Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen der Elektrodengeometrie und des Elektrodenmaterials zur Erzielung einer höheren Elektrodenstandzeit beim manuellen Elektrokontakttrennen unter Wasser

Das UW-Elektrokontakttrennen ist ein elektrothermisches Metallbearbeitungsverfahren, bei dem die direkte Umwandlung von elektrischer in thermische Energie mittels Joulescher Erwärmung und Lichtbogenerwärmung erfolgt und wurde unter Wasser bisher nur in Sonderanwendungen eingesetzt. Trotz sehr hoher Schneidgeschwindigkeiten von bis zu 3 m/min bei 20 mm Stahl, hat sich das Verfahren industriell noch nicht durchgesetzt.

Das Ziel des Forschungsvorhabens leitet sich aus dem hohen Verschleiß der Scheibenelektrode ab. Dieser soll beim manuellen und halbautomatischen Elektrokontakttrennen unter Wasser durch eine Optimierung des Elektrodenwerkstoffes und der Elektrodengeometrie minimiert werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht und ein konkurrenzfähiger Einsatz des Elektrokontakttrennens unter Wasser, durch kleinere und mittlere Tauchunternehmen, ermöglicht wird. Durch die Darstellung des sowohl maschinenseitig als auch elektrodenseitig stabilen und verschleißreduzierten Prozesses wird die Umsetzung im industriellen Maßstab bei kmU gestärkt.

Hierzu werden unterschiedliche Geometriekonzepte untersucht in Kombination mit dem Scheibenwerkstoff (Wolfram, Molybdän und deren Legierungen sowie Stahl) und mit dem Verschleiß korreliert.

Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse zum Verschleiß, Schnittleistung und Schnittqualität werden in der finalen Projektphase genutzt um die Eigenschaften der verschiedenen Scheibenelektroden durch die im projektbegleitenden Ausschuss vertretenen Tauchbetriebe zu validieren, indem die zu lösende Schneidaufgabe nachgestellt wird.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsvorhaben wurden nach zwei unterschiedlichen Ansätzen hergestellte Elektroden für das CAMG-Verfahren, für den manuellen Einsatz unter Wasser, bezüglich ihrer Anwendungsmöglichkeit und Kosten verglichen.

Die zentralen Ergebnisse dieser Arbeit sind:

1. Die Standzeit einer Elektrode kann durch die Wahl des Werkstoffes erheblich beeinflusst werden und damit die entstehenden Kosten ebenfalls. Dabei können trotz hoher Materialkosten die Kosten der Schnittmeter durch die Nutzung eines verschleißfesten Werkstoffes deutlich geringer ausfallen. Die kostengünstigste Variante in Bezug auf die Schnittmeter ist die Elektrode aus 75Cr1 in der ungeschlitzten Form mit einem Kostenfaktor von 1,43 €/m. Durch das Erreichen von 13,5 m Schnittlänge konnte der, im Vergleich zu den anderen untersuchten Werkstoffen, hohe Materialpreis kompensiert werden.

2. Das Einbringen von Schlitzen in die Elektrode sorgt für eine deutliche Verbesserung der Prozessstabilität und verringert die durch die Rotation entstehenden Kräfte, die dem Taucher die Handhabung stark erschweren. Die Rotationskräfte der Schneidelektrode sorgten dafür, dass es für den Taucher kaum bis gar nicht möglich war die Position zuhalten und trotz großer Anstrengung nur wenige Schnitte mit möglich waren. Somit wird das Verringern des Tellereffektes durch des Einbringen der Schlitze bestätigt und als erforderlich angesehen.

3. Ein gezieltes Aufbringen von Schneidwerkstoffen weitet das einsetzbare Werkstoffportfolio stark aus und das Verdicken des Umfangsbereichs sorgt für das Freibrennen der Elektrode und verhindert so ein Klemmen. Zudem können die entstehenden Lichtbögen lokal gehalten werden und somit das Stammblatt vor Schädigung und Verschleiß geschützt werden.

4. Die CAMG-Handschneidtechnologie steht damit am Übergang zur Praxisanwendung und kann als wirtschaftliche Alternative zu etablierten thermischen Trennverfahren, durch die Herstellung kostengünstiger Elektroden, angesehen werden.