Suchen

Zerspanungstechnik

Kühlschmierstoffe mit Multifunktionalität

| Autor/ Redakteur: Josef Kraus / Josef-Martin Kraus

Die zunehmende Prozessvernetzung in der Metallbearbeitung verlangt von Kühlschmierstoffen mehr als nur Reibungsminderung, Wärme- und Späneabfuhr zwischen Werkzeug und Werkstück. Sie fordert von den Kühlschmierstoffherstellern Produkte, die auch möglichst wenig die Werkstückreinigung belasten. Dazu kommen Forderungen nach mehr Arbeits- und Gesundheitsschutz. So ist eine umfassende Prozessverträglichkeit ein wesentlicher Entwicklungsfokus bei Kühlschmierstoffen.

Firmen zum Thema

Kühlschmierstoffe mindern die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, führen Wärme und Späne ab. Damit sind die Aufgaben dieser Produkte aber noch nicht erschöpft. Bild: BP
Kühlschmierstoffe mindern die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, führen Wärme und Späne ab. Damit sind die Aufgaben dieser Produkte aber noch nicht erschöpft. Bild: BP
( Archiv: Vogel Business Media )

Ein mächtiges Rohrsystem durchzieht die Fertigungshalle der Motoren- und Getriebefertigung im Skoda-Werk Mlada Boleslav rund 60 km nordöstlich von Prag. Durch dieses System strömen bis zu 27 000 l Emulsionsflüssigkeit in der Minute. Sie sind der Schmierstoff, der dort die Bearbeitungsprozesse am Laufen hält. So sorgen Kühlschmierstoffe in Bearbeitungszentren von Fertigungslinien für die Wärmeabfuhr, den Spänetransport und die Schmierung, in dem sie die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück verringern. Das Ergebnis ist eine Erhöhung der Prozesszuverlässigkeit, die bei vernetzten Bearbeitungsprozessen – wie in der Motoren- und Getriebefertigung – am Ende der Prozesskette gemessen wird.

Was nach der Bearbeitung zählt, sind montagefertige Teile. Sie müssen nicht nur fehlerfrei bearbeitet, sondern auch sauber sein. Im tschechischen Stammwerk von Skoda werden 1300 Drei-Zylinder-Motoren am Tag gefertigt. Verbliebene Späne oder Kühlschmierstoffe im Zylinderraum wären für jeden Motor tödlich. Schon ein plötzlicher Mehraufwand in der Teilereinigung würde die tägliche Stückzahl ins Schwanken bringen. Daher haben Kühlschmierstoffe eine prozessübergreifende Wirkung. So findet in den Bearbeitungszentren der Motorenfertigung eine Vorreinigung statt. Dazu sind Kriterien wie Waschwirkung und Ablaufverhalten zu erfüllen.

Ziel ist es, die Verschleppung von Spänen und Kühlschmierstoffen in Grenzen zu halten. Was als Schmutz ins Reinigungsbad gelangt, sollte sich physikalisch trennen lassen und dabei nicht die Teilereinigung erschweren, sodass eine hohe Bauteilsauberkeit wirtschaftlich erreichbar bleibt. „Das ist absolut notwendig“, sagt Brian-James Rothwell, der als Business Developement Manager im Geschäftsbereich Adhesives Technologies der Henkel KGaA, Düsseldorf, für die Marktentwicklung von Kühlschmierstoffen und Reiniger zuständig ist.

Aus diesem Grund müssen Kühlschmierstoffe und Reinigungsflüssigkeiten zueinander passen. Um das sicherzustellen, bieten Hersteller wie Henkel „aufeinander abgestimmte Lösungen“ an, wie Rothwell bemerkt, zum Beispiel die Produktkombination aus Multan 71-10 SK und P3-Neutracare 3700. Sie kommt in der Motoren- und Getriebefertigung von Skoda zur Anwendung. Dort findet die Reinigung unmittelbar nach der Bearbeitung der Aluminiumdruckgussteile statt. Dazu wurde die Reinigungsflüssigkeit dem Kühlschmierstoff angepasst, der aus dem Kernprogramm von Henkel stammt. Das decke 90% der Anwendungen ab, berichtet Rothwell. Eine Anpassung von Kühlschmierstoffen im chemischen Aufbau ist nur in Einzelfällen erforderlich.

Wassermischbare Konzentrate dominieren die Anwendungen

In Deutschland werden für etwa 90% der Prozesse zur Metallbearbeitung Kühlschmierstoffe verwendet. Herstellungsbasis dafür sind hauptsächlich wassermischbare Konzentrate. Sie sind deutlich kostengünstiger als nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe – die so genannten Schneidöle. Alle Kühlschmierstoffe bestehen aus mehreren Komponenten: den Grundölen und eigenschaftsverbessernden Additiven. Mit bis zu 30 Komponenten sind die Konzentrate, die mit Wasser eine milchig weiße Emulsions- oder klare Lösungsflüssigkeit bilden, die komplizierteren Systeme – was Zusammensetzung, Überwachung und Pflege betreffen. Wassergemischte Kühlschmierstoffe können von Bakterien und Pilzen befallen werden. Um das zu verhindern, enthalten sie Biozide. Dagegen ist bei Schneidölen die Ölnebelbildung problematisch.

Ermöglichen wassergemischte Kühlschmierstoffe eine bessere Wärmeabfuhr und Spülung, können Schneidöle bei der Schmierung punkten. Diese Schwerpunktverteilung schlägt sich in den Anwendungen nieder. So wird mit wassergemischten Kühlschmierstoffen bevorzugt beim Drehen, Bohren, Fräsen, Sägen und Schleifen gearbeitet. Bei Schneidölen gehören das Gewindeschneiden, Räumen und Honen zu den bevorzugten Anwendungen. Jedoch sind die Grenzen fließend. Das zeigte zum Beispiel Henkel anhand von Vergleichstests in Labor und Praxis. Dabei lieferte ein wassergemischter Kühlschmierstoff für die Aluminiumzerspanung beim Gewindeschneiden die besten Ergebnisse.

Mehr Leistungsfähigkeit bei reduziertem Verbrauch

In Deutschland werden etwa 28 000 t wassermischbare Konzentrate im Jahr für Kühlschmierstoffe in der Metallbearbeitung verbraucht. Bei einer 8%igen Mischung, wie sie zur Bearbeitung von Motorblöcken bei Skoda angesetzt wird, wären das 363 800 t Emulsionsflüssigkeit. In den meisten Anwendungen liegt jedoch der Anteil darunter, so dass mit weniger Konzentrat mehr Kühlschmierstoff hergestellt wird, ohne dessen Eigenschaften einzuschränken. Im Gegenteil – bei Kühlschmierstoffen gehe die Entwicklung zu einer höheren Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit bei einer Reduzierung des Konzentratgehalts, sagt Rothwell. Dabei hat sich Henkel im Industriegeschäft, das Kleb- und Dichtstoffe sowie Produkte der Oberflächentechnik umfasst, auf die Entwicklung wassermischbarer Konzentrate fokussiert.

Damit ist man eine Ausnahme unter den Kühlschmierstoffherstellern, die meist aus der Mineralölbran-che stammen. Gleichwohl verfolgen sie gemeinsame Ziele. Bei den Schneidölen geht es um die Verringerung der Ölnebelbildung, bei den wassergemischten Kühlschmierstoffen um die Nicht-Kennzeichnung als Gefahrenstoffe. Anlass dazu gibt die EU-Biozid-Richtlinie vom September 2006. Sie habe das verfügbare Spektrum an Bioziden reduziert und aufgrund der geänderten Gefahrstoffkennzeichnung Umformulierungen nötig gemacht, berichtet Joachim Görtz, zuständig für Anwendungstechnik Metallbearbeitung im Geschäftsbereich Industrial Lubricants & Services der Deutschen BP AG, Hamburg.

Die Folge davon ist eine Verunsicherung der Anwender in der Metallbearbeitung. So wird Görtz „zunehmend mit Anfragen nach Gefährdungsbeurteilungen und Hautgutachten“ konfrontiert. Eine Lösung dafür bei wassergemischten Kühlschmierstoffen sieht er in biozidfreien Konzentraten, deren Markteinführung im BP-Geschäftsbereich „Industrial Lubricants & Services“ mit dem Produkt Castrol Amaredge 51 FF schon begonnen hat. Intensive Forschungsarbeiten waren für diesen mikrobiologisch robusten Kühlschmierstoff, der ohne Bakterizide auskommt, erforderlich. Prinzipiell erwartet Görtz, dass die Einschränkung der verfügbaren Biozide zu einer Kostenerhöhung führen wird. Außerdem könne die Gefahr resistenter Bakterien steigen, weil sich diese aufgrund fehlender Biozid-Alternativen in der Zukunft nicht mehr bekämpfen ließen.

Mit zunehmender Werkstückgeometrie wird mehr Kühlschmierstoff ins Reinigungsbad eingeschleppt

Dazu kommt, dass aufgrund der zunehmenden Prozessvernetzung heute eine Kühlschmierstoffentwicklung erforderlich ist, bei der auf die Kompatibilität des Produkts hinsichtlich der gesamten Prozesskette geachtet wird. Daher rät Görtz, schon in der Planungsphase, Kühlschmierstoffe und Reinigungsprozesse aufeinander abzustimmen. So wird mit zunehmender Werkstückgeometrie mehr Kühlschmierstoff ins Reinigungsbad eingeschleppt. In diesem Fall ist eine gute Abscheidungstechnik notwendig. Bei zu hohen Einschleppungen kann sogar ein Abblasen oder Schwenken der Werkstücke vor der eigentlichen Reinigung erforderlich sein. „Generell“, resümiert Görtz, „muss alles getan werden, damit der Eintrag von Kühlschmierstoffen in das Reinigungsbad so niedrig wie möglich ist.“ Nur so ließe sich die Wirkung der Reinigungsflüssigkeit über eine lange Badstandzeit reproduzierbar hoch halten.

Dennoch wird nicht immer das gewünschte Ergebnis erreicht. So beobachtet Michel in der Metallbearbeitung eine Tendenz, die Reinigungstemperatur zu reduzieren – zwecks Energieeinsparung. Damit sinkt die thermische Reinigungswirkung. So muss die Leistungsfähigkeit der mechanischen Reinigungstechnik oder die chemische Wirkung der Reinigungsflüssigkeit steigen. Ist das nicht der Fall, hat man laut Michel die Energieeinsparung nur gegen eine schlechtere Oberflächensauberkeit eingetauscht. Damit sei nichts gewonnen.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 238771)

Henkel/Corvaglia; Archiv: Vogel Business Media; Bild: Quaker; Vink Chemicals; ; Meusburger; picsfive - Fotolia; LVD; Reimann; Schuler; Trumpf; Delo; totalpics; Bülte; VdLB; Mack Brooks; Schall; J.Schmalz; Zeller + Gmelin; Okamoto Europe; Kempf Tools; Lantek; Simufact; IKT; Schöller Werk; Vollmer; Wirtschaftsvereinigung Stahl; © earvine95, pixabay; Thyssenkrupp; CWS; Stopa; © Koelnmesse GmbH / Michael Berger; Design Tech; Automoteam; MPA Stuttgart