Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Entwicklung und Herstellung eines gesamtprozessorientierten, glycerinbasierten, biozidfreien Kühlschmierstoffs in industriellen Zerspanungsprozessen für verschiedene metallische Werkstoffe (Glycerin)

Anschrift
DAW AEROCIT Schmierungstechnik GmbH
Johannisstr. 3
08412 Werdau
Kontakt
Harald Draeger
Tel: +49 3761 1892-12
E-Mail: h.draeger@daw-aerocit.de
FKZ
22021814
Anfang
01.07.2016
Ende
30.06.2019
Aufgabenbeschreibung
Herkömmliche Mineralöl-Kühlschmierstoffe bergen Nachteile beispielsweise hinsichtlich Kostenentwicklung, Ressourcenverbrauch, mikrobiellem Befall, Verträglichkeit gegenüber Mensch und Umwelt, Werkstückreinigung, Entsorgung und einschränkenden gesetzlichen Vorgaben. Das Ziel des Vorhabens ist es daher, einen Mineralöl- und Biozid-freien, gesamtprozess- und materialübergreifenden, Glycerin-basierten Kühlschmierstoff in Varianten für die spanende Metallbearbeitung zu entwickeln. Mit Hilfe von Fluidversionen als Prototypen werden dabei diverse Bearbeitungsprozesse untersucht und deren Realisierbarkeit mit dem Glycerin-Fluid demonstriert. Zur Umsetzung arbeitet der Antragsteller mit zwei Instituten der TU Braunschweig zusammen, die Expertisen in den Bereichen spanende Metallbearbeitung sowie Chemie und Analytik von Kühlschmierstoffen besitzen. Übergeordnet wird es vorbereitet, den nachwachsenden Rohstoff Glycerin in eine neue, technische Wertschöpfungskette einzubringen. Um dem Glycerin-Kühlschmierstoff Praxisrelevanz zu verleihen, bedarf es primär des Ausbaus der Einsatzmöglichkeiten sowohl hinsichtlich der Bearbeitungsverfahren als auch der zu bearbeitenden metallischen Werkstoffe. Hierfür werden im Verbund der Projektteilnehmer jeweils gezielt Formulierungsvarianten des Glycerin-Fluids entwickelt und getestet. Im Detail erforderlich sind dafür grundlegende chemisch-analytische, tribologische und anwendungstechnische Untersuchungen, Tests mit relevanten Bearbeitungsverfahren, wie Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen und Werkstoffen, wie Aluminium-, Stahl-, Buntmetall-Legierungen, im Versuchsfeld flankiert von chemisch- und analytisch-basierten Verbesserungen z.B. hinsichtlich der Leistungsadditivierung und des Alterungsverhaltens, ein exemplarischer Praxistest bei einer Anwenderfirma, Methodenentwicklungen zur Überwachung und Pflege des neuartigen Kühlschmierstoffs im Einsatz sowie die Betrachtung des Wirtschaftlichkeitsaspektes.
Ergebnisdarstellung
Das Vorhaben wurde von der Firma DAW zusammen mit den im Unterauftrag beteiligten Instituten IWF und IÖNC der TU Braunschweig bearbeitet. Im Vorhaben wurden Kühlschmierstoffmischungen mit Leistungsadditivierung hergestellt und im Labor chemisch-physikalisch und tribologisch getestet. Für die Tribotests und alle weiteren Untersuchungen wurden eine sehr weiche (Al EN EW 6060, AlMgSi) und eine sehr harte (Al EN EW 7075, AlZnMgCu) Aluminiumlegierung verwendet. In die Formulierungsuntersuchungen für die Kühlschmierstoff-Varianten wurden insgesamt 66 chemische Komponenten einbezogen. Im Verlauf dieser Laboruntersuchungen stellte sich überraschender Weise heraus, dass neben der Glycerin/Wasser-Grundmischung auch eine Mischung aus 1,3-Propandiol und Wasser sehr gute tribologische sowie chemisch-physikalische Eigenschaften aufwies. Mit den aus den Laborarbeiten resultierenden Fluidvarianten wurden in der Folge Anwendungstests mittels einer Metallbearbeitungsmaschine im Technikum durchgeführt, wobei industrielle Produktionsbedingungen gut nachgestellt werden konnten. Dabei wurden Aluminiumblöcke, bestehend aus den o.g. Legierungen, durch Tiefbohren, Anfasen und Gewindeformen bearbeitet. Bei allen Entwicklungsarbeiten im Labor und im Technikum wurde ein bewährter, handelsüblicher Emulsionskühlschmierstoff auf Mineralölbasis als Referenz eingesetzt. Im Ergebnis konnten zwei neuartige Mineralöl- und Biozid-freie Kühlschmierstoffe auf Basis von Glycerin/Wasser bzw. Propandiol/Wasser entwickelt werden. In den Luftprobenahmen an der Bearbeitungsmaschine wurden keine toxikologisch relevanten Emissionen im Bereich von Arbeitsplatzgrenzwerten festgestellt. Nach allen Bewertungskriterien, resultierend aus Labor- und Technikumsversuchen, erwiesen sich die neu entwickelten biobasierten Kühlschmierstoffe gegenüber dem Mineralöl-basierten Referenz-Kühlschmierstoff hinsichtlich der spanenden und nicht spanenden Bearbeitung von Aluminiumlegierungen als gleichwertig oder überlegen.

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