Untersuchungen zur kohlenstoffdioxidbasierten kryogenen Minimalmengenschmierung

Investigations on carbon dioxide based cryogenic minimum quantity lubrication

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-164785
  • 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 vonDie 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.show moreshow less
  • Cryogenic cooling is a cooling-lubrication strategy for machining difficult-to-cut materials. The absence of a lubricant in this cooling method constrains the technologies broad industrial application. The research focus of this thesis is the development and testing of a system for mixing a lubricant into a cryogenic medium. Liquid carbon dioxide serves as cryogen. By different functional proofs it could be shown that a homogeneous mixing of the lubricant with the CO2 is not necessary to achieve an even lubricant application. Subsequent investigations on cryogenic minimum quantity lubrication during turning of Ti-6Al-4V, X5CrNi18-10 and 42CrMo4 as well as during milling of XCrNiMoTi17-12-2Cryogenic cooling is a cooling-lubrication strategy for machining difficult-to-cut materials. The absence of a lubricant in this cooling method constrains the technologies broad industrial application. The research focus of this thesis is the development and testing of a system for mixing a lubricant into a cryogenic medium. Liquid carbon dioxide serves as cryogen. By different functional proofs it could be shown that a homogeneous mixing of the lubricant with the CO2 is not necessary to achieve an even lubricant application. Subsequent investigations on cryogenic minimum quantity lubrication during turning of Ti-6Al-4V, X5CrNi18-10 and 42CrMo4 as well as during milling of XCrNiMoTi17-12-2 and Ti-6Al-4V showed a significant influence of the lubricants. Mineral oils, synthetic and native esters and fatty alcohols were used as lubricants. The process analysis proves that native lubricants can increase tool life and material removal rate compared to synthetic and mineral products. An analysis of energy efficiency shows that longer tool life can significantly reduce energy consumption with cryogenic minimum quantity lubrication compared to conventional wet machining. The coolant lubrication strategy thus offers considerable potential for establishing sustainable production.show moreshow less

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Metadaten
Author:Daniel GrossORCiD
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-164785
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-413-4
ISBN:978-3-96147-413-4
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (365)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Tino Hausotte, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Nico Hanenkamp, Michael Zäh
Advisor:Nico Hanenkamp
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2021
Date of online publication (Embargo Date):2021/05/31
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2021/03/04
Release Date:2021/06/01
Tag:CO2; Kryogen; Mischsystem; Ti-6Al-4V
SWD-Keyword:Fräsen; Drehen; Minimalmengenschmierung; Titan; Freistrahl; Mischbarkeit; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xii, 184 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-412-7
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Ressourcen- und Energieeffiziente Produktionsmaschinen (REP)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International