Minimalmengenkühlschmierung Kühlschmiersystem mit minimalen Kosten und maximalem Umweltschutz

Redakteur: Bernhard Kuttkat

Minimalmengenkühlschmierung reduziert deutlich die Prozesskosten und schont die Umwelt. Der Maximalvolumenstrom liegt unter 50 ml/Stunde, während bei der konventionellen Nassbearbeitung je Stunde bis zu 12000 l Kühlschmiermittel nötig sind. Allerdings sind für die Minimalmengenkühlschmierung Änderungen an Werkzeugmaschine und Werkzeug erforderlich, die von den Bearbeitungsbedingungen abhängen.

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Allein in Deutschland schätzen Fachleute das Kosteneinsparungspotenzial bei Kühlschmierstoffen auf jährlich rund 230 Mio. Euro ein. Die Rechnung geht wie folgt auf: Kühlschmierstoffe steigern zwar die Leistungsfähigkeit beim Zerspanen, machen aber bei der Entsorgung Probleme und bergen für die betroffenen Mitarbeiter gesundheitliche Risiken. Außerdem müssen die Kühlschmierstoffe gekauft, an geeigneten Orten gelagert und nach dem Einsatz als Sondermüll entsorgt werden.

Dabei entstehen den Unternehmen ebenso Kosten wie durch die Reinigung der Bauteile mit zum Teil sehr aufwendigen Waschprozessen. Untersuchungen bei Automobilherstellern ergaben, dass der Anteil der Kühlschmierkosten an den Fertigungskosten je nach Lage und Standort zwischen 2% und 16% betragen kann.

Es lohnt es sich also, über Alternativen nachzudenken. Eine mögliche Lösung bei der Suche nach dem optimalen Kühlschmiersystem ist die Minimalmengenschmierung, die zunehmend an Bedeutung gewinnt. Sie stellt einen Mittelweg zwischen Nass- und Trockenbearbeitung dar.

Ein bis zwei Schnapsgläser Kühlschmiermittel reichen

Bei der Minimalmengenschmierung wird die eingesetzte Schmierstoffmenge auf ein Minimum reduziert. Der Maximalvolumenstrom bei Minimalmengenschmierung liegt bei weniger als 50 ml/Stunde. Während bei der konventionellen Nassbearbeitung pro Stunde bis zu 12000 l Kühlschmiermittel eingesetzt werden und wieder aufbereitet werden müssen, kommt der Anwender bei Minimalmengenschmierung mit der Menge von ein bis zwei Schnapsgläsern aus.

Das Luft-Ölgemisch (Aerosol) wird der Wirkstelle entweder über Druck direkt oder über einen Pressluftstrom fein zerstäubt zugeführt. Die optimale Schmierung reduziert dabei deutlich die Reibungswärme. Minimalmengenschmierung kann die Bearbeitungskosten spürbar reduzieren. Zudem werden die Umwelt geschont und mögliche Gesundheitsgefahren für den Bediener an der Maschine reduziert.

Werkstück und Späne bleiben beinahe trocken

Das eingesetzte Medium verdampft an der Wirkstelle nahezu vollständig. Das Verdampfen sowie der Pressluftstrom kühlt das Werkstück zusätzlich. Die restliche Wärme wird über das Werkzeug und den Span abgeführt. Die anfallenden Späne, aber auch Werkstücke und Werkzeuge, sind bei optimal eingestellten Systemen nahezu trocken.

Die Minimalmengenschmierung kann überall dort angewendet werden, wo Reibung durch Auftragen eines Schmiermittels minimiert werden muss. Sie ist Ideal fürs Bohren, Tieflochbohren, Fräsen, für die Gewindeherstellung und fürs Drehen. Schmiermittelverbrauch und Einstellwerte variieren aufgrund von Schnittleistung, Werkstoff, Werkzeugausführung oder Späneanfall. Viele praktische Anwendungen in der Minimalmengenschmierung haben gezeigt, dass der Schmiermittelverbrauch bei der spanenden Metallbearbeitung in den meisten Fällen zwischen 5 und 30 ml/h liegt.

Je nach Bearbeitungsbedingungen sind minimale bis weitreichende Änderungen an Werkzeugmaschine und Werkzeug erforderlich. Wichtig dabei ist der sichere Abtransport der Späne aus der Maschine und die Absaugung der Aerosoldämpfe. Im Bereich des High Performance Cuttings werden speziell für Minimalmengenschmierung konstruierte Maschinen, Werkzeuge und Werkzeughaltersysteme eingesetzt.

Zwei Möglichkeiten der Schmiermittelzuführung

Das Schmiermittel kann bei auf zwei unterschiedlichen Wegen zugeführt werden:

  • Systeme mit äußerer Zuführung, dabei wird dem Werkzeug beziehungsweise der Wirkstelle die Minimalmenge durch eine im Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine installierte Düse zugeführt.
  • Systeme mit innerer Zuführung, dabei erfolgt die Zuführung des Mediums durch die Arbeitsspindel, das Werkzeughaltersystem und das Werkzeug direkt bis an die Werkzeugschneide. Das ermöglicht eine optimale Benetzung der Wirkpartner an der Eingriffsstelle. Die Gruppe der Minimalmengenkühlschmier-Systeme mit innerer Zuführung wird wiederum in 1-Kanal- und 2-Kanal-Systeme unterteilt. Bei 1-Kanalsystemen wird das Aerosol außerhalb der Spindel vorgemischt, bei 2-Kanalsystem direkt in der Spindel.

Angepasste Werkzeughalter sorgen für Prozesssicherheit

Der Aufbau der Komponenten des Werkzeughalters für Minimalmengenschmierung ähnelt einem Düsensystem. Das Schmierstoff-Luftgemisch wird zielgerecht in die Kontaktzone des Werkzeuges geleitet. Dort reduziert es in erheblichem Maße die Reibung und damit auch die Wärmeentwicklung.

Der Werkzeughalter hat dabei wichtige Funktionen zu erfüllen. Er muss das Werkzeug prozesssicher spannen und bei der inneren Zuführung einen ungehinderten verlustfreien Durchfluss von der Übergabe aus der Spindel bis hin zum Austritt aus dem Werkzeug garantieren. Entscheidend ist, dass das Kühlschmiermittel prozesssicher dosiert und zum Werkzeug geleitet wird.

Dies ist auch bei häufig wechselnden und sehr unterschiedlichen Werkzeugen unbedingt sicherzustellen. Toträume oder Versackungen innerhalb des Werkzeughalters sind daher unbedingt zu vermeiden. Ein guter Rundlauf und Wechselwiederholgenauigkeiten sind ebenso unabdingbar wie sichere Haltekräfte und hohe Wuchtgüten.

Besonders geeignet für den Einsatz mit Minimalmengenkühlschmierung sind nach Auffassung des Spannmittelspezialisten Schunk seine Tendo-Hydro-Dehnspannfutter (Bilder 1 und 2) und die Tribos-Polygonspanntechnik. Der ausgezeichnete Rundlauf von <0,003 mm und die Vibrationsdämpfung erhöhen Standzeiten und Standwege der eingespannten Werkzeuge. Gegenüber thermisch belasteten Werkzeughaltern gewährleisten Tendo und Tribos darüber hinaus eine besonders hohe Prozesssicherheit, so das Unternehmen.

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Die beiden Werkzeughaltersysteme werden für Minimalmengenschmierung individuell umgerüstet. Ein enges Netzwerk mit Maschinenherstellern, Werkzeugproduzenten und renommierten Anwendern sorgt für eine Bündelung des Know-hows und für eine wirkungsvolle Weiterentwicklung der Minimalmenkühlschmiertechnik, wird betont.

Viele Vorteile für den Anwender

Der Einsatz von Minimalmengenkühlschmierung in der Zerspanung bietet ein großes Bündel von Vorteilen:

  • Finanzielle Vorteile: Durch Wegfall nahezu sämtlicher Ver- und Entsorgungstechnik für den Kühlschmierstoff entstehen große Einsparpotenziale. Optimierten Prozesse bewirken höhere Werkzeugstandzeiten und eine um bis zu 30% reduzierte Prozessdauer. Die Kosten für Kauf, Lagerung und Transport sowie Entsorgung des Kühlschmiermittels gehen stark zurück. Der Aufwand für das Prüfen und Pflegen des Kühlschmierstoffs fällt weg. Je nach Anwendung können aufwendige Folgeprozesse für das Reinigen/Waschen der Werkstücke reduziert oder eingespart werden. Im Gegensatz zu nassen Spänen, die als Sondermüll entsorgt werden müssen, können trockene Späne als Recycling-Material verkauft werden.
  • Ökologische Vorteile: Es fallen keine umweltschädlichen Altemulsionen an. Havarien durch auslaufendes Kühlschmiermittel werden vermieden. Ein trockenes Maschinenumfeld mindert das Risiko von Arbeitsunfällen. Atemwegs- oder Hauterkrankungen, die von den Kühlschmierstoffen verursacht werden, werden vermieden.

Es gibt also viele gute Gründe, über einen Wechsel des Kühlschmiersystems nachzudenken. Die Umwelt und der Geldbeutel danken es.

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