Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuartigen Technologie zur kryogenen Zerspanung von Elastomeren, welche die Entwicklung eines neuen Maschinenkonzeptes und neuartiger Spanntechnik sowie die Bestimmung relevanter Prozess- und Spannparameter beinhaltet. So erfordert der neuartige hybride Ansatz zur spanenden Bearbeitung der bisher nicht spanbaren Elastomere den kombinierten Einsatz von Hochleistungskühlung und Zerspanung. Dies bedarf neben neuer Maschinen- und Spanntechnik einer integrierten Prozessauslegung und der Bestimmung der hochkomplexen thermischen Zusammenhänge mittels numerischer Simulation.

Kryogene sind tiefkalte Stoffe. Am häufigsten finden dabei Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserstoff in flüssiger oder fester Form Anwendung. Für den technischen Gebrauch unter Atmosphäre werden vorrangig flüssiger Stickstoff LN2 (-196°C) und Kohlendioxid in Form von Trockeneis (-79°C) verwendet.b

Die konventionelle spanende Bearbeitung von Elastomeren ist aktuell nur sehr eingeschränkt bei wenigen Verfahren möglich. So sind Sägen und das Sonderverfahren Wasserstrahlschneiden zur geometrisch eingeschränkten zweidimensionalen Bearbeitung möglich. Eine dreidimensionale Bearbeitung mittels Fräsens oder Drehen ist aufgrund der hoch-elastischen Materialcharakteristik der häufig eingesetzten Elastomere mit bestehenden Anlagen nicht möglich.

Durch die Nutzung der kryogenen Kühlung des Werkstücks vor und während der Bearbeitung kann die Werkstücktemperatur auf annähernd die Temperatur des Kühlmediums (-196°C) abgesenkt werden. Bei diesen niedrigen Temperaturen weist das Elastomer einen deutlich gesteigerten Elastizitätsmodul (zirka Faktor 4) und Schubmodul sowie einen gesenkten mechanischen Dämpfungsverlust auf. Demzufolge wird das Materialverhalten von hochelastisch und weich in eine harte, leicht spröde Charakteristik verändert, was eine sichere spanende Fräs- und Drehbearbeitung ermöglicht. Diese Veränderung des Materialverhaltens ist umkehrbar, was bedeutet, dass nach dem "Auftauen" der Werkstoff seine alten Eigenschaften besitzt.

ZIM-KF-Projekt:

• Projektpartner: idf / Schmalz / IWP / Fraunhofer IWU
• Projektkosten: 1,1 Mio EUR
• Projektdauer:   24 Monate
• Projektstart:     03/2013