Funktionsintegriertes Drehwerkzeug zur Effizienzsteigerung kryogener Kohlendioxidkühlung

Das ökologische und gesundheitliche Gefährdungspotenzial durch den Einsatz von Kühlschmierstoffen ist bis heute ein allgegenwärtiges Problem in der Fertigungstechnik. Alternativ kann zur nachhaltigen und zugleich produktiven Zerspanung von verschiedenen Werkstoffen bspw. die kryogene CO2-Schneekühlung oder auch eine Kaltlufterzeugungseinheit verwendet werden. Für die zielgerichtete und prozesssichere Applikation von CO2-Schnee eignen sich insbesondere Zweistoffdüsenkonzepte aus dem reinigungstechnischen Bereich.
In der vorliegenden Arbeit wird erstmalig durch den Einsatz des selektiven Laserschmelzens die Funktionsintegration von unitär ausgeführten Zweistoffdüsen sowie von unitär gefertigten Ranque-Hilsch-Rohren in modular gestaltete Klemmhaltersysteme umgesetzt. Experimentelle Untersuchungen zum Freistrahlverhalten der additiv gefertigten Zweistoffdüsenkonzepte zeigen, dass ein fokussiertes Freistrahlverhalten für einen effizienten Einsatz kryogener CO2-Schneekühlung mittels einer konvergent geformten Düsengeometrie realisiert werden kann. Untersuchungen zur Bewertung der Leistungsfähigkeit von unitär ausgeführten Ranque-Hilsch-Rohren zeigen das Potenzial, dass auch ohne eine spanende Nachbearbeitung der inneren Funktionsflächen von additiv gefertigten Ranque-Hilsch-Rohren die Kaltluftseparation aus einem komprimierten Luftmassenstrom möglich ist. Zerspanungstechnologische Untersuchungen beim Drehen von GJV-450 unter CO2-Schneekühlung zeigen abschließend, dass die Verwendung hartmetallbasierter Schneidstoffsysteme mit verringertem Co-Gehalt in Kombination mit einer CVD-Beschichtung zu einer signifikanten Reduzierung der Verschleißerscheinungen führen.