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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden sowohl neuartige polymere Hochleistungsverbundwerkstoffe als auch unterschiedliche Modellprüfmethoden zur Nachbildung abrasiver Verschleißbedingungen entwickelt. Ausgangspunkt für diese Themenstellung war, Verbundwerkstoffe als alternative Gleitlagermaterialien in hermetisch dichten Pumpen für aggressive und abrasive Medien einzusetzen. Stand der Technik sind hierbei keramische Gleitlager, insbesondere aus monolithischem Siliziumkarbid. Das Ziel war somit zu untersuchen, ob Polymerwerkstoffe derart modifiziert werden können, dass ein vergleichbares Verschleißverhalten erreicht wird. Auf der Basis von Epoxidharz wurde die elementare Werkstoffentwicklung, durch Variation von Füll- und Verstärkungsstoffe, hinsichtlich Art, Größe und Menge, durchgeführt. Die Formulierung mit den in Summe günstigsten Eigenschaften wurde anschließend auf einen weiteren Duroplasten (Vinylester) und einen Thermoplasten (Etylentetrafluorethylen) übertragen. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass das Verschleißverhalten bei hochgefüllten Systemen maßgeblich von den Füll- und Verstärkungsstoffen geprägt wird und durch die Übertragung der Formulierung ähnliche Verschleißraten erzielt werden. Weiterhin wurde der Einfluss der Aushärtungstemperatur, und somit des Herstellungsprozesses, auf die Werkstoffeigenschaften dargestellt. Durch eine weiterführende Werkstoffmodifikation, den Einsatz multimodaler Korngrößenverteilungen, war es zudem möglich die tribologischen Eigenschaften nochmals zu verbessern. Der Vergleich der Werkstoffeigenschaften erfolgte mittels mechanischer und tribologischer Prüfungen. Letztere waren jedoch nur bedingt anwendbar, um einen Vergleich zwischen den neu entwickelten Hochleistungsverbundwerkstoffen und dem Referenzwerkstoff Siliziumkarbid zu ermöglichen. Aus diesem Grunde wurde ein spezieller Medienprüfstand konstruiert und aufgebaut, um verschiedenste abrasive Prüfbedingungen, ob geschmiert oder ungeschmiert, simulieren zu können. Mit Hilfe abrasiver Gegenkörper war es möglich die Testzeit von 20 Stunden auf 60 Sekunden zu verkürzen. Die anschließende Validierung der Ergebnisse ergab eine gute Übereinstimmung. Zur Ableitung allgemein gültiger Aussagen wurden die Ergebnisse anhand dreier Verschleißmodelle für abrasive Bedingungen (Archard, Budinski, Ratner et al) überprüft. Dabei erwies sich jedoch keines der Modell als passend, um alle experimentellen Werte abbilden zu können. Dennoch lies sich erkennen, dass das Deformationsverhalten bei abrasiven Verschleißvorgängen eine bedeutende Rolle spielt. Deshalb wurde das Deformationsverhalten von drei exemplarischen Verbundwerkstoffen bei einer dynamischen Mikrohärteprüfung mittels der Finiten Elemente Methode (FEM) simuliert. Es zeigte sich, dass zum einen die Berechnungen und die experimentellen Ergebnisse sehr gut übereinstimmen. Zum anderen sind die entwickelten FEM Modelle sehr gut geeignet, um das Verschleißverhalten zu erklären.
Synthetisch hergestelltes Siliziumdioxid (SiO2) im Submikro- und Nanopartikelmaßstab findet bereits in Farben und Lacken, sowie in Kunst- und Klebstoffen Einsatz, um deren Brillanz, Kratz- und Kohäsionsfestigkeit zu verbessern. Die gute Verfügbarkeit und der geringe Preis des SiO2 machen es für viele Anwendungen zu einem interessanten Füllstoff.
Ziel dieser Arbeit war es, durch werkstoffwissenschaftliche, grundlagenorientierte Betrachtungen ein tieferes Verständnis für die Funktionsmechanismen von modifizierten SiO2-Partikeln in einer EP-Matrix zu erlangen und eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften (Reibungskoeffizient und Verschleißrate) der Komposite zu erreichen. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von modifizierten Siliziumdioxid-Partikeln mittels eines modifizierten Stöberprozess. Es wurden die Katalysatoren Ammoniak, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Tetramethylethylendiamin (TMED) getestet. Als Referenz wurden kommerziell erhältliche SiO2-Nanopartikel (Aerosil 200) sowie ein ebenfalls kommerziell erhältliches Partikelgemisch (NanoVit) als Füllstoffe getestet. Zur Ermittlung der tribologischen Eigenschaften wurde an den Kompositen eine Gleitverschleißuntersuchung (Stift-auf-Scheibe (PoD)) mit unterschiedlichen Parametervarianten (Geschwindigkeit-/Druckvariationen) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die modifizierten SiO2-Partikel einen positiven Einfluss auf die tribologischen Eigenschaften der EP-Komposite haben. Weiter konnte bewiesen werden, dass durch die Zugabe der neu synthetisierten SiO2-Partikel auf eine Zugabe von Graphit als Schmiermittel verzichtet werden kann. Auch wurde festgestellt, dass durch das Eleminieren des Graphites sich ein sehr dünner Gleitfilm auf dem Gegenkörper ausbildete, der als ein Indiz für die Ursache der Verbesserung des Reibwertes gelten kann. Ein Prozess für dieses Kompositverhalten wurde in dieser Arbeit postuliert.
Aufgrund der Endlichkeit fossiler Energieträger gewinnen erneuerbare Energien wie Solarenergie zukünftig immer mehr an Bedeutung. Zum einen kann die solare Strah-lung mittels Photovoltaik direkt in elektrischen Strom ungewandelt werden, zum ande-ren kann die Wärme infolge der Sonnenstrahlung in solarthermischen Kraftwerken genutzt werden. Dabei wird die Strahlung punktförmig (Heliostatenkraftwerk) oder li-nienförmig (Parabolrinnenkraftwerk) auf einen Receiver reflektiert. Bei Rinnenkraft-werken ist dieser mit einem thermischen Öl gefüllt, welches erwärmt wird. Der dabei entstehende Dampf wird in einem angehängten industriellen Prozess zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt. Allerdings bestehen diese Rinnensysteme überwie-gend aus aufwendigen, kleinteiligen Stahlfachwerken, deren Montage kostenintensiv ist. Die Standorte solcher Rinnenkraftwerke liegen meist in Wüstenregionen, die korrosive Umgebungsbedingungen für den Stahl aufweisen können. Zudem müssen bei der Er-richtung einer Kraftwerksanlage alle notwendigen Fachwerkelemente über längere Distanzen zu den oftmals abgelegenen Standorten transportiert werden.
Für eine effizientere Auslegung solcher Parabolrinnensysteme entstand die Idee einer optimierten Systemstruktur aus Hochleistungsbeton. Das neuartige Konzept umfasst sowohl eine filigrane Tragstruktur für eine effektive Rinnenherstellung direkt am Aufstel-lungsort, als auch eine geometrische Optimierung, die eine effiziente Sonnennachver-folgung der dünnwandigen Betonschale sicherstellt. Hierfür wurden spezielle Verzah-nungen aus Hochleistungsbeton entwickelt, die in einem direkten Reibkontakt zueinan-der stehen. Dieser verursacht infolge der Sonnennachverfolgung Reibung und Ver-schleiß an den Verzahnungen.
Ziel dieser Arbeit ist sowohl die Auslegung als auch die Untersuchung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Verzahnungen aus Hochleistungsbeton für Parabolrinnen. Weitere Anwendungsgebiete bei denen hohe Kräfte bei kleinen Drehzahlen übertragen werden müssen sind denkbar (z. B. bei Zahnrädern für Schleusentore).
Zuerst werden die theoretischen Grundlagen im Bereich von Parabolrinnensystemen wiedergegeben sowie Erkentnisse über die Verschleißmechanismen bei direktem Reib-kontakt von Betonoberflächen erläutert. Mit der detaillierten Darstellung zur Konstrukti-on und Bemessung von gängigen Maschinenbauverzahnungen wird, für eine optimale Zahnradauslegung, eine interdisziplinäre Wissensverknüpfung geschaffen. In ausge-wählten experimentellen Reibversuchen an Betonplatten sollen genaue Aufschlüsse über das Abriebverhalten des verwendeten Hochleistungsbetons geschaffen werden, welche letztendlich zu einer Auslegung von Verzahnungen aus Hochleistungsbeton führen. Diese Auslegung wird durch FE-Simulationen ergänzt, die Informationen zu den Schwindverformungen der Verzahnung und den auftretenden Spannungen berücksich-tigen.
Abschließend wird anhand eines Großdemonstrators die generelle Umsetzbarkeit eines Parabolrinnensystems mit einer Verzahnung aus Hochleistungsbeton gezeigt.
Ketten werden als Übertragungselement für Drehbewegungen und Zugkräfte in verschiedenen Anwendungen verbaut. Daher lassen sich Ketten in Abhängigkeit ihres mechanischen Aufbaus, der Verwendung und der Belastung der Kette unterscheiden. Die kommerziell relevanteste Kette ist die Rollenkette, die aus Innen- und Außengliedern im alternierenden Wechsel besteht. Diese sind durch ein Gelenk aus Bolzen und Hülse miteinander verbunden. Sie wird als Antriebselement im Maschinen- und Fahrzeugbau verwendet. Hinsichtlich Lebensdauer und Effizienz des Kettentriebs steht der tribologische Kontakt zwischen Bolzen und Hülse im Fokus der Entwicklung. Reduzierte Kettenlängung durch geminderten Verschleiß steigert die Gebrauchsdauer einer Rollenkette. Ein optimiertes Reibungsverhalten führt zu einer Senkung der Verlustleistung des Kettentriebs. Neben unterschiedlichen Kettenwerkstoff en, Oberflächenbehandlungen und Schmierstoff en wird an der Bauteilkontur der Gelenkkomponenten geforscht. Infolge von Betriebsbelastungen und elastischen sowie plastischen Verformungen im Montageprozess kommt es im Kettengelenk zu komplexen Lastverhältnissen mit sehr hohen Kontaktpressungen. Der Einfluss der beschriebenen Form- und Konturabweichungen auf das Verschleiß- und Reibungsverhalten wird in dieser Arbeit untersucht, wozu Ketten mit unterschiedlichen Hülseninnenkonturen miteinander verglichen werden. Kettengelenke, die Komponenten mit starker Abweichung von der idealen Zylinderkontur aufweisen, zeigen eine ausgeprägtere Verschleißneigung als Ketten mit optimierten Hülsen. Anstelle von herkömmlichen Bauteil- oder Aggregatsversuchen mit großem physischen Materialaufwand wird ein Bauteil-Tribometer, das Kettengelenktribometer verwendet. Mit Hilfe dieses Prüfstands wird ein einzelnes Kettengelenk über aus realen Kettentrieben abgeleiteten Lastkollektiven geprüft. Der Aufbau ermöglicht so eine realitätsnahe Untersuchung und liefert dabei im Betrieb Daten hinsichtlich des Gelenkverschleiß. Zudem können Reibungskenngrößen erfasst werden. Aus den Daten der experimentellen Untersuchungen und der Prüfkörper-Charakterisierung speist sich ein reibenergetischer Verschleißberechnungsansatz, der die tribologischen Gegebenheiten im Kettengelenk durch eine EHD-Kontaktsimulation darstellt. Der Simulationsansatz kann als Unterstützung im Entwicklungsprozess neuer Hülseninnenkonturen genutzt werden.
Gradientenwerkstoffe sind Werkstoffe, deren Zusammensetzung und/oder Mikrostruktur sich in einer oder mehreren räumlichen Richtungen ändert. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, funktionelle Bauteile mit unterschiedlichen Materialeigenschaften auf verschiedenen Oberflächen oder Seiten speziell an einzelne Anwendungsfälle anzupassen. Bei der Herstellung der Gradientenwerkstoffe mit einer durchgängigen Matrix ergeben sich weitere besonderen Eigenschaften wie eine kontinuierliche Änderung der Materialeigenschaften. Solche Werkstoffe besitzen gegenüber beschichteten oder sandwichartig aufgebauten Materialien außerdem die Vorteile niedriger innerer Spannungen und sie neigen nicht zu Abplatzeffekten. Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass die Zentrifugation eine geeignete Methode zur Herstellung Epoxidharz-basierender Gradientenwerkstoffe ist. Bei einer entsprechenden Wahl der Zentrifugationsparameter wie Drehzahl, Dauer der Zentrifugation und Viskosität des Harzes ließen sich kontrolliert unterschiedlichste Füllstoffverteilungen einstellen. Diese umfassten Varianten von der homogenen Verteilung über eine kontinuierliche gradierte Änderung des Füllstoffgehalts bis hin zu einer vollständigen Separation der Probe in einen Reinharzbereich und einen maximal gefüllten Bereich. Es wurde ein Softwaretool entwickelt, das die Füllstoffverteilung in Abhängigkeit aller Zentrifugationsparameter berechnete. Dabei ergab sich eine gute Übereinstimmung der Experimente mit der Simulation. Durch die Zentrifugation ließen sich in den äußeren Probenbereichen wesentlich höhere Füllgrade erzielen, als dies durch reine Vakuummischtechnik möglich gewesen wäre. Bei einigen Füllstoffen und Füllstoffkombinationen zeigten die maximal gefüllten Zonen der Gradientenwerkstoffe eine deutlich höhere Verschleißfestigkeit als die maximal isotrop gefüllten Proben. Diese Verbesserung durch Gradierung ließ sich auch für trockengeschmierte, Graphit-gefüllte Werkstoffe zeigen. Die Verschleißraten der trockengeschmierten Gradientenwerkstoffe verringerten sich gegenüber den ungeschmierten Werkstoffen deutlich. Bei einer geeigneten Wahl der Füllstoffverteilung ließ sich sowohl eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit auf der äußeren, verschleißbelasteten Zone der Materialien erzielen, als auch gleichzeitig eine höhere Schlagzähigkeit im Inneren der Probe. Die Verbesserung der Verschleißfestigkeit durch die Gradierung konnte auf eine Bauteilgeometrie übertragen werden. Gleitlager-Innenringe mit einer, durch Zentrifugation hoch gefüllten äußeren Zone, zeigten in Gleitverschleißexperimenten eine höhere Verschleißfestigkeit als vergleichbare isotrope Werkstoffe. Als weiter Demonstrator-Bauteile wurden Laufrollen mit der gleichen Geometrie wie kommerziell erhältliche Rollen hergestellt. Diese Rollen wurden mit einem kontinuierlichen Aramid Gradienten in der polymeren Zone um den Stahlkern gefertigt.
Getrieben durch nötige Energie- und Kosteneinsparungen finden Kunststoffe vermehrt Anwendung als Primärkomponenten in tribologischen Systemen. Der Trend zeichnet sich durch stete Forschung und Entwicklung hinsichtlich der Effektivität unterschiedlicher Materialkombinationen zur Reduktion von Reibung und Verschleiß aus, wobei die reibinduzierte Wärme zu den größten Herausforderungen zählt. Insbesondere bei variablen Lastbedingungen sowie beim Einsatz technischer Thermoplaste wirkt sich die Kontakttemperatur negativ auf die Leistungsfähigkeit des Systems aus. Die gezielte Nutzung chemischer Umwandlungsprozesse durch Einbringung reaktiver Füllstoffe wie Magnesiumhydroxid verspricht Abhilfe. Die Arbeit befasst sich mit dem Einfluss dieses Füllstoffes auf die werkstofflichen Eigenschaften eines Polyamid 66 und beleuchtet durch umfassende tribologische und oberflächenanalytische Methoden dessen grundlegende Wirkmechanismen. So konnte eine durch Reibungswärme induzierte Umwandlung bestätigt werden, die jedoch eine Schwachstelle im niedrigen Lastbereich aufgrund eines kurzzeitig ungünstigen Zusammenspiels tribochemischer und abrasiver Effekte hervorruft. Im Vergleich zu einer ungefüllten Referenz und zwei Kontrollmaterialien wird insgesamt eine deutliche und über ein großes Lastspektrum stabile Leistungssteigerung erreicht, wobei die Wirkung der Reaktionspartikel durch das Verhindern von Schäden an den integrierten Fasern sowie durch einen reaktionsumsatzabhängigen Vernarbungseffekt hervorsticht. Die Nutzung von Stoffen wie Magnesiumhydroxid stellt einen neuen Ansatz für die Polymertribologie dar und könnte zukünftig intelligente Werkstoffe hervorbringen, die durch lastabhängige Beeinflussung des tribologischen Kontakts dynamisch auf veränderliche Umgebungsbedingungen reagieren.
Die vorliegende Arbeit betrachtet die Eigenschaften eines tribologischen Kontaktes bei elektrischem Stromdurchgang. Diese unerwünschten Stromdurchgänge entstehen etwa durch die Kombination von unvermeidbaren parasitären Kapazitäten in einem Elektromotor unter dem Einsatz von schnellschaltenden Frequenzumrichtern mit steilen Spannungsflanken. Folge dieser Stromdurchgänge sind Schäden an den Kontaktpartnern als auch an dem dazwischen befindlichen Schmiermittel. Zur Vorhersage der Gefährdung eines Antriebsstrangs hinsichtlich parasitärem Stromdurchgang werden elektro-mechanische Simulationen eingesetzt. Diese erlauben eine Beurteilung des tribologisch-elektrischen Kontaktes hin auf seine Gefährdung gegen Stromdurchgang. Basierend hierauf können dann geeignete Abhilfemaßnahmen getroffen werden.
Zur weiteren Verbesserung solcher elektro-mechanischen Simulationen werden im ersten Teil der Arbeit experimentell die Durchschlagspannung als auch der Widerstand des Entladekanals ermittelt. Hierbei zeigt sich ein ausgeprägtes nichtlineares Verhalten des Entladewiderstands, welches in dieser Form nicht vollumfänglich mit den Kenntnissen aus der Hochspannungstechnik erklärt werden kann. Hierauf aufbauend werden die langzeitlichen Auswirkungen des parasitären Stromdurchgangs im definierten tribologischen Zustand der Mischreibung betrachtet. Zur Ermittlung von Wechselwirkungen werden umfangreiche Messgrößen aufgezeichnet und analysiert. Im abschließenden Teil der Arbeit werden die Auswirkungen des elektrischen Stromdurchgangs auf die Oberflächenrauheiten simulativ ermittelt.
Dry Sliding and Rolling Tribotests of Carbon Black Filled EPDM Elastomers and Their FE Simulations
(2008)
Unlubricated sliding systems being economic and environmentally benign are already realized in bearings, where dry metal-plastic sliding pairs successfully replace lubricated metal-metal ones. Nowadays, a considerable part of the tribological research concentrates to realize unlubricated elastomer-metal sliding systems, and to extend the application field of lubrication-free slider elements. In this Thesis, characteristics of the dry sliding and friction are investigated for elastomer-metal sliding pairs. In this study ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM) with and without carbon black (CB) filler were used. The filler content of the EPDMs was varied: EPDMs with 0-, 30-, 45- and 60 part per hundred rubber (phr) CB amount were investigated. Quasistatic tension and compression tests and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) were carried out to analyze the static a viscoelastic behavior of the EPDMs. The tribological properties of the EPDMs were investigated using dry roller (metal) – on – plate (rubber) type tests (ROP). During the ROP tests the normal load was varied. The coefficient of friction (COF) and the temperature were registered online during the tests, the loss volumes were determined after certain test durations. The worn surfaces of the rubbers and of the steel counterparts were analyzed using scanning electron microscope (SEM) to determine the wear mechanisms. Because possible chemical changes may take place during dry sliding due to the elevated contact temperature the chemical composition of the surfaces was also analyzed before and after the tribotests. For the latter investigations X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), sessil drop tests and Raman spectroscopy were used. In addition, the dry sliding tribotests were simulated using finite element (FE) codes for the better understanding of the related wear mechanisms. Finally, as the internal damping effect of the elastomers plays a great role in the sliding wear process, their viscoelasticity has been taken into account. The effect of viscoelasticity was shown on example of rolling friction. To study the rolling COF for the EPDM with 30 phr CB (EPDM 30) an FE model was created which considered the viscoelastic behavior of the rubber during rolling. The results showed that the incorporated CB enhanced the mechanical and tribological properties (both COF and wear rate have been reduced) of the EPDMs. Further on, the CB content of the EPDM influences fundamentally the observed wear mechanisms. The wear characteristics changed also with the applied normal load. In case of the EPDM 30 a rubber tribofilm was found on the steel counterpart when tests were performed at high normal loads. Analysis of the chemical composition of the surfaces before and after the wear tests does not result in notable changes. It was demonstrated, that the FE method is powerful tool to model both, the dry sliding and rolling performances of elastomers.
Zur Abdichtung von rotierenden Wellen können Radialwellendichtringe (RWDR) aus Elastomer
eingesetzt werden. Sie sollen Leckage aus Maschinen, wie z.B. Getrieben, verhindern
und dem Eintritt anderer Medien in das abzudichtende System entgegenwirken. Für ein
funktionierendes Dichtsystem ist ein perfektes Zusammenspiel aus Dichtring, Wellenoberfläche,
Schmierstoff und den Einsatzbedingungen dieser drei Hauptkomponenten erforderlich.
Im Dichtkontakt spielt sich eine hochkomplexe Kombination mechanischer und chemisch-physikalischer
Wechselwirkungen ab.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung von leistungsfähigen Schmierstoffen für die Hauptkomponenten
der abzudichtenden Maschine, wie z.B. Wälzlager oder Zahnräder, steht im
Einklang mit dem Drang nach Erweiterung ihrer Leistungsdichte und Einsatzgrenzen sowie
Steigerung der Lebensdauer solcher Systeme. All das muss das Dichtsystem Radialwellendichtring
ertragen und steht daher seit seiner Entwicklung trotz vielschichtiger Forschung
immer wieder vor neuen anspruchsvollen Herausforderungen und ungeklärten Phänomenen.
Eine dieser offenen Fragestellungen betrifft das Verschleißverhalten der Gegenlauffläche, die
bei bestimmten Materialkombinationen zu extremem Verschleiß neigen kann. Hier gibt es bei
der Erklärung der Ursachen uneinheitliche Ansätze und daher Forschungsbedarf hinsichtlich
der gezielten Aufklärung dieser Fragestellung.
Diese Arbeit widmet sich der Identifikation und Aufklärung von Verschleißmechanismen im
Dichtkontakt auf mehreren Skalen und deren oberflächen-morphologischer Ausprägung an
Dichtring und Welle. In Abhängigkeit von Schmierstoff, Elastomer und Wellenwerkstoff werden
Verschleißprozesse systematisch am Dichtsystem mit RWDR, als auch an einem speziellen
Tribometer für den Dichtkontakt, reproduziert und analysiert. Durch den gezielten Einsatz
von Oberflächenanalytik werden chemisch-physikalische Aspekte auf der mikroskopischen
Ebene mit tribologischer Relevanz für den Dichtkontakt mitbetrachtet. Zentral wird so die
Entstehung des Verschleißes an der Gegenlauffläche aufgeklärt. Daraus werden Gegenmaßnahmen
für die Reduktion von Verschleiß abgeleitet.
Um im Rahmen der Modellbildung der Wirkmechanismen auch die nicht messtechnisch erfassbaren
Größen, wie die lokalen Schmierspalthöhen, den Flüssigkeits- und Festkörperkontaktdruck
oder die Festkörperverformung berücksichtigen zu können, werden die Verschleißvorgänge
mit Finite-Elemente-Simulationen am Dichtsystem mit RWDR und am Tribometer
sowie in einem mikroskopischen Tribosimulationsmodell auf Basis experimentell ermittelter
Eingangsdaten nachgebildet und analysiert.
Sub-zero Kühlschmierstoffe: Wirkmechanismen und Einsatzverhalten am Beispiel der Drehbearbeitung
(2023)
Die für die Kühlung und Schmierung eingesetzte Technologie ist für die Leistungsfähigkeit fertigungstechnischer Prozesse von hoher Bedeutung, sowohl für die Produktivität und Prozessstabilität als auch hinsichtlich der Qualität gefertigter Werkstücke. Beim Drehen werden dazu üblicherweise Emulsionen eingesetzt. Der Einsatz kryogener Medien weist zwar ein hohes Verbesserungspotential auf, wird aber bislang nur selten industriell eingesetzt. In dieser Arbeit wird auf Basis einer umfangreichen Analyse der strömungsmechanischen, thermodynamischen und tribologischen Vorgänge verschiedener Kühlschmierstrategien eine neuartige sub-zero Kühlschmierstrategie motiviert und entwickelt. Zu diesem Zweck werden sub-zero Kühlschmierstoffe formuliert, die einen Gefrierpunkt von weit unter 0 °C aufweisen und dadurch unter geringen Zufuhrtemperaturen in einem flüssigen stabilen Zustand eingesetzt werden können. In dieser Arbeit wird die sub-zero Kühlschmierstrategie ganzheitlich mit Blick auf die Strahlerzeugung, die Zufuhrmethodik sowie hinsichtlich der Kühl- und Schmierwirkung erforscht. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird eine optimierte sub-zero Kühlschmierstrategie am Beispiel der Drehbearbeitung von Titanlegierungen und Stahlwerkstoffen analysiert. Im Vergleich zur Trockenzerspanung sowie der Verwendung kryogener und herkömmlicher KSS weist der neuartige sub-zero Ansatz ein hohes Potenzial auf. Die sub-zero Kühlschmierstrategie ist eine universell einsetzbare Kühlschmierstrategie, mit der die Vorteile der kryogenen Zerspanung mit den Vorteilen herkömmlicher Emulsion kombiniert werden können. Weitgehend unabhängig von dem zerspanten Werkstoff, der Werkstückgeometrie, den Zerspanungswerkzeugen oder den Stellgrößen wird der Drehprozess durch die Kombination aus hoher Kühl- und Schmierwirkung verbessert.