Systeme für die Minimalmengenschmierung (MMS) von Zerspanungsprozessen erzeugen aus einem Fluid und Druckluft ein stabiles Aerosol, welches Zerspanungsprozesse hinsichtlich Prozesskühlung und -schmierung möglichst ressourcenschonend und effektiv unterstützt. Die Zusammensetzung dieses Aerosols, die tatsächliche Stabilität und das Strömungsverhalten sind wichtige Anhaltspunkte, um die Wirksamkeit eines MMS-Mediums beurteilen zu können. In ersten Untersuchungen wurden am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Aerosole für die Minimalmengenschmierung mittels Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA) charakterisiert. Der verwendete Messaufbau erlaubt die Bestimmung der Durchmesser und Geschwindigkeiten der im Freistrahl aus stehenden Tieflochbohrwerkzeugen austretenden Partikel.
Die Versuche wurden mit dem Ziel durchgeführt, die Eignung der Messmethode für den speziellen Anwendungsfall zu beurteilen. Hierzu wurden Veränderungen des Aerosols durch Variationen bestimmter Werkzeuggeometrien und Eingangsparameter des Schmiersystems eingestellt und deren Auswirkungen auf die Messergebnisse analysiert.
Die Ergebnisse zeigen einen eindeutigen Einfluss der Kühlkanallänge sowie des Kühlkanaldurchmessers auf die erfassten Partikeldurchmesser. Die Zusammenhänge zwischen den mittleren Sauterdurchmessern und der Kühlkanallänge sind in Diagramm 1 für verschiedene Eingangsdrücke dargestellt. So zeigt sich eine Vergrößerung der Partikeldurchmesser mit steigender Kühlkanallänge. Zudem können mit dem Messverfahren aerosoldruckbedingte Variationen in den Messwerten deutlich erkannt werden. Diagramm 2 zeigt die Veränderung der Messwerte mit steigendem Eingangsdruck anhand zweier Werkzeuge mit identischer Bohrerlänge und identischer Bohrerdurchmesser, jedoch unterschiedlichem Spiralwinkel.
Basierend auf den bestehenden Ergebnissen sollen im weiteren Verlauf der Charakterisierung von MMS die Untersuchungen auf reale Bohrprozesse erweitert werden. Es gilt hierbei die Übertragbarkeit der im Freistahl bestimmten Eigenschaften auf das Werkzeug im Eingriff zu prüfen und die wesentlichen Einflussparameter auf die Kühlschmierung zu untersuchen. Am Ende steht die Erwartung, zukünftig aus derartigen Charakterisierungsversuchen mittels Phasen-Doppler-Anemometrie Rückschlüsse auf die Eignung von Werkzeugen für den minimalmengengeschmierten Einsatz ziehen zu können, um bei Bedarf eine gezielte Optimierung durchzuführen.
Wengle, D.: Charakterisierung von Minimalmengenschmiersystemen mittels Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA). Diplomarbeit, Institut für Produktionstechnik (wbk) Karlsruher Institut für Technologie, 2015.