Online Magazin für Konstruktion und Entwicklung

Hier finden Sie alles, was der Konstrukteur für seine Konstruktion und der Entwicklungsingenieur für seine Neuentwicklung vom Entwurf bis zur Qualitätssicherung in der Fertigung brauchen wie Produktneuheiten, deren Anwendungen, neue Technologien oder Forschungsergebnisse. Unternehmensmeldungen sowie Themen zu technologischen und Megatrends aller industriellen Branchen vervollständigen unser Angebot an Industrie News. Los geht's mit den Nachrichten.

Unternehmensmeldungen

Sensilo Werk Neubau von Jumo schreitet voran
Jumo errichtet im Technologiepark ein Werk für die Fertigung von Temperatur- und Drucksensoren mit einer Produktionsfläche von rund 13 000 m². Mit rund 50 Mio. Euro ist der Neubau die größte Investition in der Geschichte des Unternehmens.
3DExperience Word 2024 in Dallas
Zur 3DExperience World 2024 im Februar feierte Dassault Systèmes in Dallas, Texas, das 25-jährige Jubiläum der Veranstaltung. Das alljährlich stattfindende Anwendertreffen unterstützt die globale Community in der Entwicklung zukunftsfähiger Produkte und Prozesse.
Michael Koch GmbH bezieht neue Werkhalle
Im „Fabrikle“ von Michael Koch steht nun mehr Platz für die Montage kunden- und maschinenspezifischer sicherer Bremswiderstände zur Verfügung. Die neue moderne Halle wurde kürzlich von den Mitarbeitenden "im Sturm erobert".
Elon Musk verklagt OpenAI wegen Profitorientierung
Elon Musk reicht Klage gegen OpenAI und Geschäftsführer Sam Altman ein und wirft ihnen Vertragsbruch vor, das ursprünglich als gemeinnütziges konzipierte Unternehmen jetzt profitorientiert agiert.
Murat Simsir stärkt strategische Unternehmensführung bei Montech
Murat Simsir hat am 1. Januar 2024 die Position als CSO bei Montech übernommen. Der ehemalige Leiter Verkauf und Projektmanagement stärkt nun als Teil der Geschäftsleitung die strategische Unternehmensführung des Unternehmens.
FACHGEBIETE

Industrie News für Ihre Konstruktion und Entwicklung aus den Fachgebieten

Schaltschrank

Schaltschrank

Auf zum intelligenten Antriebsstrang für Predictive Maintenance

Das Modul Roba-brake-checker oder die drehmomentmessende Wellenkupplung von Mayr sorgen für intelligente Sicherheit in der smarten Produktion.

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Kunststoffe

Kunststoffe

Die ersten 100 Igus Fahrräder gehen auf die Straße

Die ersten 100 Igus Urban Bikes gehen auf die Straße und in Köln wird eine eigene Produktion mit einer Kapazität von 10.000 Fahrrädern aufgebaut.

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Kupplungen

Kupplungen

Drehmoment messende Wellenkupplung

Die smarte Stahl-Lamellenkupplung Roba-drive-checker von Mayr kann mehr als nur Drehmomente übertragen und Wellenversatz ausgleichen.

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Robotik

Robotik

Roboter für das Kabel-Handling programmieren

Artiminds Robotics stellt als Aussteller im Application Park der Hannover Messe eine Kabel-Handling-Anwendung zur präzisen Kabelsatzmontage vor.

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BRANCHENSPECIALS

Industrie News für Ihre Konstruktion und Entwicklung aus den Branchen

Lebensmitteltechnik

Lebensmitteltechnik

Schmier- und Dichtungsoptimierte Linearführung

Schaeffler präsentiert Linearführungen für die Lebensmitteltechnik mit optimierten Dichtungen, Abstreifer und Langzeitschmiereinheit.

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Mobile Arbeitsmaschinen

Mobile Arbeitsmaschinen

Flexibel anpassbares Gateway für die Agrartechnik

IFM Electronic stellt auf der Hannover Messe das Isobus Gateway vor, welches für landwirtschaftliche Geräte konzipiert und spezifisch anpassbar ist.

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Energietechnik

Energietechnik

All Electric Society – Zukunftsbild der Konnektivität

Harting gibt auf der Hannover Messe Preview einen Ausblick auf die Hannover Messe und zeichnet das Zukunftsbild einer „All Electric Society“.

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Umrichter

Umrichter

Zertifizierter Servoregler mit Profisafe-Schnittstelle

Wittenstein stellt auf der Logimat einen sicherheitszertifizierte Servoregler mit Profisafe-Interface und integrierter Sicherheitskarte für FTS vor.

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MESSESPECIALS

Industriemesse News

Hannover Messe zweigt Energie für nachhaltige Industrie
Als ein vernetztes industrielles Ökosystem demonstrieren die Aussteller unter dem Leitthema Energizing a sustainable Industry, wie durch den Einsatz von Elektrifizierung, Digitalisierung und Automatisierung Klimaneutralität erzielt werden kann.
Control Messe 2024 | Branche freut sich schon auf Stuttgart
Die Control 2024, die bedeutende internationale Fachmesse für Qualitätssicherung, findet vom 23. bis 26. April in Stuttgart statt. Sie Messe legt einen besonderen Fokus auf Automatisierung und Digitalisierung.
SPS Nürnberg: Jetzt in 16 Hallen!
Die SPS – Smart Production Solutions vom 14. bis 16.11. 2023 verzeichnet ein deutliches Wachstum der Messe im Vergleich zum Vorjahr und ist auf dem Weg zum Vor-Corona-Niveau.

Vor allem der Boom bei Großflugzeugen krempelt die Materialwelt um: Plötzlich gilt es im großen Maßstab und mit hoher Produktivität Titan, Nickelbasislegierungen, höchstfeste Stähle und Kohlenfaserkunststoffe (CFK) zu zerspanen.  Konventionelle Kühlschmierkonzepte in der Fertigung stoßen hier oft an ihre physikalischen Grenzen. Ein neues Kühlkonzept ist die kryogene Kühlung, an der am ISF TU Dortmund geforscht wird. 

Starrag kryogne Kuehlung

 

Kryogene Kühlung ist an sich nichts wirklich Neues, denn es gab schon in den 1950er Jahren in den USA erste Kühlversuche mit CO2. Ende der 1990er Jahre gab es ein größeres Forschungsprojekt der Columbia University mit zwölf Industrieunternehmen zur Stickstoffkühlung. Das Institut für Spanende Fertigung (ISF) startete 2003 zunächst mit hochlegierten Stählen und befasste sich in den vergangenen Jahren intensiv mit der kryogenen Kühlung beim Zerspanen von Sonderwerkstoffen wie Titan- und Nickelbasislegierungen.

Kryogene Kühlung beim Zerspanen von Titanlegierung

Für kryogenes Kühlen spricht speziell bei den Titanlegierungen, dass wir vom Schneidstoff her sehr eingeschränkt sind. Es lassen sich hier bei den Werkzeugen nur Hartmetalle verwenden, weil Schneiden aus Keramik und CBN bereits nach kurzer Eingriffszeit verschleißen. Um die Produktivität bei der Bearbeitung von Titan mit Hartmetall-Werkzeugen zu steigern, ist ein angepasstes Kühl Verfahren erforderlich. Hier hat sich beispielsweise die Hochdruckkühlschmierung bewährt.

Mit den neuen Kühl Verfahren lässt sich wahlweise die Standzeit der Werkzeuge oder die Schnittgeschwindigkeit und somit die Produktivität der Bearbeitung erhöhen. Das ist sicherlich ein sehr motivierender Faktor, beispielsweise in der stark wachsenden Luftfahrtindustrie, die wegen des wachsenden CFK-Anteils zunehmend auch Titan einsetzen muss.

Untersuchungen verschiedener Kühlkonzepte

Das ISF führte Versuche mit der Überflutungs-, Hochdruck-, CO2-Schneestrahlkühlung sowie Kombinationen von kryogener Technik und Minimalmengenschmierung durch. Bei Inconel 718, einer Nickelbasislegierung für den Hochtemperaturbereich, zeigte sich, dass bei einer reinen CO2-Kühlung die fehlende Schmierung zu einem starken Verschleiß führt. Eine Kombination mit Minimalmengenschmierung (MMS) – eine quasitrockene Bearbeitung – verringert den Freiflächen- und Kerbverschleiß.


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Der Erfolg steht und fällt jedoch mit der Art der Zuführung, dem Druck der Minimalmengenzufuhr sowie der richtigen Auswahl des kältebeständigen MMS-Öls. Hier gibt es bei der Auslegung noch Handlungsbedarf. Wir konzentrieren uns bei der kryogenen Kühlung nur auf CO2, das hängt von der Art der Werkzeugkühlung ab.

Die innere Werkzeugkühlung, die technisch wegen des Einbringens von Kühlmittelbohrungen sehr aufwändig ist, lässt sich nur mit Stickstoff realisieren, da Stickstoff während der gesamten Zuführung mit einer Temperatur von fast -200 Grad Celsius vorliegt. Bei einer externen Zufuhr des Kühlmediums über Düsen sind sowohl Stickstoff als auch CO2 geeignet. Das austretende CO2 hat zwar mit minus 82 Grad Celsius eine weniger tiefe Temperatur als Stickstoff, allerdings ist die spezifische Wärmekapazität höher, da das CO2 bis zum Düsenaustritt in flüssiger Form vorliegt.

Neuer Trend der Kühltechnik

ACP kryogene Kuehlung


Die kryogene Kühlung ist übrigens ein echter Trend und kein Hype: Zum einen hat die Luftfahrtindustrie einen deutlichen Bedarf an effizienteren Prozessen und zum anderen haben wir aus Forschungssicht die wesentlichen Vorteile der kryogenen Technik als Möglichkeit zur Steigerung der Produktivität nachgewiesen. Das Interesse ist da: Das beweist Premium Aerotec GmbH, ein führender Zulieferer der Branche, der bereits Maschinen mit kryogener Kühlung gekauft hat und die Technologie erprobt.

Die Wirtschaftlichkeit der kryogenen Kühlung hängt von dem CO2-Verbrauch ab. Damit die Kosten für den Kohlendioxidverbrauch sinken, haben  wir bereits Untersuchungen zur Senkung des Verbrauchs durchgeführt. Hierbei haben wir nachgewiesen, dass sich mit einem deutlich reduzierten COMassenstrom exakt von 2,7 auf 0,6 Kilogramm pro Minute mit genauso guten Resultaten zerspanen lässt. Bei weiterer Optimierung und Reduzierung des CO2-Verbrauchs ist bei deutlicher Erhöhung der Produktivität davon auszugehen, dass sich das kryogene Kühlen rechnet.

Anpassung an Werkzeug und Maschine

Für das kryogene Schneestrahlkühlung benötigen wir modifizierte Werkzeuge. Es lassen sich die Werkzeuge für die Hochdruckkühlung verwenden, deren Düsen an den CO2-Schneestrahl mit Blick auf Abstand, Form, Durchmesser und  eventuell auf die Position angepasst werden. Bei den Werkzeugmaschinen ist eine gasdichte und druckfeste Zufuhr des CO2-Schneestrahls durch den Revolver und beim Fräsen durch die Spindel nötig.


Mapal KühlmittelzufuehrungOptimierte Kühlung beim Reiben auf Basis additiver Fertigung


Allerdings muss sich der Konstrukteur im Gegensatz zur Stickstoff-Kühlung mit seinen extrem niedrigen Temperaturen von rund minus 200 Grad Celsius bei der Auslegung der Maschinen keine Gedanken über Thermokompensationen machen. Bei der CO2-Kühlung ist es alles in allem recht einfach: Benötigt werden ein Tank in der Maschine und druckfeste Leitungen. Diese Art der kryogenen Kühlung lässt sich also auch relativ einfach nachrüsten: Es bietet sich demnach auch an für Maschinenbauer, die damit erste Erfahrungen sammeln wollen. Bei Stickstoff ist die gesamte Ausführung komplizierter.

Wir haben übrigens im Versuch nachgewiesen, dass sich bei den Titanlegierungen der Verschleiß auch im Vergleich zur Hochdruckkühlung deutlich verringern lässt. Zudem führen die effektive Kühlung der Wirkstelle und die Verdrängung des Sauerstoffes zu einer verminderten Randzonenbeeinflussung.

Autorenangabe
Hendrik Abrahams

Hendrik Abrahams ist Wissenschaftler am Institut für Spanende Fertigung (ISF) an der Technischen Universität Dortmund.