Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fakultät 4 - Maschinenbau - Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
Langer Kamp 19 B
38106 Braunschweig

22027218

01.05.2019

Anhand von Reibverschleißtests mit 100Cr6 wurden die Fluide auf ihr Schmiervermögen untersucht. Die für die Laboruntersuchungen eingesetzten, glycerinbasierten Fluide und deren Variationen zeigten ein besseres Schmiervermögen als deionisiertes Wasser, eine kommerzielle 6 vol.% KSS-Emulsion und ein reines Glycerin- Wasser-Gemisch. Dadurch konnte eine schmierverbessernde Wirkung der Additivpakete der neuformulierten Fluide nachgewiesen werden. Beim Tapping-Torque-Test wurden die Fluide zusätzlich auf ihre Wirkung beim Gewindeformen von 100Cr6 untersucht. Die Leistungsunterschiede der neuartigen Fluide waren sowohl untereinander gering als auch nicht signifikant gegenüber der Referenzemulsion. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass sich die Formulierungen auf Basis von Glycerin-Wasser und die Varianten mit den biostatisch wirkenden Alkoholen 1,5-Pentandiol oder 1,6-Hexandiol als KSS eignen. Für die Temperaturdifferenzen wurde erwartungsgemäß ein großer Einfluss des Wasseranteils festgestellt. Im Anschluss wurden drei Fluide (a) Glycerin-KSS; b) Glycerin/Terpineol-KSS: GT-KSS; c) 1,6-Hexandiol-KSS: 1,6-HD-KSS) in Untersuchungen auf Maschinenebene charakterisiert. Der Einsatz des Glycerin-KSS und GT-KSS, welcher im Vergleich zum Glycerin-KSS mit Terpineol als Biostatikum sowie Stabilisatoren versetzt war, resultierte in größeren Werkstückrauheiten im Vergleich zur Emulsion. Geruchsbildung war für den Glycerin-KSS unproblematisch, die Zugabe von Terpineol war jedoch deutlich wahrnehmbar und konnte auch nach Stabilisierung nicht vollständig eingedämmt werden. Der Einsatz des 1,6-HD-KSS führte dagegen zu ähnlichen Rauheiten im Vergleich zur Emulsion. Anders als beim Einsatz des Glycerin-KSS trat beim GT-KSS und 1,6-HD-KSS Schaumbildung auf. Die Versuche zeigten, dass sich Terpineol und 1,6-Hexandiol zur Stabilisierung von wasserbasierten Fluiden eignen, jedoch ist für deren Einsatz als KSS-Additiv eine Nachbesserung der Formulierungen erforderlich.

Im Verbundvorhaben "Entwicklung und Einsatz von Biostatika aus nachwachsenden Rohstoffen zur Stabilisierung wasserbasierter Fluide wie den Kühlschmierstoffen" wurden Fluide formuliert, wobei konventionelle Additive zur biologischen Stabilisierung der Fluide durch nachwachsende Rohstoffe (nawaRo) substituiert wurden. Kühlschmierstoffe (KSS) werden in der Technosphäre umfangreich angewendet, daher sollte an ihrem Beispiel die Entwicklung und der Einsatz von Biostatika aus nawaRo erfolgen. Der Fokus lag insbesondere auf nawaRo, die in Deutschland verfügbar sind. Im Teilvorhaben 2 – Untersuchung neuartiger Kühlschmierstoffe – wurden die vom Projektpartner IÖNC formulierten, mit Biostatika aus nawaRo stabilisierten Fluide (Teilvorhaben 1: Untersuchungen von Biostatika aus nachwachsenden Rohstoffen) vom IWF in ihren Eigenschaften untersucht. Als Anwendungsbeispiel wurde eine Stahllegierung (100Cr6) herangezogen. Hierzu erfolgten verschiedene Untersuchungen sowohl auf Labor- als auch auf Maschinenebene. Auf Laborebene wurden verschiedene tribologische Versuchsreihen durchgeführt, um das Reibverschleißverhalten der Fluide zu bewerten. Neben dem Reibverschleißverhalten wurden Kenngrößen wie Drehmoment und Wärmeabführung beim Gewindeformen von Stahl bewertet. Durch diese Untersuchungen wurde eine Vorauswahl an Fluiden getroffen und diese in Untersuchungen auf Maschinenebene eingesetzt. Ein hierzu mit dem Projektpartner DAW erstellter Versuchsplan (Teilvorhaben 3: Praxistests neuartiger Kühlschmierstoffe) wurde nach industriellen Rahmenbedingungen erarbeitet. Bei Innenrundschleifversuchen der Stahllegierung wurden die Fluide als KSS eingesetzt, über mehrere Monate in der Versuchsmaschine bzw. deren Filteranlage gehalten und anhand von Kenngrößen wie Werkstückrauheiten, Schaum- und Geruchsverhalten sowie biologische Stabilität bewertet. Zudem erfolgte parallel eine Fluid- bzw. Additivanalytik durch regelmäßige Dichtemessungen und Messung des Brechungsindex.