Projekt 01626/01

Umwelt- und arbeitsverträgliche Kühlschmierstoffe für die spanende Bearbeitung von Metallen (mit geometrisch unbestimmter Schneide)

Projektdurchführung

Technische Universität BraunschweigInstitut für Werkzeugmaschinen undFertigungstechnik
Langer Kamp 19 B
38106 Braunschweig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der spanenden Bearbeitung wird in der Regel mit Kühlschmierstoff gearbeitet. Diese Stoffe enthalten in der Regel Mineralöl sowie Additive, die die Leistungsfähigkeit der Kühlschmierstoffe im Bearbeitungsprozeß erhöhen sollen. Aufgrund der Problematik beim Umgang und bei der Entsorgung dieses Hilfsstoffes wäre es am günstigsten, gänzlich auf Kühlschmierstoffe zu verzichten. Dies ist jedoch beim Schleifen zur Zeit noch nicht möglich, so daß sich der Forschungsverbund in Zusammenarbeit mit der Industrie innerhalb des Forschungsvorhabens zum Ziel gesetzt hatte, mineralölbasierte Kühlschmierstoffe durch Produkte auf nativer Basis zu ersetzen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach der Überprüfung der technologischen Anwendbarkeit beim Schleifen durch eine Vielzahl von Schleifversuchen sowie der Umweltverträglichkeit der Produkte durch chemisch/physikalische Untersuchungen, wurden geeignete Kühlschmierstoffe in der Serienfertigung bei der Volkswagen AG eingesetzt.

Hierbei mußte sichergestellt werden, daß im Gegensatz zur möglichst unendlichen Standzeit der Stoffe während der Bearbeitung, die neuentwickelten Kühlschmierstoffe nach der Verwendung biologisch abbaubar sind und die Entsorgung sowie das Recycling nicht negativ beeinflußt.

Diese komplexe Aufgabenstellung war nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit der unterschiedlichen Fachrichtungen sowie der Industrie zu bearbeiten, da nur so das Fachwissen der für die jeweiligen Teilprojekte kompetenten Partner zur Nutzung von Synergieeffekten zusammengetragen werden konnte.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden zunächst vier unterschiedliche Ester nativer Basis auf ihre Eignung im Schleifprozeß untersucht. Eine Additivierung dieser Stoffe erfolgte zunächst nicht.
Technologisch einsetzbar waren dabei vor allem die Ester mit der Bezeichnung B3 und B7. Diese beiden Stoffe können als durchaus gleichwertig mit einem bewährten Mineralölprodukt 188/53 bezeichnet werden, der als Vergleich ebenfalls eingesetzt wurde.
Die Produkte B4 und B8 erwiesen sich im Einsatz sowohl bezüglich der Prozeßkenngrößen als auch der Alterungsbeständigkeit als nicht tauglich und wurden auch nicht weiter untersucht. Der Ester B3 konnte im allgemeinen nur bei geringen Zeitspanungsvolumina eingesetzt werden. Bei größeren Belastungen fehlt vermutlich die Schmierwirkung dieses niedrigviskosen Produktes, um einen reproduzierbaren und technologisch möglichen Schleifprozeß zu verwirklichen. Da in der Praxis jedoch normalerweise alle Belastungen vorkommen, sollte dieses Produkt für Schleifoperationen nicht eingesetzt werden. Überprüft werden müßte, ob sich dieses Produkt für Feinbearbeitungsverfahren mit vergleichsweise niedrigen Belastungen und Schnittgeschwindigkeiten, wie z.B. das Honen, eignet
Näher untersucht wurde im weiteren der Ester B7. Bei diesem Kühlschmierstoff sollte versucht werden, die ohnehin schon guten Versuchsergebnisse durch eine entsprechende Additivierung zu optimieren. Dies gelang nicht, da diesbezüglich keine Verbesserungen zu verzeichnen waren.
In den weiteren Untersuchungen wurde aus diesem Grund der Ester B7 unadditiviert eingehend untersucht. Es konnte festgestellt werden, daß dieser Ester im Vergleich zum Mineralöl gleichwertig, bzw. teilweise überlegen ist, da die additivbedingte hohe Schmierung des Mineralöls die Schleifprozesse in manchen Fällen negativ beeinflußt hatte.
Bei der Volkswagen AG, Werk Wolfsburg, wurde der Ester B7 in der Serienfertigung eingesetzt. Zur Verbesserung der Alterungsstabilität sowie zur Verringerung der Aerosolbildung wurden diesem KSS geringe Mengen an Additiven zugesetzt. Die Erfahrungen mit diesem Produkt waren sehr vielversprechend. Im Vergleich zum konventionellen Produkt auf Mineralölbasis konnten technologieseitig bezüglich Schleifscheibenstandzeit und Werkstückrauhtiefe festgestellt werden, so daß die prinzipielle Eignung dieses Stoffes nachgewiesen werden konnte.
Deutliche Verbesserungen wurden bezüglich der Kühlschmierstoffausschleppungen erzielt. Der niedrigviskosere Ester auf nativer Basis führt dazu, daß sowohl über den Schleifschlamm als auch über die Werkstücke weniger Kühlschmierstoff ausgeschleppt wurde und somit auch weniger Schleifschlamm entsorgt werden muß.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Präsentation auf der Tagung Unternehmer für die Umwelt, Bonn, 2.Juli 1997, Abschlußbericht veröffentlicht im Vulkan Verlag, ISBN 3-8027-8633-5, diverse Vorträge und Artikel in Fachzeitschriften


Fazit

Nativbasierte Ester eignen sich zur Substitution von mineralölhaltigen Kühlschmierstoffen. Bei entsprechender Anpassung an den Bearbeitungsprozeß können deutliche Vorteile bezüglich Prozeßverhalten und Arbeitsphysiologie erreicht werden, so daß einem breiten Einsatz in der Industrie nichts mehr im Wege steht.