Effektiv und anspruchsvoll

Das Verfahren der kryogenen Entgratung

Das kryogene Entgraten ist eine Oberflächenbearbeitung unter Einsatz von Stickstoff. Für dieses Verfahren entwickelt und konstruiert die AW Maschinen- und Anlagentechnik GmbH & Co KG effizient und wirtschaftlich arbeitende Strahlanlagen – speziell für das cryogene Entgraten von Gummi- und Kunststoff-Formteilen.

Der Begriff „kryogen“ setzt sich aus den griechischen und lateinischen Worten für „Frost“ und „erschaffen“ zusammen. Er beschreibt Stoffe, Prozesse und Eigenschaften im Zusammenhang mit extrem niedrigen Temperaturen – wie zum Beispiel bei der Verwendung von Stickstoff. Beim Prozess des kryogenen Entgratens, der auch als Tiefkaltentgratung oder LN2-Entgratung bezeichnet wird, werden die Formteile in einer geschlossenen Anlage mit Hilfe des Stickstoffs definiert heruntergekühlt. Mittels eines Schleuderrads wird das Strahlgut auf die Teile geschossen, die dadurch entgratet werden. Die dabei entstehende, große kinetische Energie ermöglicht das Bearbeiten einer größeren Anzahl an Formteilen sowie das Entgraten an schwer erreichbaren Stellen.

Die Stickstoffentgratung zählt zu den effizientesten und anspruchsvollsten Kaltentgratungsverfahren. Die kryogenen Strahlentgratungsmaschinen von AW erreichen dabei Temperaturen bis zu -150 °C und halten die eingestellte Gradzahl während des gesamten Vorgangs der LN2-Entgratung stabil. Das Ergebnis ist eine qualitativ absolut hochwertige und präzise kryogene Entgratung. Bei uns erhalten Sie Entgratungstechnologie, die exakt auf Ihre individuellen Anforderungen zugeschnitten ist. Erleben Sie die Vorteile der kryogenen Strahlentgratung – gerne bei einer Musterbearbeitung Ihrer Formteile direkt in unserem Unternehmen.

PROZESSPARAMETER BEIM KRYOGENEN STRAHLENTGRATEN:

Temperaturniveau
(in der Regel -20° C bis -150° C)

Trommeldrehzahl
(Wälzdrehzahl)

Kühlzeit

Trommelzeit
(mit und ohne Strahlen)

Abwurfgeschwindigkeit des Strahlmediums
(Schleuderraddrehzahl)

Korngröße des Strahlmediums

Strahlzeit

Separierzeit

Wir entgraten folgende Materialien:

  • Elastomere (Gummi)
  • Kunststoffe (Thermoplaste und Duroplaste)
  • Faserverstärkte Kunststoffe
  • Zink
  • Aluminium / Magnesium
  • Titan
  • Verbundwerkstoffe
  • Sinterwerkstoffe
  • Polyurethan
  • Schaumstoffe

Details zum Prozess der kryogenen Entgratung:

Kühlmittel

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.

Bearbeitungsraum

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.

Strahlmedium

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.

Schleuderrad

Die Beschleunigung des Strahlmittels kann pneumatisch durch einen Gasstrom (meist Druckluft) sowie mechanisch mit einem Schleuderrad erfolgen.

Die Drehzahl des Schleuderrades gibt die kinetische Energie des Granulates vor.