Der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) ist für viele Prozesse aus technologischer Sicht unerlässlich. Gleichzeitig sind mit dem KSS-Einsatz ökonomische sowie ökologische Nachteile zu erwarten. Besonders die konventionelle Überflutungskühlschmierung (ÜKS) ist mit dem Einsatz und Betrieb energie- und kostenintensiver peripherer Elemente wie Pumpen und Filtrieranlagen verbunden. Eine vielversprechende Alternative zur ÜKS ist die Minimalmengenschmierung (MMS). Bei dieser Zufuhrstrategie wird auf den KSS-Kreislauf und damit auf den Großteil der KSS-Peripherie verzichtet. Nachteilig ist die fehlende Kühlwirkung der MMS, in temperaturintensiven Prozessen (z.B. Schleifprozesse) kann die MMS daher noch nicht effektiv eingesetzt werden.
Der Stand der Forschung zeigt, dass sowohl Kühl- als auch Schmiereigenschaften von MMS-Basisfluiden durch Additivierung mit Nanopartikeln (kombiniert als „Nanofluide“ bezeichnet) deutlich verbessert werden können. Zur Erschließung der MMS in Schleifprozessen werden im Projekt „Nano-KSS“ daher Nanofluide qualifiziert und eingesetzt. Übergeordnete Ziele sind das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen sowie das gezielte Design von Nanofluiden als MMS-Fluide für Schleifprozesse.
Das Projekt "Nano-KSS" hat das übergeordnete Ziel, hochleistungsfähige Nanofluid-Kühlschmierstoffe für die Minimalmengenschmierung bei der Schleifbearbeitung zu entwickeln und zu optimieren. Hierbei stehen die Untersuchung und das Verständnis der verschiedenen Eigenschaften von Nanofluiden und deren Einflüsse auf die Prozesse im Fokus.
(1) Zunächst liegt der Schwerpunkt auf dem Verständnis des Einflusses der partikulären Eigenschaften in Nanofluiden auf ihre Schmier- und Kühleigenschaften. Um dieses Ziel zu erreichen, werden unterschiedliche Partikel-Basisfluid-Dispersionen hergestellt. Dabei werden insbesondere die Partikeleigenschaften wie Größe und Morphologie systematisch variiert, um Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften (Härte, Zähigkeit, Wärmeleitfähigkeit) zu untersuchen.
(2) Ein weiteres Ziel ist es, die Auswirkung der Partikelwechselwirkungen und Bildung von Agglomeraten auf die Stabilität, die rheologischen Eigenschaften, die Wärmeleitfähigkeit und die Schmierwirkung von Nanofluiden zu verstehen. Dies wird durch eine gezielte post-synthetische Modifizierung der Nanopartikel mittels Stabilisatoren erreicht, um deren Kompatibilität mit dem Basisfluid und ihre gegenseitigen Wechselwirkungen zu steuern. Dadurch sollen Nanofluid-Varianten mit unterschiedlichen partikulären Strukturen und Viskositäten hergestellt werden. Auch die Wechselbeziehungen der Nanopartikel mit konventionellen Kühlschmierstoff-Additiven werden betrachtet.
(3) Ein weiterer Schwerpunkt ist die Ableitung mechanischer und grenzflächenspezifischer Kenngrößen, die zur Vorhersage optimaler Eigenschaftsbeziehungen dienen sollen. Hierbei werden empirische Modelle erstellt, um die Wirkungsweise von Nanofluiden beim Schleifen besser vorhersagen zu können.
(4) Schließlich soll das entwickelte Wissen dazu dienen, gezielt gestaltete Nanofluid-Kühlschmierstoffe zu entwerfen. Diese werden im Rahmen von experimentellen Schleifuntersuchungen verifiziert und mit konventionellen Kühlschmierstoffen verglichen, um ihre Leistungsfähigkeit zu bewerten.
Das Gesamtziel des Projekts ist es, durch eine systematische Erforschung und Optimierung von Nanofluid-Kühlschmierstoffen einen Beitrag zur Steigerung der Qualität und Produktivität in der Schleifbearbeitung zu leisten und somit neue Möglichkeiten für die Anwendung der Minimalmengenschmierung zu erschließen.