Ü. Wasserstrahlschneiden, industrielle Reinigung Flashcards
Strahlspanen ist welcher Hauptgruppe und welcher Gruppe zugeordnet?
Hauptgruppe: Trennen
Gruppe: Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide
Strahlspanen kann unterteilt werden in? (3)
Trennstrahlen
Entgratstrahlen
Abtragstrahlen
Einteilung nach DIN 8580 auf Folie 2 ansehen!
…
Beim ?? wird Wasser unter hohem Druck durch eine sehr kleine Düse geleitet. Dabei entsteht ein Wasserstrahl, der genügend kinetische Energie besitzt, um eine Vielzahl von Materialien zu schneiden. Das Hinzufügen eines Abrasivmittels ermöglicht das Schneiden harter Werkstoffe wie z.B. Stahl oder Keramik.
Wasserstrahlschneiden
Nenne Verfahrensvarianten des Wasserstrahlschneidens! (3)
Pur-/Reinwasserstrahlschneiden (WS)
Wasserabrasivsuspensionsstrahlschneiden (WASS)
Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden (WAIS)
Wasserstrahlschneiden
Strahlmedium: ??
Strahldruck: bis ??
Strahlgeschwindigkeit: bis zu ??
Strahlmedium: Wasser (mit Abrasivmittel)
Strahldruck: bis 600 MPa
Strahlgeschwindigkeit: bis zu 900 m/s
Wasserstrahlschneiden
Strahldurchmesser: ?? - ?? mm
Werkstückdicke: bis zu ??
bearbeitbare Werkstoffe: ??
Strahldurchmesser: 0,08 - 1,2 mm
Werkstückdicke: bis zu 300mm (150mm Stahl)
bearbeitbare Werkstoffe: nahezu keine Einschränkungen
Beim Wasserstrahlschneiden wird ?(1)? unter ?(2)? durch eine sehr ?(3)? geleitet. Dabei entsteht ein ?(4)?, der genügend ?(5)? besitzt, um eine Vielzahl von Materialien zu ?(6)?. Das Hinzufügen eines ?(7)? ermöglicht das Schneiden ?(8)? wie z.B. Stahl oder Keramik.
(1) Wasser
(2) hohem Druck
(3) kleine Düse
(4) Wasserstrahl
(5) kinetische Energie
(6) schneiden
(7) Abrasivmittels
(8) harter Werkstoffe
Was ermöglicht beim Wasserstrahlschneiden das Hinzufügen eines Abrasivmittels?
das Schneiden harter Werkstoffe wie z.B. Stahl oder Keramik
Abrasivmittel
Welche Materialien können als Abrasivmittel eingesetzt werden? (Arten) (3)
Granatsand
Olivin
Korund (Al2O3)
Abrasivmittel
Je ??, desto höher die Abtragsleistung
Je härter und zäher das Korn
Abrasivmittel
Je ??, desto höher die Schneidleistung
Je gröber das Korn
Abrasivmittel
Je ??, desto besser die Schnittqualität
Je feiner das Korn
Abrasivmittel
Je härter und zäher das Korn, desto ??
höher die Abtragleistung
Abrasivmittel
Je gröber das Korn, desto ??
höher die Schneidleistung
Abrasivmittel
Je feiner das Korn, desto ??
besser die Schnittqualität
Welches Abrasivmittel stellt den besten Kompromiss aus erzielbarer Abtragsleistung und erträglichem Düsenverschleiß dar?
Granatsand
Abrasivmittel
Nenne 3 typische Korngrößen!
Mesh 60
Mesh 80
Mesh 120
Welches Korn verwendet man für eine hohe Schnittqualität?
feines Korn
Was spricht gegen den Einsatz von Diamant als Abrasivmittel, obwohl man ein besonders hartes und zähes Korn möchte, um eine hohe Abtragleistung zu erzielen? (2)
- hoher Verschleiß der Düse durch Einsatz
- hohe Kosten für den Diamanten
Einflussfaktoren beim Wasserabrasivstrahlschneiden
Nenne 3 Einflussfaktoren!
Partikeleigenschaften
Werkstoffeigenschaften
Stoßbedingungen
Nenne Partikeleigenschaften! (3)
Material
Größe
Form
Nenne 3 Werkstoffeigenschaften, welche Einfluss nehmen beim Wasserabrasivstrahlschneiden!
Sprödigkeit
Duktilität
Zähigkeit
Nenne 2 Stoßbedingungen, welche Einfluss nehmen beim Wasserabrasivstrahlschneiden!
Auftreffwinkel
Auftreffgeschwindigkeit
Beschreibe den Prozessablauf beim Wasserstrahlschneiden in 4 Schritten!
- Vorliegen des Ausgangszustands
(durch die Relativbewegung zwischen dem Wasserstrahl und dem Werkstück bildet sich eine gekrümmte Schnittfront aus, da mit steigender Schnitttiefe durch die Reibungsverluste die Leistung des Strahls abnimmt) - Beginn der Stufenbildung
- Zunahme der Strömungsablösung (der untere Bereich wird nahezu gar nicht mehr bearbeitet)
- Wandern der Stufe (da sich die ganze Energie und Kraft auf den oberen Bereich konzentriert, erhöht sich der Abtrag in diesem Bereich und die Stufe wandert dadurch nach unten)
–> Ausgangszustand stellt sich wieder ein
Varianten des Wasserstrahlschneidens
1) Wasserstrahlschneiden kann zunächst welche beiden Verfahren unterteilt werden?
2) Eine weitere Unterteilung erfolgt bei welchem Verfahren dieser Verfahren in welche beiden Verfahren?
1)
Pur-/Reinwasserstrahlschneiden
Wasserabrasivstrahlschneiden
2) Wasserabrasivstrahlschneiden wird unterteilt in:
- Wasserabrasivinjektorstrahschneiden (WAIS)
- Wasserabrasivsuspensionsstrahlschneiden (WASS)
Pur-/Reinwasserstrahlschneiden
Strahlzusammensetzung: ??
Strahldruck: bis zu ??
Strahldurchmesser: ?? - ?? mm
Strahlzusammensetzung: 100% Wasser
Strahldruck: bis zu 600 MPa
Strahldurchmesser: 0,08 - 0,35 mm
Pur-/Reinwasserstrahlschneiden
Abtragsleistung: ??
Anwendung: ?? (2)
Abtragsleistung: gering
Anwendung:
- Schneiden von “weichen” Materialien (z.B. Textilien, Kunststoffe, Holz, Lebensmittel, Papier, …)
- Entfernen von Rost, Farb- und schichten, Verunreinigungen, Kontaminationen, …
Wasserabrasivsuspensionsstrahlschneiden (WASS)
Strahlzusammensetzung: ??
Strahldruck: bis zu ??
Strahldurchmesser: ?? - ?? mm
Strahlzusammensetzung: ca. 92% Wasser, 8% Abrasiv
Strahldruck: bis zu 200 MPa
Strahldurchmesser: 0,3 - 1,0 mm
Wasserabrasivsuspensionsstrahlschneiden (WASS)
Abtragsleistung: ??
Anwendung: ??
Abtragsleistung: hoch
Anwendung:
Schneiden von “harten” und dickwandigen Materialien (z.B. Stahl(-legierungen), Stein, Keramik, Glas, Faserverbundverkstoffen)
Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden (WAIS)
Strahlzusammensetzung: ??
Strahldruck: bis zu ??
Strahldurchmesser: ?? - ?? mm
Strahlzusammensetzung:
ca. 6% Wasser, 4% Abrasiv, 90% Luft
Strahldruck: bis zu 600 MPa
Strahldurchmesser: 0,4 - 1,2 mm
Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden (WAIS)
Abtragsleistung: ??
Anwendung: ??
Abtragsleistung: hoch
Anwendung:
Schneiden von “harten” Materialien (siehe “Zwei-Phasen-Stahl”)
(bzw. Anwendung identisch zum Wassersuspensionsstrahlschneiden)
Was ist die in der Industrie am meisten verwendete Variante des Wasserstrahlschneidens und warum?
Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden (WAIS)
Grund: Arbeitet unterbrechungsfrei und besitzt eine sehr hohe Leistung
Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden (WAIS) - Aufbau/Ablauf
Im oberen Bereich hat man ein Hochdruckrohr, welches an eine Wasserdüse anschließt. Im Hochdruckrohr wird Wasser unter hohem Druck geleitet und durch die Düse geführt. Die potentielle Energie des Wassers wird in eine hohe kinetische Energie umgewandelt (also hat man einen Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit). An die Wasserdüse wird dann eine Mischkammer angeschlossen. Der Wasserstrahl erzeug in dieser Mischkammer aufgrund der hohen Geschwindigkeit einen Unterdruck, welcher genutzt wird um Abrasiv anzusaugen. D.h. in der Mischkammer wird Abrasiv mit Wasser vermischt und im nachfolgenden Fokussierrohr wird das Gemisch gebündelt und die Abrasivpartikel durch den Wasserstrahl beschleunigt.
Am Ende erhält man dann ein Abrasivstrahl der zur Bearbeitung genutzt wird.
Wo kommen die 90% Luft her?
Die Abrasivzufuhr ist sehr schematisch im Bild gezeichnet. Normalerweise ist die Zufuhr nicht komplett mit Abrasiv gefüllt, sondern es wird auch sehr viel Luft angesaugt.
dazu Abbildung Folie 11 ansehen
…
Prinzip der Hochdruckerzeugung
Zur Hochdruckerzeugung werden ?(1)? verwendet, die einen ?(2)? generieren.
Es wird ein Öldruck von ca. 200-300 bar verwendet und dieser wird genutzt, um in einem ?(3)? einen erhöhten ?(4)? zu generieren. Dieser ?(3)? arbeitet immer nach dem Prinzip der ?(5)?.
Bei dem Öl hat man entsprechend einen ?(6)? Druck, welcher auf eine ?(7)? Fläche wirkt und auf der Wasserseite dann eine ?(8)? Fläche, welche zu einem ?(9)? Druck führt.
Die ca. 200-300 bar werden also durch den Druckübersetzer in bis zu 6000 bar umgewandelt.
siehe Schema Folie 12!!
(1) Hydraulikaggregate
(2) niedrigen Öldruck
(3) Druckübersetzer
(4) Wasserdruck
(5) Hebelwirkung
(6) kleinen
(7) große
(8) kleine
(9) erhöhten
Nenne mind. 4 Vorteile des Wasserstrahlschneidens!
Vorteile:
- verschleißfreies immer scharfes Werkzeug
- kontinuierlicher Späneabtransport
- “Kaltes” Verfahren und daraus resultierend kein Wärmeeinfluss auf das Bauteil
- Bearbeitung eines breiten Materialspektrums mit nur einem Werkzeug
- kein Kontakt zwischen Schneidkopf und Werkstückoberfläche
- schmale Schnittfugen ermöglichen scharfkantige Konturen und effiziente Werkstoffausnutzung
- hohe Flexibilität durch gleichzeitiges Bearbeiten von mehreren Bauteilen auf einer Anlage
- gute, gleichbleibend hohe Schnittqualität, sehr gute Schnittkantenqualität
- beliebige Schneidrichtung sowie Start- und Endpunkte wählbar
- einfach gestaltete Werkstückaufnahmen sind ausreichend
- niedrige Bearbeitungskräfte, dadurch Einsatz leichter Strahlführungsgeräte möglich
Nenne mind. 4 Nachteile des Wasserstrahlschneidens!
Nachteile:
- hoher Düsenverschleiß
- hohe Abrasivmittel- und Reinigungskosten
- Bearbeitung harter Werkstoffe sehr zeitaufwendig
- mit zunehmender Schneidtiefe und -geschwindigkeit verschlechternde Schnittqualität
- schwierige Integration in die Fertigung aufgrund von Lärm und Dunstemissionen
Anwendungsgebiete des Wasserstrahlschneidens
Nenne beispielhaft 3 Industrien!
Maschinenbau (z.B. für Zahnräder)
Lebensmittelindustrie (z.B. für Tiefkühlkost)
Elektroindustrie (z.B. bei Leiterplatten)
Reinigen kann welcher Hauptgruppe der Fertigungsverfahren zugeordnet werden?
Trennen (3.Hauptgruppe)
?? ist das Entfernen unerwünschter Stoffe (Verunreinigungen) von der Oberfläche von Werkstücken bis zu einem erforderlichen, vereinbarten oder möglichen Grad. (Def. nach DIN ??)
Reinigen
DIN 8592
Es muss beim Reinigen festgelegt werden bis zu welchem Grad das Reinigen zu erfolgen hat.
…
In welche Reinigungsverfahren kann nach DIN 8592 das Reinigen unterteilt werden? (6)
Reinigungsstrahlen
mechanisches Reinigen
Strömungstechnisches Reinigen
Lösemittelreinigen
chemisches Reinigen
thermisches Reinigen
Begriffe zur Kennzeichnung des ?? (eine weitere Gliederung nach DIN 8592):
Reinigungsziels
Begriffe zur Kennzeichnung des Reinigungsziels (eine weitere Gliederung nach DIN 8592):
Nenne mind. 4!
Putzen
Entzundern
Entrosten
Entschichten
Entfetten
Entstauben
Entrußen
Sterilisieren
Desinfizieren
Dekontaminieren
(kurze Definitionen der Begriffe auf Folie 18)
Strahlen mit festem Kohlendioxid
Nenne mind. 4 Eigenschaften des Verfahrens!
Eigenschaften:
- ist ein Druckluftstrahl-Reinigungsverfahren
- festes, umweltfreundliches Einweg-Strahlmittel (Kohlendioxid, CO2)
- Sublimation des Strahlmittels während des Prozesses
- Anwendungsflexibel hinsichtlich Substrat und Verunreinigung
- geringe korrosive und abrasive Substratbeeinflussung
- kurze Reinigungszeiten ohne Demontage
- geringe Energiekosten aufgrund des kleinen Abfallvolumens
Strahlen mit festem Kohlendioxid:
Nenne Stoffeigenschaften von CO2! (6)
Stoffeigenschaften:
- geruchlos
- farblos
- nicht brennend
- elektrisch nicht leitend
- Inert
- ungiftig, aber verdrängt Sauerstoff und reizt das Atemzentrum
Strahlen mit Kohlendioxid
Nenne die beiden Wirkmechanismen!
Mechanischer Effekt
Thermischer Effekt
Strahlen mit Kohlendioxid
Beschreibe den mechanischen Effekt! (3)
mechanischer Impuls infolge des Auftreffens der Partikel auf die Oberfläche (Auftreffgeschw. bis zu 300m/s)
Kraft infolge des Strahldruckes
es kommt zu Druckstößen aufgrund der schlagartigen Volumenzunahme während der Sublimation
Strahlen mit Kohlendioxid
Beschreibe den thermischen Effekt! (3)
Es tritt eine Versprödung durch lokale Abkühlung (-78,5°C) auf
Thermische Spannungen zwischen der Beschichtung/Verunreinigung und dem Basiswerkstoff liegen vor
es kommt zu einer zusätzlichen Abkühlung infolge von Wärmeübertragung während der Sublimation
Nenne wesentliche Einflussparameter beim Strahlen mit festem Kohlendioxid!
Massenstrom an Strahlmittel
Strahldruck
Volumenstrom der Druckluft
Vorschubgeschwindigkeit
Arbeitsabstand
Strahlauftreffwinkel
Düsenaustrittsdurchmesser
(…) siehe Folie 22
Strahlen mit Kohlendioxid: Verfahrensvarianten
Zwischen welche beiden Verfahren wird grundlegend unterschieden?
Trockeneisstrahlen
CO2-Schneestrahlen
Strahlen mit Kohlendioxid: Verfahrensvarianten
In welche Verfahren kann das Trockeneisstrahlen unterteilt werden? (3)
Druckluftstrahlen 1-Schlauchsystem
Druckluftstrahlen 2-Schlauchsystem (Injektionsprinzip)
Druckluftstrahlen 2-Schlauchsystem (kombiniert)
Strahlen mit Kohlendioxid: Verfahrensvarianten
In welche Verfahren kann das CO2-Schneestrahlen unterteilt werden? (2)
Zweistoff-Düse
Agglomerationskammer
Trockeneisstrahlen: Herstellung des Trockeneispellets
SIEHE FOLIE 24!!
!
Die Trockeneispellets haben eine Härte von?
2 Mohs (also relativ weiches Material)
Mohs-Härte-Skala siehe Folie 24!
Nenne Anwendungsbeispiele für Strahlen mit festem CO2!
Reinigung von Tiefziehwerkzeugen
Vorreinigung von Klebeflächen/Funktionsflächen
Reinigung von Leiterplatten in der Elektronikfertigung
Reinigung von empfindlichen und feinstrukturierten Oberflächen
Reinigung spannungsführender Anlagen (kein Abschalten der Anlagen notwendig)
Entfernen von Ölverschmutzung
Nenne mind. 4 Vorteile des Strahlen mit festem Kohlendioxid!
- Werkstoff-/Verunreinigungsflexibilität
- keine Strahlmittelrückstände
- kein Einsatz von Chemikalien
- keine Entsorgungskosten für Reinigungsmedien/Strahlmittel
- geringes abrasives und korrosives Verhalten
- Reinigen ohne Demontage des Strahlgutes
Nenne 4 Nachteile des Strahlen mit festem Kohlendioxid!
Nachteile:
- keine ausreichenden Prozessdaten
- Schallpegel von 100 - 130 dB (A) (sehr lautes Verfahren)
- hohe Kosten für Trockeneispellets und Druckluft
- hohe CO2-Konzentration in begrenzten Bereichen
Vergleich von Reinigungsverfahren mit jeweiligen Eigenschaften
–> siehe FOLIE 27 an!!!
!!!
