Analyse und Optimierung der Kühlschmierstoffversorgung rotierender Werkzeuge

Loichinger, A.

Der Kühlschmierstoff (KSS) wird in der spanenden Fertigung als ein wesentliches Betriebsmittel benötigt, dass gerade in der Großserien- und Massenfertigung einen entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit besitzt. Bei der anspruchsvollen Bohrungsbearbeitung sind in der Regel innere Zuführsysteme erforderlich, mit denen direkt die hoch belasteten Wirkelemente der Werkzeuge versorgt werden. Mit der vorliegenden Arbeit wird die Strömung im rotierenden Werkzeug detailliert analysiert. Dabei werden sowohl die Überflutungsschmierung als auch die in der Trockenbearbeitung eingesetzte Minimalmengen-Kühlschmierung (MMKS) untersucht. Ziel der verschiedenen KSS-Strategien ist eine kontinuierliche Versorgung der tribologisch belasteten Oberflächen am Werkzeug und Werkstück. Dabei muss sichergestellt werden, dass der Schmierstoff unmittelbar ohne Unterbrechung sowie in definierter Menge durch das rotierende Werkzeug in den Kontaktbereich gelangt und dort seine reibungsreduzierende Wirkung entfaltet.

Zur Untersuchung der Strömungen werden Messmethoden eingesetzt, die Aufschluss über das Strömungsbild im rotierenden Werkzeug liefern. Im Rahmen der Trockenbearbeitung wird ein Öl-Aerosol erzeugt, das auf dem Weg zur Wirkstelle durch die Kanäle des Werkzeuges und der Spindel erheblich beeinflusst wird. Es treten Abscheidungseffekte auf, die zu einem Niederschlagen des Öles führen. Diese Ölmengen können kaum kontrolliert werden und treten stark verzögert aus. Diese Wandfilmbildung wirkt sich daher nachteilig auf die Versorgung aus. Im Rahmen dieser Arbeit werden Messmethoden vorgestellt, mit denen die unterschiedlichen Effekte erfasst werden. Die hier vorgestellten experimentellen tribologische und sensorische Messmethoden lassen sich dazu einsetzen, um Forschern, Maschinen- und Werkzeugentwicklern als auch Anwendern Methoden zur Beschreibung der momentan vorliegenden Schmierwirkung des MMKS-Systems zur Verfügung zu stellen. Mit unterschiedlichen Verfahren lassen sich Vorgabewerte ermitteln, Systemeigenschaften erfassen und Kontrollmessungen durchführen. Damit bietet sich die Möglichkeit, Optimierungsmaßnahmen zu bewerten, Fehlerquellen zu lokalisieren und das Prozessverständnis für die Trockenbearbeitung zu vertiefen.

Aufbauend auf den Erkenntnissen, die durch diese Versuche entstanden sind, wurden für die MMKS-Bearbeitung, die neben ökologischen auch technologische und wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt, optimierte Werkzeuge gestaltet. Diese zeichnen sich durch eine deutliche Belastungsreduzierung aus, die durch eine verbesserte KSS-Versorgung verursacht ist. Damit wird für eine deutliche Steigerung der Prozess-Leistung und -Sicherheit die Grundlage geschaffen. Mit den in dieser Arbeit entwickelten Methoden können nun einem breiteren Anwenderkreis die vielfältigen Vorteile der Trockenbearbeitung erschlossen werden.

Veröffentlicht als

Dissertation Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2004, ISBN 3-8027-8726-9