die klare, farblose Flüssigkeit hat eine Dichte von 807 g/l am Siedepunkt. Die Bezeichnung von Flüssigstickstoff ist LN – abgeleitet vom englischen Liquid Nitrogen.

Über Düsen wird der Flüssigstickstoff im Bearbeitungsraum auf die zu bearbeitenden Bauteile gesprüht. Durch einen Temperatursensor im Bearbeitungsraum und ein vorgeschaltetes Flüssigstickstoffventil wird die Temperatur in diesem geregelt. Der Flüssigstickstoff wird durch einen entsprechenden isolierten Tank zur Verfügung gestellt. Die Expansionsrate vom flüssigen in den gasförmigen

Zustand beträgt 1:691. Dadurch entsteht im Bearbeitungsraum ein entsprechender Überdruck. In der Praxis hat sich die Verwendung von Flüssigstickstoff als Kühlmittel bewährt, da dieser einfach und praxiserprobt ist – und somit günstig zur Verfügung gestellt werden kann.

Durch das Kühlmittel sollen theoretisch nur die Grate abgekühlt und somit versprödet werden, um diese dann mechanisch abzutrennen. In der Praxis werden jedoch die Bauteile insbesondere in der Randzone komplett durchgekühlt. Die Sprödigkeit der meisten Werkstoffe steigt mit sinkender Temperatur.

Im Bearbeitungsraum kommen runde und vieleckige Trommeln und alternativ Gurtmulden zum Einsatz. Hier werden die Bauteile gekühlt, durchmischt und bestrahlt.

Die Durchmischung dient dazu, die gekühlten Bauteile der Wirkrichtung des Strahlmittels zuzuführen. Auch findet durch die Durchmischung eine Relativbewegung der Bauteile statt, bei der ebenfalls ein Abrieb der Grate realisiert wird.

Bei den Trommeln handelt es sich um gelochte Varianten, um den Abrieb (Gratreste) und das Strahlmedium aus dem Bearbeitungsraum zu transportieren. An dieser Stelle muss auch die Expansionsrate des Flüssigstickstoffes beachtet werden. Das hier entstehende Gas muss abgeführt werden. Dies geschieht durch die gelochte Bearbeitungstrommel. In der Bearbeitungstrommel werden die Bauteile durch Wälzleisten während der Drehbewegung in einen Bereich gefördert, in der die gekühlten Bauteile in Wirkrichtung des Strahlmittels transportiert werden. Dabei findet eine Vermischung der Bauteile statt.

Gleichzeitig werden mit diesen Wälzleisten die Bauteile nach der Bearbeitung aus der Bearbeitungstrommel transportiert, wenn diese horizontal angeordnet ist. Bei dem Prozessparameter Drehzahl der Bearbeitungstrommel muss auf das Wälzverhalten und die optimale Durchmischung der Bauteile geachtet werden. Je nach Maschinenaufbau wird in die Trommel hereingestrahlt oder durch die äußere Trommelwandung aus Drahtgeflecht durchgestrahlt.

Als Strahlmittel kommt beim kryogenen Entgraten Stahlkies oder Polycarbonatgranulat zum Einsatz.

Beim Stahlkies wird mit 0,3 – 0,4 mm Körnung gearbeitet. Aufgrund des hohen spezifischen Gewichts von 7,85 kg/ dm³, kann hier eine sehr hohe kinetische Energie erreicht werden.

Durch den Stahlabrieb können die Teile leicht verschmutzt werden, weshalb das Waschen notwendig ist. Weiterhin ist der Verschleiß in den Strahlmittel-führenden Bauteilen (Schnecken,Schleuderrad, etc.) sehr hoch und es kommen Verschleißschutzmaterialien wie Hartmanganstahl zur Verwendung. Aber auch diese haben nur eine eingeschränkte Standzeit.

Polycarbonatgranulat kann in verschiedenen Formen bezogen werden (Pentakorn, zylindrisch, kubisch) und es kommen folgende Körnungen zum Einsatz:
0,3 mm · 0,5 mm · 0,75 mm · 1 mm · 1,5 mm

Je nach Gratbeschaffenheit und erforderlicher Entgratequalität werden diese verschiedenen Granulate verwendet. Mit kleineren Granulaten kann eine bessere Entgratung mit geringerem Restgrat realisiert werden.

Polycarbonat hat eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme, eine Dichte von 1,02 kg/dm° und eine gute Tieftemperaturbeständigkeit von bis zu -150 °C.

Der Anlagenverschleiß in der Maschine ist mit Polycarbonat sehr gering. In der Entgratungsanlage wird das umlaufende Granulat von Restgraten in einem zweistufigen Vibrationssieb gereinigt. Hier werden auch kleinere Granulatpartikel (Verschleiß) entfernt. Auftreffgeschwindigkeit, Strahlabstand, Strahlauftreffwinkel sowie Strahlmitteldurchsatz, -bedeckungsgrad und -einwirkdauer sind Einflussgrößen auf das Strahlergebnis.