Entwicklung mineralölfreier Kühlschmierstoffe aus den Bestandteilen von Mikroorganismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des DFG-Koselleck Projektes wurde erstmals das große Potenzial, das Mikroorganismen für die spanende Fertigung als Alternative für konventionelle KSS bieten, erforscht. In den tribologischen Modellversuchen stellte sich heraus, dass Mikroorganismen in der Lage sind, eine vergleichbare oder sogar höhere Schmierfähigkeit als hochkonzentrierte konventionelle Kühlschmierstoffe aufzuweisen. Interessanterweise wurden die Zellen der Mikroorganismen auch nach längerer Versuchsdauer nicht zerstört, so dass ein hauptsächlich physikalischer Wirkmechanismus, bei dem die Zellen den Kontakt zwischen Grund- und Gegenkörper verhindern, angenommen werden kann. Der Einsatz lebender Zellen ging dabei, durch die Bildung extrazellulärer polymerer Substanzen, mit einer deutlichen Steigerung der Schmierfähigkeit einher. In den anschließen durchgeführten Untersuchungen zur Stabilität mikrobiell basierter Kühlschmierstoffe in einem offenen System zeigte sich, das angepasste Mikroorganismen durchaus in der Lage sind, längere Zeit als dominante Spezies aufzutreten (ohne zusätzlichen Eingriff in das System) und unerwünschte Mikroorganismen somit u.U. sogar verdrängen. In den Versuchen auf der Werkzeugmaschine konnte das große Potenzial mikrobiell basierter KSS bestätigt werden. Bei der Prozesskette zur Gewindeherstellung konnten im Vergleich zum konventionellen Referenzkühlschmierstoff 26% geringere Vorschubkräfte, 38% geringere Momente sowie eine um bis zu 55% geringere Werkstücktemperatur durch den Einsatz der mikrobiell basierten KSS festgestellt werden. Auch in den Untersuchungen zum Fräsen erreichten die verschiedenen mikrobiell basierten KSS eine vergleichbare Leistung wie der konventionelle Referenzkühlschmierstoff, wobei als Beurteilungskriterien die Kräfte, der Werkzeugverschleiß sowie die Oberflächengüte der bearbeiteten Werkstücke herangezogen wurden. Trotz der im Vergleich zu den tribologischen Modellversuchen höheren Temperaturen und Drücke zeigte sich in den Zerspanversuchen, dass ausschließlich ein geringer Teil der Mikroorganismen durch den Prozess zerstört wird. Somit kann ebenfalls ein hauptsächlich physikalischer Wirkmechanismus der mikrobiell basierten KSS angenommen werden. Durch die Zerstörung einiger Zellen ist es jedoch möglich, dass freigesetzte Zellbestandeile die Schmierfähigkeit zusätzlich tribochemisch (Bildung von Schichten auf den Oberflächen) beeinflussen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Tribologische Untersuchungen zur Wirksamkeit mikrobieller Zellbestandteile, Gesellschaft für Tribologie e.V., 54. Tribologie- Fachtagung, Band 1, 2013, S. 24/1 - 9
Redetzky, M.; Rabenstein, A.; Brinksmeier, E.
- Bakterien, Hefen und Pilze als Ersatz für konventionelle Kühlschmierstoffe, VDW Branchenreport 05, 2014, S. 12 - 14
Redetzky, M.; Rabenstein, A.; Brinksmeier, E.
- Emulsifying properties of microorganisms for the application in metal working fluids, Lubrication, Maintenance and Tribotechnology, Lubmat 2014, Manchester, UK
Palmowski, B.; Rabenstein, A.; Redetzky, M.; Meyer, D., Brinksmeier, E.
- Microorganisms as a replacement for metalworking fluids, Tribology in Manufacturing Processes & Joining by Plastic Deformation, 2, 2014, S. 357 - 364
Redetzky, M.; Rabenstein, A.; Palmowski, B.; Brinksmeier, E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMR.966-967.357) - Metalworking fluids – Mechanisms and performance, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 64/2, 2015, S. 605 - 628
Brinksmeier, E.; Meyer, D.; Huesmann-Cordes, A.G.; Herrmann, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2015.05.003) - The influence of cell counts, cell size, EPS and microbial inclusions on the lubrication properties of microorganisms, Production Engineering Research and Development, 9, 2015, S. 149 - 159
Redetzky, M.; Rabenstein, A.; Seidel, B.; Brinksmeier, E.; Wilhelm, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-014-0592-5) - The lubrication properties of microbial cells and their biopolymers, Applied Mechanics and Materials, 794, 2015, S. 285 - 291
Redetzky, M.; Rabenstein, A.; Seidel, B.; Brinksmeier, E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.794.285) - Die Wirkmechanismen mikrobiell basierter Kühlschmierstoffe, HTM - Journal of Heat Treatment and Materials, 72/5, 2017, S. 293 - 299
Redetzky, M.; Seidel, B.; Meyer, D.; Rabenstein, A.; Brinksmeier, E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/105.110336) - Microbial-based metalworking fluids in milling operations, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 66/1, 2017, S. 129 - 132
Meyer, D.; Redetzky, M.; Brinksmeier, E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.019) - Performance evaluation of metalworking fluids based on microorganisms, Production Engineering Research and Development, 11/1, 2017, S. 41 - 49
Seidel, B.; Rabenstein, A.; Redetzky M.; Wagner, A.; Brinksmeier, E.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1007/s11740-016-0711-6) - Wirkmechanismen, Eigenschaften und Leistungsfähigkeit mikrobiell basierter Kühlschmierstoffe in der spanenden Fertigung, Dr.-Ing. Dissertation, Shaker Verlag GmbH, Universität Bremen, 2018, ISBN: 978-3-8440-5685-3
Redetzky, M.
