Kühlschmierstoffnebel entstehen bei vielen Verfahren der Metallbearbeitung. Sie sind gesundheitsgefährdend und erfordern einen hohen Energieaufwand für die Abscheidung. Tropfenverdunstung kann sowohl die Messung als auch die Abscheidung von Kühlschmierstoffnebeln deutlich erschweren. Das kann zu erheblichen Fehleinschätzungen des Aerosolzustands, der Abscheidemechanismen und der Abscheideleistung untersuchter Geräte führen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Versuchsanlage zur Erzeugung, Charakterisierung und Abscheidung von Kühlschmierstoffnebeln aufgebaut. Ein neu entwickeltes hydrostatisches Dosiersystem für einen Aerosolgenerator gewährleistet eine konstante Zusammensetzung des Nebels. Eine neu entwickelte Absorptionsstufe wurde in den Kühlschmierstoffabscheider integriert. Mit dem neuen Simulationsprogramm AerSolve wurde das Aerosolverhalten in Rohrleitungen, Abscheidern, Probenahmesystemen und in der Absorptionsstufe berechnet. Auch der Wärme- und Stoffaustausch mit dem Absorptionsmittel oder abgeschiedenen Tropfen auf Filterfasern wurde berücksichtigt. Es wurde erstmals der Verdunstungseinfluss auf die Messung des Fraktionsabscheidegradverlaufs simuliert. Dadurch wird ein thermodynamisches Gesamtverständnis des Systems erreicht, mit dem eine optimale Strategie zur Vermeidung und zur Abscheidung von Kühlschmierstoffemissionen gefunden werden kann. Ein neues HTU-NTU-Konzept und ein neues Klassifikationssystem für Aerosole werden dargestellt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die kryogene Kühlung ist eine Kühlschmierstrategie zur Bearbeitung schwerzerspanbarer Werkstoffe. Diese Kühlmethode findet durch die Absenz eines Schmierstoffs bisher keine breite industrielle Anwendung.
Die Forschungsschwerpunkte dieser Arbeit liegen in der Entwicklung und Erprobung eines Systems zur Beimischung eines Schmiermittels in ein kryogenes Medium. Als Kryogen dient flüssiges Kohlenstoffdioxid. Durch verschiedene Funktionsnachweise konnte gezeigt werden, dass eine homogene Vermischung des Schmierstoffs mit dem CO2 nicht notwendig ist, um einen gleichmäßigen Schmiermittelauftrag zu erreichen.
Anschließende Untersuchungen zur kryogenen Minimalmengenschmierung beim Drehen von Ti-6Al-4V, X5CrNi18-10 und 42CrMo4 sowie beim Fräsen von XCrNiMoTi17-12-2 und Ti-6Al-4V verdeutlichen den Einfluss unterschiedlicher Schmierstoffe. Die Prozessanalyse belegt, dass native Schmierstoffe die Werkzeugstandzeit und das Zeitspanvolumen gegenüber synthetischen und mineralischen Produkten beim Fräsen erhöhen können.
Eine Analyse der Energieeffizienz zeigt, dass durch längere Werkzeugstandzeiten der Energiebedarf mit der kryogenen Minimalmengenschmierung im Vergleich zur konventionellen Nassbearbeitung reduziert werden kann. Die kryogene Minimalmengenschmierung bietet dadurch beträchtliche Potenziale zur Etablierung einer nachhaltigen Produktion.
Aktualisiert: 2021-07-29
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Bei Anwendung der kryogenen Minimalmengenschmierung werden Kühl- und Schmiermedium einkanalig der Wirkstelle
zugeführt. Beim Tiefohren kleinster Durchmesser in schwer zerspanbare Werkstoffe können die Prozessgrenzen durch die prozesssichere Zufuhr des Kühlschmierstoffes signifikant erweitert werden. Die Dissertation stellt den Systemaufbau zur Anwendung der Technologie vor und stellt die Leistungsfähigkeit von kryogener und konventioneller Minimalmengenschmierung bei der Anwendung verschiedener Schmierstoffe gegenüber.
Aktualisiert: 2022-12-01
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