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Monday, September 16, 2019, Saal 3 12:00 PM Fahrzeugbau I |
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Partielles Reinigen von Aluminiumblechoberflächen zum thermischen Fügen durch CO2-Schneestrahlen
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Norbert von Heesen* / Audi AG, BaWü Mario Prokop/ Audi AG, |
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Die Oberflächen von Aluminiumblechwerkstoffen werden zum Tiefziehen mit sogenannten Ziehhilfsmitteln beaufschlagt. Hierbei kommen sowohl wachsartige Trockenschmierstoffe als auch Ziehöl zum Einsatz. Diese Ziehhilfsmittel verbieten das thermische Fügen, da sie zu einer unerwünscht starken Porenbildung, verursacht durch Wasserstoff, führt. Bisher wurden Aluminiumblechen nach dem Tiefziehen einem chemischen Waschprozess unterzogen, um die Ziehhilfsmittel zu entfernen. Da dieser Waschprozess in Beschaffung und Betrieb sehr kostenintensiv ist, wird nach alternativen, preiswerteren Verfahren gesucht, die ausschließlich den Fügebereich reinigen. Untersuchungen haben gezeigt, dass thermische Reinigungsverfahren auf Plasma- oder Laserbasis nicht oder nur bedingt in der Lage sind, die Ziehhilfsmittel zu entfernen, speziell dann, wenn Ziehöl vorhanden ist. Dieses Öl wird unter Wärme dünnflüssig und kontaminiert die zuvor gereinigte Fläche. Anders verhält es sich beim CO2-Schneestrahlen. Hier wird durch Kälte das Öl zähflüssig und somit eine sofortige Rückbefettung der gereinigten Fläche verhindert. Das CO2-Schneestrahlen arbeitet nach folgendem Prinzip. Flüssiges CO2 und Druckluft werden getrennt einer Düse zugeführt. Am Düsenaustritt wird durch die Entspannung aus dem flüssigen CO2 CO2-Schnee, der durch die Druckluft auf die zu reinigende Oberfläche beschleunigt wird. Auf der Oberfläche wird aus dem Schnee durch Sublimation gasförmiges CO2. Man kann die Reinigungswirkung des CO2-Schneestrahlens in drei unterschiedliche Mechanismen unterteilen. Erstens führt die starke Unterkühlung der Bauteiloberfläche zu einer Versprödung der Verunreinigungen. Zweitens werden die Beläge durch die kinetische Energie der Schneekristalle in Verbindung mit der Druckluft aufgebrochen und entfernt. Den dritten Mechanismus bezeichnet man als Sublimation, das heißt den Übergang von der festen in die gasförmige Phase des CO2. Dieser Übergang führt zu einer 400-fachen Volumenvergrößerung, die die Entfernung der gelösten Verschmutzungen aus dem gereinigten Bereich unterstützt. Diese drei Reinigungsmechanismen erzeugen eine zum thermischen Fügen geeignete Oberfläche. Das zur Reinigung eingesetzte CO2 ist umweltneutral, da es ein Abfallprodukt der chemischen Industrie ist. |