Flüssige, kohärente Kohlendioxidstrahlen zum Schneiden von Materialien in atmosphärischer Umgebung

Auteurs

• Lena Engelmeier

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Wasserstrahlen werden in der Fertigungstechnik zum Schneiden weicher Materialien wie Leder, Gummi und Kunststoffen eingesetzt. Eine hohe Schneidwirkung und Schnittqualität erfordert schnelle, dichte und kompakte Strahlen. Der Einsatz von Kohlendioxid (CO₂) statt Wasser ermöglicht eine trockene, rückstandsfreie Schneidtechnik. CO₂ kann jedoch bei Atmosphärendruck nicht flüssig sein, was zu ineffizienten, gasförmigen Sprays führt. Ziel der Arbeit ist es, flüssige CO₂-Strahlen mit vergleichbarer Schneidwirkung wie Wasserstrahlen zu erzeugen. Dazu wurde eine Anlage entwickelt, die CO₂ auf 3500 bar verdichtet und über eine zylindrische Düse entspannt. Die Phasenzusammensetzung und Strahlgeometrie werden durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen untersucht. Durch Kühlung des CO₂ vor der Düse können flüssige, kohärente Strahlen erzeugt werden. Diese Strahlen sind instabil und unterliegen verschiedenen Effekten, die zu einer schnelleren Deformation führen. Im Vergleich zu Wasserstrahlen ist die Kohärenzlänge der CO₂-Strahlen geringer, was die Schnittfugentiefe um 30 % bis 70 % verringert. Dennoch schneiden flüssige CO₂-Strahlen präzise und trocken, was sie für feuchtigkeitsempfindliche oder gesundheitlich bedenkliche Materialien geeignet macht. Die Kombination der Vorteile beider Verfahren eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere in der Feinwerktechnik.

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• Année de publication: 2017