Sparen Sie Zeit und Geld mit Kaltschrumpfen – die effektivste Lösung für Präzisionsmontagen!
Kaltschrumpfen bis zu -196°C mit flüssigem Stickstoff
Ein einfaches Beispiel, für den Wärmeentzug, ist die Kühlung eines Getränkes. Fügt man der Flüssigkeit ein Stück Eis hinzu, entzieht das Eis der Flüssigkeit die Wärme indem es seinen festen Zustand aufgibt und schmilzt. Das Eis hat eine bestimmte Kältemenge gespeichert und entzieht entsprechend seinem Energieanteil der Flüssigkeit die Wärme, die sich somit abkühlt.
Wann kommt das Verfahren zum Einsatz?
Immer dann wenn Bauteile mit einer Presspassung einfach, schnell und unkompliziert verbunden werden sollen. Wenn man Bauteile verbinden möchte, gibt es 3 Möglichkeiten:
Das Erwärmen großer Wellen und Ringe ist jedoch energetisch mit Strom oder Propansehr aufwendig, langwierig und oft mit Nachteilen wie ungleicher Erwärmung, Zunder, Anlauffarben oder Verzug verbunden. Das Abkühlen mit flüssigem Stickstoff hingegen geht schnell und ist einfach umsetzbar Wir bieten das Verfahren nicht nur als Dienstleistung an.
Kontrollierte Kälte mit flüssigen Stickstoff oder Trockeneis
Auch flüssiger Stickstoff -196°C oder Trockeneis -79°C kann in Abhängigkeit der jeweiligen spezifischen Kälteleistung und des Kontaktes eine bestimmte Wärmemenge/Zeit aufnehmen oder abführen, indem es seinen eigenen Aggregatzustand ändert. Die Wärmeströme fließen dabei immer von heiß nach kalt, wodurch dem wärmeren Bauteil die Energie entzogen wird und nicht wie man oft annimmt, die Kälte eindringt.
Insofern ist auch eine kontrollierte Abkühlung unter Beachtung eines Temperaturgradienten im Bauteil oder durch den Wärmeübergang, also der genutzten Kontaktfläche, möglich.
Das Schrumpfen von Wellen
Das Schrumpfen von Wellen ist im Grunde ein simpler physikalischer Vorgang, indem die Welle in flüssigen Stickstoff getaucht und so der Welle die Wärme entzogen wird. Der Schrumpfprozess durch Kryoschrumpfen beruht auf den Gesetzen der Thermodynamik und der Molekularbewegung. Wenn ein Material extremen Kältebedingungen ausgesetzt wird, verlangsamt sich die Molekularbewegung und die thermische Energie nimmt ab. Dies führt zu einer Volumenreduktion, da die Moleküle enger zusammenrücken.
Der flüssige Stickstoff hat neben der extremen Kälte von -196°C eine hohe Kälteenergie von bis zu 300 kJ/kg. Dies ermöglicht eine schnelle Kühlung der Materialien, wodurch der Schrumpfprozess effizient gesteuert werden kann. Das Schrumpfen von Wellen mit Stickstoff ist eine anspruchsvolle und effektive Technik, die in verschiedenen Industriezweigen angewendet wird. Durch die gezielte Nutzung der einzigartigen Eigenschaften von flüssigem Stickstoff ermöglicht das Kryoschrumpfen eine präzise Kontrolle über die Dimensionen von Bauteilen, was zu verbesserten Materialeigenschaften und einer erhöhten Lebensdauer führt. Die Anwendungen reichen von der Metallverarbeitung über die Elektronikindustrie bis hin zur Medizintechnik.
FAQ Stickstoff & Kaltschrumpfen
In vielen Bereichen von der Küche über die Medizin bis zur Technik. Dabei ist allerdings große Vorsicht und Fachwissen im Umgang erforderlich.
Schockfrosten von Obst, Fleisch, Kräutern, Speiseeis (z. B. „Nitro-Eis“)
Medizin / Biologie
Einfrieren von Zellen, Gewebe, Spermien, Eizellen (Kryokonservierung)
Technik / Werkstoffe
Kaltschrumpfen von Metallen, Materialversprödung für Recycling
Showeffekte
Instant-Rauchnebel oder gefrorene Blüten im Showcooking
−196 °C friert Stoffe in Sekunden ein.
Schnelleres Einfrieren = kleinere Eiskristalle
wichtig z. B. bei Zellen oder Lebensmitteln.
Keine Rückstände:
Stickstoff verdampft rückstandsfrei zu Gas – keine Feuchtigkeit, kein Wasser
Nicht berühren:
Kann sofortige Kälteverbrennungen (Erfrierungen) verursachen.
Nicht in geschlossenen Behältern aufbewahren:
Verdampft und erzeugt Überdruck → Explosionsgefahr.
Nur gut belüftete Räume:
Verdampfter Stickstoff kann Sauerstoff verdrängen → Erstickungsgefahr.
1. Abkühlen des Innenteils:
Das kleinere Bauteil wird in flüssigen Stickstoff getaucht, wodurch es sich aufgrund der thermischen Kontraktion zusammenzieht.
2. Einsetzen in das Außenteil:
Das geschrumpfte Innenteil wird in das größere Außenteil eingeführt.
3. Erwärmen auf Umgebungstemperatur:
Das Innenteil erwärmt sich und dehnt sich aus, wodurch eine feste Verbindung entsteht.
Das Verfahren ist für die meisten Metalle geeignet, darunter:
- Stahl
- Aluminium
- Kupfer
- Messing
- Gusseisen
Wichtig ist, dass das Material erfährt, keine Gefügeveränderungen bei den tiefen Temperaturen außer es ist gewünscht zum Härten bei Martensit.
Das Verfahren findet Anwendung in verschiedenen Bereichen:
- Maschinenbau
- Automobilindustrie
- Elektrotechnik
- Luft- und Raumfahrt
- Energietechnik
Es wird überall dort eingesetzt, wo präzise und feste Verbindungen ohne Schweißen oder Kleben erforderlich sind.
- Schutzausrüstung tragen: Handschuhe und Gesichtsschutz sind Pflicht.
- Gute Belüftung: Verdampfter Stickstoff kann Sauerstoff verdrängen, daher ist eine ausreichende Belüftung notwendig.
- Geeignete Behälter verwenden: Nur dafür vorgesehene Dewargefäße oder isolierte Behälter nutzen.
- Langsame Erwärmung: Nach dem Einsetzen sollte das Bauteil langsam auf Umgebungstemperatur gebracht werden, um Spannungen zu vermeiden.
- Erstellung einer Gefährdungsbeuteilung und Arbeitsanweisung für die Mitarbeiter
zu beantworten.
Ganz grob als Faustformel kann man sagen das man für 1 kg Material ca. 1 Liter Stickstoff benötigt. Natürlich ist dabei auch das Füllvolumen des Behälters zu berücksichtigen, indem das zu kühlende Teil steht.
Auch die Entspannungsenergie des im Druckbehälter gelagerten Stickstoffes ist zu beachten. Bei hohem Druck ist der flüssige Stickstoff wärmer (ggf. nur -180 oC) Füllt man ihn ab in ein offenes Gefäß steigt die Temperatur auf – 196 oC an, hierbei wird aber flüssiger Stickstoff in Gas umgewandelt. Also steigt der Verbrauch. Daher immer einen geringen Druck im Lagerbehälter anstreben
Bei Kleinteilen ist es daher besser diese in einem Lagerbehälter durch den Hals (oft bis 200 mm möglich) einzutauchen.
Im Exposee erläutern wir Ihnen die Möglichkeiten die Arbeiten selbst auszuführen, indem wir die notwendigen Investitionen, den Bedarf an flüssigem Stickstoff und die Kostenrechnung vorstellen.
Dann können wir Sie bei der Umsetzung zur Einführung, der Gefährdungsbeuteilung oder der Schulung ihrer Mitarbeiter begleiten