Analyse der Lösungskinetik von CO₂-Schmierstoffgemischen im Maschinensystem der kryogenen Minimal­mengen­schmierung

Beschreibung / Inhalt der anstehenden Arbeiten:

Bei der kryogenen Minimal­mengen­schmierung (kMMS) wird ein Schmierstoff in flüssiges CO₂ injiziert und über die rotierende Spindel und die innere Kühlmittelzufuhr des Werkzeugs zur Wirkzone transportiert. Das Gemisch muss dabei so homogen sein, dass sich in der Spindel kein Schmierstoff abscheidet. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass sich Schmierstoffe sehr unterschiedlich schnell in CO₂ einlösen und dass Druck, Temperatur und Mischsysteme diese Lösungskinetik deutlich beeinflussen.

Bisher wurde die Lösungskinetik nur im Labor beobachtet. Im realen Maschinensystem fehlt eine solche Analyse noch. Die Schwierigkeit: Polymere Sichtfenster trüben im Kontakt mit CO₂ innerhalb kurzer Zeit ein.

Im Rahmen der Abschlussarbeit werden Hochdrucksichtzellen entwickelt und an relevanten Stellen des Leitungssystems der Werkzeugmaschine integriert. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera wird das Strömungs- und Einlöseverhalten unter Variation von CO₂-Druck, Fluidtemperatur und statischen Mischern charakterisiert.

Mögliche Aufgabenbereiche umfassen:

• Konstruktion von Hochdrucksichtzellen mit austauschbaren Sichtpatronen
• Integration der Sichtzellen an der Injektionsstelle, vor und nach Mischer und Temperiereinheit sowie vor der Spindel
• Hochgeschwindigkeitsaufnahmen unter prozessnahen Strömungsbedingungen
• Variation von CO₂-Druck, Fluidtemperatur und Mischsystem
• Klassifizierung der Strömungsformen und Bewertung der Einlösequalität

Voraussetzungen:

Gesucht werden motivierte Studierende des Maschinenbaus mit Interesse an:

• Konstruktion und Versuchsaufbau
• Mehrphasenströmungen
• Hochgeschwindigkeitsmesstechnik
• experimenteller Forschung

Kenntnisse in CAD oder Bildauswertung (z. B. Python, MATLAB) sind von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich.