Superkritisches Kohlenstoffdioxid und Minimalmengenschmierung als Kühlschmierstoffalternative beim Schleifen (scCO2)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549996223

Der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) ist bei Schleifprozessen von besonderer technischer Bedeutung. Gleichzeitig sind mit dem Einsatz konventioneller KSS und KSS-Strategien Nachteile (Kosten, Auswirkungen auf die Umwelt, Gefahren für die Gesundheit am Arbeitsplatz) verbunden. Im Rahmen von Forschungsvorhaben werden daher Alternativen für den Einsatz von KSS in Schleifprozessen untersucht. Vielversprechende Alternative ist die Minimalmengenschmierung (MMS), technischer Nachteil der MMS-Strategie ist jedoch die mangelnde Kühlwirkung. Aus diesem Grund werden MMS-Anwendungen oft um kühlende Komponenten, wie eine kryogene Kühlung, erweitert. Neueste Forschungen beschäftigen sich mit dem kombinierten Einsatz von superkritischem Kohlenstoffdioxid (scCO2) und MMS als KSS-Alternative. Die technischen Vorteile wie geringere Prozesskräfte, höhere Werkzeugstandzeiten und große Kühlwirkung von scCO2 bzw. einem Fluid kombiniert mit scCO2 wurden bislang überwiegend für Prozesse mit geometrisch bestimmter Schneide untersucht. Für Verfahren geometrisch unbestimmter Schneide wie das Schleifen, die besonders auf eine ausreichende Kühlschmierung angewiesen sind, bietet der Einsatz von scCO2 großes Forschungspotenzial. Vorarbeiten zeigen erste Erkenntnisse hinsichtlich geringerer Prozesskräfte und eines reduzierten Energieverbrauchs auf. Ein grundlegendes Verständnis zur scCO2-Expansion und daraus resultierender zerspanungsrelevanter Parameter wie Temperatur und Strahlreichweite für verschiedene Düsenstrategien beim Schleifen ist bisher nicht bekannt. Zudem fehlt ein tiefgehendes Verständnis der Prozessparameter-Struktur-Beziehungen einer scCO2 Strategie beim Schleifen. Entsprechend ist die übergeordnete Zielsetzung des Vorhabens die Erarbeitung von Grundlagenwissen zum Einsatz von scCO2+MMS bei der Schleifbearbeitung verschiedener Stähle mit Korundschleifscheiben sowie der Bearbeitung einer Nickelbasislegierung mit Schleifscheiben aus kubischem Bornitrid (CBN). Hierzu muss ein tiefgehendes Verständnis der Prozessparameter-Struktur-Beziehungen beim Einsatz von scCO2 in Kombination mit MMS-Fluiden und damit die Generierung von Prozess-Knowhow für den Einsatz in der Schleifbearbeitung erarbeitet werden. Die grundlegende und systematische Untersuchung des Einflusses der ausgelegten scCO2+MMS Strategie (Düsendesign, Druck- und Temperaturbereiche, Zufuhr in die Kontaktzone, etc.) erfolgt, aufbauend auf Vorversuchen, an Flachschleifprozessen. Die experimentellen Untersuchungen ermöglichen eine technisch-wirtschaftliche Bewertung von scCO2+MMS im Vergleich zu einer Überflutungskühlschmierung beim Schleifen. Die zugrundeliegenden Mechanismen werden über Modelle ergründet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen