Artifizielle Alterung wassergemischter Kühlschmierstoffe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wassergemischte Kühlschmierstoffe (KSS) unterliegen aufgrund günstiger Umgebungsbedingungen für Mikroorganismen stets einer Besiedlung mit Bakterien und Pilzen, die hauptverantwortlich für Alterungsprozesse im Fluid und im Wesentlichen nicht vermeidbar sind. Mit neuen wissenschaftlichen Ansätzen wurde im durchgeführten Projekt der Einfluss von alterungsbedingten Veränderungen in KSS auf deren Leistungs- bzw. Schmierfähigkeit untersucht. Dafür wurde eine Auswahl relevanter Alterungsaspekte getroffen und diese mit zum Teil artifiziellen Modellsystemen getrennt voneinander definiert variiert. Auf diese Weise war eine separate Bewertung der ausgewählten Aspekte hinsichtlich ihres Einflusses auf die Schmierfähigkeit möglich. Es wurden tribologische Modellversuche mit dem Tribologieversuch nach Reichert durchgeführt, wobei die Schmierfähigkeit anhand einer im Versuch entstehenden Verschleißfläche abgeschätzt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass biologische Veränderungen im Kühlschmierstoff, beispielsweise die Vermehrung bakterieller Zellen oder die Anreicherung des Kühlschmierstoffs mit EPS einen positiven Einfluss auf die Schmierfähigkeiten haben. Dem gegenüber steht der mikrobielle Abbau von Kühlschmierstoff-Komponenten bis hin zur Reduzierung der Gesamtkonzentration, was sich wiederum negativ auf die Schmierfähigkeit auswirkt. In einer mit statistischer Versuchsplanung entworfenen Versuchsreihe, in der die untersuchten Aspekte systematisch kombiniert wurden, konnten zudem Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Alterungsaspekten untersucht werden. Darüber hinaus ermöglichten die Versuche die Erstellung eines Regressionsmodells, welches erstmals den Einfluss separater Alterungserscheinungen auf die Schmierfähigkeit von KSS ganzheitlich beschreibt. In spanenden Fertigungsprozessen erfolgte anschließend eine Überprüfung der Ergebnisse anhand fertigungstechnisch relevanter Kenngrößen. Die Ergebnisse von Schleifversuchen bestätigten die gewonnenen Erkenntnisse, wobei höhere Schmierfähigkeiten insbesondere zu größeren kritischen Zeitspanungsvolumina und damit einer Steigerung der Prozessproduktivität führen. In Anbetracht dieser Erkenntnisse ist es nachvollziehbar, dass sowohl in der industriellen Praxis als auch in wissenschaftlichen Langzeitversuchen beobachtet werden konnte, dass wassergemischte KSS über eine längere Nutzungsdauer keine deutliche Leistungsabnahme aufweisen. Der Zusammenhang zwischen KSS-Alterung und den Prozessbzw. Ergebnisgrößen beim Fräsen war deutlich weniger ausgeprägt, was die Robustheit dieses Verfahrens gegenüber Schwankungen der KSS-Zusammensetzung belegt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Influence of artificial aging on the lubricating ability of water miscible metalworking fluids. Production Engineering – Research and Development, 13, 3/4, 2019, S. 425 – 435
Seidel, B., Meyer, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-019-00891-6) - Investigation of the Influence of Aging on the Lubricity of Metalworking Fluids by Means of Design of Experiment. Lubricants, 7, 94; S. 1-12
Seidel, B., Meyer, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/lubricants7110094) - Spanende Fertigung im Kontext der Alterung von Kühlschmierstoffen. Dissertation zum Dr.-Ing., Universität Bremen, Shaker Verlag, 2020
Seidel, B.
- Sustainable machining by energy- and resource-efficient application of metalworking fluids, Procedia Manufacturing, 43, 2020, S.151-158
Seidel, B.; Heinzel, C.; Meyer, D.; Geilert, P.; Karpuschewski, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.02.129)
