Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe Von der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung der Würde einer Doktor-Ingenieurin (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von Dipl.-Geoökol. Tina Dettmer aus Neustadt a. Rbge. Eingereicht am: 28. April 2006 Mündliche Prüfung am: 10. Juli 2006 Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Jürgen Hesselbach Mitberichterstatter: Prof. Dr. Otto Richter Prof. Dr. mult. Dr. h.c. Müßt Bahadir Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Uwe Dombrowski 2006

2 VII Inhalt Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen XII XVII XIX 1 Einleitung Problemstellung...; Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 3 2 Kühlschmierstoffe Kühlschmierstoffeinsatz in Deutschland - Mengen Kühlschmierstoffeinsatz bei der spanenden Metallbearbeitung Zerspanung - Notwendigkeit der Kühlschmierung Verfahrensabhängiger Einsatz wassermischbarer und nichtwassermischbarer Kühlschmierstoffe Kühlschmierstoffzusammensetzung Grundöle Additive Sekundärstoffe Komplexe Kühlschmierstoffzusammensetzungen Probleme mit konventionellen nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen Umwelt Arbeitsphysiologie Ausschleppung Entsorgung Schlussfolgerungen für arbeitsphysiologisch und ökologisch verträglichere KSS Lösungsansätze und Alternativen 29

3 VIII Inhalt Minimalmengenschmierung (MMS) und Trockenbearbeitung Biologisch schnell abbaubare Schmierstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe Fazit Rahmenbedingungen für den Kühlschmierstoffeinsatz Gesetze, Richtlinien und Normen Markt- und Preissituation Stand der Forschung Synthetische Ester auf Basis nachwachsender Rohstoffe als Kühlschmierstoffe Einordnung der eigenen Arbeit 45 3 Rohstoffe für Kühlschmierstoffe Mineralöl Chemische Struktur Der Schmierstoff im tribologischen System Schmierwirkung Ester auf Basis nachwachsender Rohstoffe Chemische Struktur Schmierwirkung Pflanzenöle - Rapsöl und Palmöl Abfallfette - Tierfett und Altspeisefett Nutzungsalternativen für KSS-Rohstoffe Mineralöl - Schmierstoffgrundöl Pflanzenöl - Rapsöl und Palmöl Abfallfette - Tierfett und Altspeisefett Fazit 64 4 Technische Bewertung Anforderungen an einen KSS beim Schleifen 66

4 Inhalt IX Schleifen - Prozessführung Vorauswahl anhand physikalischer Eigenschaften Versuchsdurchführung Eingesetzte Stoffe Ergebnisse Schleifversuche im Technikumsmaßstab Versuchsdurchführung Ergebnisse Einsatz in der industriellen Praxis Diskussion Belastbarkeit der Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse Fazit.' 98 5 Ökologische Bewertung Umweltwirkungen von KSS entlang ihres Lebensweges Lebenswege nichtwassermischbarer KSS Paraffinbasisches Solventraffinat (Mineralöl) Palmitinsäure-Ethylhexylester (Rapsöl/ Palmöl) KSS auf Basis eines chemisch synthetisierten Tierfettesters KSS auf Basis eines biotechnologisch synthetisierten Altspeisefettesters Life Cycle Assessment (LCA) Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen (goal and scope definition) Sachbilanz (inventory analysis) Wirkungsabschätzung (impact assessment) Auswertung (interpretation) Anwendungen (applications) Durchführung - Ziel, Rahmen, Stoffstrommodelle und Datenquellen. 121

5 X Inhalt Zieldefinition Untersuchungsrahmen Stoffstrommodelle Szenarien und Sensitivitätsanalysen Datenquellen Ergebnisse Direkter Vergleich der fünf KSS-Linien Prozesskettenanalyse Ergebnisse der Szenarien und Sensitivitätsanalysen Diskussion Belastbarkeit der Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse Fazit Ökonomische Bewertung Kostenfaktoren entlang des Lebensweges eines KSS Stoffstromorientiertes Life Cycle Costing Idee des Life Cycle Costing Klassische Lebenszykluskostenrechnung Kostenrechnung auf Basis von Stoffstromanalysen Durchführung Kostenabschätzung der Abfallfettesterherstellung (Herstellersicht) Kostenvergleich aus Anwendersicht Ergebnisse Herstellungspreise der Abfallfettester (Herstellersicht) Kostenvergleich aus Anwendersicht Diskussion Belastbarkeit der Ergebnisse 174

6 Inhalt XI Interpretation der Ergebnisse Fazit Synthese Zusammenhang zwischen den Bewertungsebenen Stoffstrommodellierung als integrierende Methode Gesamtergebnis Diskussion Methodik ' Kombination von Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing Diskrepanz zwischen ökologischer und ökonomischer Bewertung Interdisziplinäre Fragestellungen KSS auf Basis von Tierfett und Altspeisefett Technische Herausforderungen - Rohstoff und Verfahrenswahl EAL-KSS am Markt Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ausblick 188 loliteratur 190 Anhang A 213 Anhang B 216 AnhangC 223