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Kaltdehnen mit Flüssigstickstoff

Kaltdehnen (auch als Kaltschrumpfen bekannt) mittels Flüssigstickstoff ist eine normkonforme Fügetechnik zur Schaffung hochfester, kraftschlüssiger Pressverbindungen zwischen zylindrischen Metallelementen wie Bolzen, Zapfen, Buchsen, Wellen und Eisenbahnrädern. Dank der Kryotechnik können durch Verwendung von Flüssigstickstoff passgenaue Metallgefüge hoher Drehmomentübertragung erzeugt werden. Dem Schrumpfverfahren liegt das Prinzip der thermischen Kontraktion zugrunde. Die Methode ist ein sehr kostengünstiges und zügiges Verfahren und kann auf die meisten Eisen- und Nichteisenmetalle angewandt werden. Im Maschinenbau, der Motoreninstandsetzung, Pumpen- & Hydrauliktechnik, im Fahrzeugbau und Bahnbautechnik sowie bei Reparaturen wird Kaltdehnen mittels Flüssigstickstoff eingesetzt.

 

Das Kaltdehnen in der Praxis

Der Flüssigstickstoff wird aus der Stickstoffkanne in eine Schrumpfwanne eingegossen. Das innere Metallelement oder Werkstück wird in den Flüssigstickstoff gesenkt. Dieses Druckglied kühlt nun rasch auf die Temperatur des Flüssigstickstoff von -196°C ab. Hierbei siedet der Flüssigstickstoff aufgrund des Temperaturunterschieds deutlich turbulent in der Schrumpfwanne. Das Fügeelement schrumpft durch die starke Abkühlung um einige Mikrometer zusammen und kann nun in das äußere Element eingepasst, d.h. eingedehnt werden. Während der langsamen Wiederanpassung an die Umgebungstemperatur pressen sich die Metallelemente hochfest und massiv belastungsfähig einander. Vor der Durchführung sind exakte Berechnungen zum Eindehnen der Metallkomponenten vorzunehmen.

Umgekehrt können mit Flüssigstickstoff auch kaltgeschrumpfte Passverbindungen gelöst werden.

Beim gegenteiligen Verfahren – dem Warmdehnen oder Aufschrumpfen – werden die mit Übermaßpassung gefertigten Elemente kraftschlüssig verbunden, indem das äußere Metallteil nach Erhitzung auf das innere Element angepasst wird. Hierbei kann sich das Metall aufgrund der hohen Temperaturen verformen, reißen oder Zunderbildung zu unsauberen und unbrauchbaren Schrumpfresultaten führen. Darüber hinaus ist das Aufschrumpfen gegenüber dem Kaltdehnen aufgrund des hohen Zeit- und Energieaufwandes zumeist weitaus kostenintensiver.

Häufig anzutreffen in der Praxis sind kombinierte Verfahren aus Warm- und Kaltdehnen. Teilweise wird auch Trockeneis aus Kohlendioxid in Form von Kühl- oder Strahlpellets zum Kaltdehnen verwendet.

 

Vorteile des Kaltdehnens mit Flüssigstickstoff

  • keine Krümmungen, Risse oder Zunder

    → keine Beeinträchtigung des Fügematerials

  • stetige, dynamische Temperaturentwicklung im Druckgliedmetall

  • sehr rasche Abkühlung auf Fügetemperatur nach Eintauchen in Flüssigstickstoff

    → zügige und damit kostensparende Kryotechnik

 

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