Metallbearbeitungsflüssigkeiten: Kühlschmierstoffe in modernen Prozessen

Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind entscheidend für Qualität und Effizienz von Metallbearbeitungsprozessen. Doch nicht jeder Kühlschmierstoff erfüllt dieselben Aufgaben. Deshalb gilt es, je nach Verfahren, Material und Anspruch eine passende Lösung zu wählen.

Aufgabe der Flüssigkeiten

Metallbearbeitungsflüssigkeiten schützen Werkzeuge vor Beschädigungen und Verschleiß, sichern die Bearbeitungsqualität und helfen, Produktionsprozesse effizienter zu gestalten. Es gibt verschiedene Typen dieser Kühlschmierstoffe (KSS), die auf unterschiedliche Schwerpunkte wie Schmierleistung, Kühlwirkung oder Korrosionsschutz ausgelegt sein können. Welches Produkt sich jeweils am besten eignet, richtet sich nach dem Bearbeitungsverfahren, dem verwendeten Material und den betrieblichen Anforderungen.

Funktionen von Metallbearbeitungsflüssigkeiten im Überblick

Kühlschmierstoffe übernehmen in der Metallbearbeitung mehrere zentrale Aufgaben. Sie tragen wesentlich zur Prozesssicherheit und zur Qualität der Werkstücke bei. Darüber hinaus beeinflussen Metallbearbeitungsflüssigkeiten die Wirtschaftlichkeit und die Lebensdauer der eingesetzten Werkzeuge. Hier die wichtigsten Funktionen auf einen Blick:

Schmierung

Kühlschmierstoffe bilden einen dünnen Film zwischen Werkzeug und Werkstück. Dieser reduziert die direkte Metall-auf-Metall-Berührung und vermindert damit Reibung und Verschleiß. Die Schmierwirkung sorgt für eine gleichmäßigere Bearbeitungskraft und längere Werkzeugstandzeiten. Besonders bei zähen Materialien oder komplexen Bearbeitungen verhindert sie Rattermarken und verbessert die Oberflächenqualität.

Kühlung

Bei der Metallbearbeitung entstehen enorme Temperaturen durch Reibung und Schnittdruck. KSS, zum Beispiel in Form einer Schneid- oder Bohrflüssigkeit, leiten diese Wärme ab und stabilisieren die Temperaturen im Bearbeitungsprozess. Das schützt das Werkzeug vor Überhitzung und verhindert thermische Spannungen im Werkstück, die zu Maßabweichungen oder Gefügeveränderungen führen können. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen ist die Kühlleistung ein bedeutender Faktor für Genauigkeit und Prozesssicherheit.

Korrosionsschutz

Bestimmte Formulierungen schützen Werkstücke und Maschinenoberflächen vor Korrosion. Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe leisten das durch ihren natürlichen Ölfilm. Wassermischbare Kühlschmierstoffe müssen hierfür mit speziellen Additiven ausgestattet sein.

Abtransport von Spänen und Partikeln

Partikel, die beim Schneiden entstehen, müssen aus der Bearbeitungszone entfernt werden. Metallbearbeitungsflüssigkeiten transportieren Späne und Abrieb zuverlässig ab. Das verhindert, dass sie zwischen Werkzeug und Werkstück geraten und Kratzer oder Ausbrüche verursachen. Gleichzeitig erleichtert die Spanabfuhr die Sicht auf den Prozess und verringert die Gefahr von Blockaden an der Maschine.

Verbesserung der Bearbeitungsqualität

Bei richtiger Dosierung erzeugt Kühlschmierstoff gleichmäßige Schnittbedingungen. Damit unterstützt er die kontrollierte Prozessführung, verbessert die Oberflächenqualität, reduziert Nacharbeit und gewährleistet eine reproduzierbare Fertigung auch bei komplexen Werkstücken.

Zusammensetzung von Kühlschmierstoffen

Metallbearbeitungsflüssigkeiten lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: nichtwassermischbare oder wassermischbare Kühlschmierstoffe. Wassermischbare Emulsion zur Metallbearbeitung bestehen aus einer Öl-Basis, die mithilfe von Emulgatoren mit Wasser vermengt wird. Nichtwassermischbare Produkte beruhen auf reinen Ölen. In beiden Systemen sorgen gezielt eingesetzte Additive für die gewünschten Eigenschaften. Zu den gängigsten Zusätzen gehören:

• Alterungsschutzstoffe (Antioxidantien): verhindern die Oxidation der Basisöle und verlängern die Standzeit des Kühlschmiermittels
• Korrosionsinhibitoren: schützen Werkstücke und Maschinenoberflächen vor dem negativen Einfluss von Sauerstoff
• Hochdruckzusätze (EP-Additive): verbessern die Schmierwirkung unter extremen Belastungen (Klassisch enthalten sind Schwefel- oder Phosphorverbindungen. Umweltfreundliche Kühlschmierstoffe setzen auf borfreie Systeme oder additivierte Esteröle.)
• Entschäumer: reduzieren Schaumbildung in Kühlschmierstoffsystemen, die Pumpen und Kühlkreisläufe stören könnte
• Biozide/Konservierungsmittel: hemmen das Wachstum von Bakterien und Pilzen, sichern Hygiene und unterbinden Geruchsbildung
• Systemreiniger/Dispersant-Zusätze: halten Partikel und Fremdstoffe in Schwebe, erleichtern die Reinigung und wirken Ablagerungen entgegen
• Metall-Desaktivatoren: verhindern unerwünschte Reaktionen zwischen Additiven und Metalloberflächen

Typische Arten und Einsatzbereiche von Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Abhängig von ihrer genauen Formulierung erfüllen Metallbearbeitungsflüssigkeiten spezifische Aufgaben im Fertigungsprozess.

Schneidöl

Schneidöle sind nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe, die sich durch eine starke Schmierwirkung auszeichnen. Sie finden vor allem in Prozessen Verwendung, die hohe Präzision und Werkzeugschutz erfordern. Beispiele hierfür sind das Gewindeschneiden, das Reiben und das Tiefbohren. Dünnflüssigeres Schneidöl kommt beim Schleifen zum Einsatz, mittelviskoses Schneidöl beim Drehen und Fräsen.

Bohrflüssigkeit

Bohrflüssigkeit wurde speziell für Bohrprozesse entwickelt. Sie kühlt und schmiert den Bohrmeißel, stabilisiert das Bohrloch und transportiert Bohrspäne zuverlässig ab. Es gibt in diesem Bereich sowohl nichtwassermischbare als auch wassermischbare Kühlschmierstoffe. Erstere eignen sich besser, wenn höhere Stabilität oder besondere Druckverhältnisse gefordert sind. Letztere gelten als kostengünstige und umweltfreundliche Kühlschmierstoffe.

Metallbearbeitung

Echte Allrounder sind Kühlmittel für die Metallbearbeitung, die es ebenfalls als wassermischbare und nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe gibt. Diese Metallbearbeitungsflüssigkeiten bieten eine Kombination aus Kühlung, Schmierung, Späneabtransport und Korrosionsschutz und können sowohl bei spanenden Verfahren wie Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen als auch bei spanlosen Methoden wie Tiefziehen und Pressen zur Anwendung kommen.

Im klassischen Gebrauch werden Kühlmittel in der Metallbearbeitung großvolumig eingesetzt. Eine ressourcenschonendere und umweltfreundlichere Alternative bietet die Mindestmengenschmierung (MMS), die mit exakt dosierten Kleinstmengen direkt im Bearbeitungsbereich arbeitet.

Herausforderungen im Umgang mit Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Ob Schneidöl, Bohrflüssigkeit oder Allround-Kühlmittel für die Metallbearbeitung: Der Einsatz von KSS bringt eine Reihe von Problemstellungen mit sich. Ein zentrales Thema ist die Überwachung der Prozessparameter. Die Dosierung vom Kühlschmierstoff, der pH-Wert und die Keimbildung müssen permanent kontrolliert werden, damit die Flüssigkeit ihre Funktion zuverlässig erfüllt. Vernachlässigte Wartung führt schnell zu einer eingeschränkten Kühl- oder Schmierwirkung und kann Geruchsbildung und Bakterienwachstum verursachen. Das kann einen vorzeitigen Wechsel bedingen und die Kosten für die Kühlschmierstoff-Entsorgung erhöhen.

Klare Sicherheitsrichtlinien sind unverzichtbar

Der Arbeitsschutz spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Bei Hautkontakt können Metallbearbeitungsflüssigkeiten Reizungen hervorrufen. Aerosole belasten die Atemwege. Daher sind klare Sicherheitsrichtlinien unverzichtbar. Hinzu kommt die Frage der Umweltfreundlichkeit. Bei klassischem Kühlschmierstoff muss die Entsorgung fachgerecht als Sondermüll erfolgen, da er Mineralöle, Biozide oder andere problematische Additive enthält. Umweltfreundliche Kühlschmierstoffe reduzieren Schadstoffe, erfordern aber dennoch eine geregelte Beseitigung, weil sie schädliche Rückstände aufweisen können. Das größte Potenzial für Nachhaltigkeit bieten biologisch abbaubare Kühlschmierstoffe, die sich unter bestimmten Voraussetzungen über Kompostierung, den Biomüll oder Biogasanlagen ökologisch verwerten lassen.

Klassische großvolumige Anwendungen verursachen hohen Verbrauch und laufende Pflegeaufwände

Neben diesen Aspekten sind auch die Kosten nicht zu unterschätzen. Klassische großvolumige Anwendungen verursachen hohen Verbrauch und laufende Pflegeaufwände. Gleichzeitig erfordern unterschiedliche Werkstoffe und Bearbeitungsverfahren jeweils spezifische Formulierungen. Eine falsche Auswahl oder Dosierung vom Kühlschmierstoff kann erhöhten Werkzeugverschleiß, Maßungenauigkeiten oder Korrosion nach sich ziehen.

Eine zukunftsorientierte Lösung sind biologisch abbaubare Kühlschmierstoffe in Verbindung mit der Mindestmengenschmierung. Diese Kombination bietet sich vor allem für Prozesse an, in denen die Schmierwirkung wichtiger ist als die Kühlleistung.

Refraktometer für Kühlschmierstoff: Präzise Konzentrationskontrolle für Effizienz und Umweltverträglichkeit

Die regelmäßige Messung mit einem Refraktometer für Kühlschmierstoff ist entscheidend, um beim klassischen Kühlmitteleinsatz die richtige Konzentration sicherzustellen. So bleiben Kühlleistung, Schmierwirkung und Korrosionsschutz zuverlässig erhalten. Gleichzeitig trägt die sorgfältige Kontrolle dazu bei, den Verbrauch zu optimieren und unnötige Nachdosierungen der Metallbearbeitungsflüssigkeiten zu vermeiden.

Mindestmengenschmierung

Im Gegensatz dazu erfordert die Mindestmengenschmierung kein Refraktometer. Da statt einer Emulsion zur Metallbearbeitung ein reiner Schmierstoff verwendet wird, erübrigt sich die aufwendige Konzentrationskontrolle. Zugleich sinkt der Verbrauch deutlich, weil das Schmiermittel in minimaler Menge direkt an der Bearbeitungsstelle aufgebracht. Dadurch bietet die MMS erhebliche Vorteile bei der Kühlschmierstoff-Entsorgung, vor allem, wenn biologisch abbaubare Kühlschmierstoffe zum Einsatz kommen.

Während das Refraktometer für Kühlschmierstoff die Qualität und Funktionalität einer herkömmlichen Emulsion für die Metallbearbeitung sicherstellt, eröffnet die MMS neue Wege in Richtung einer ressourcenschonenden und Abfall vermeidenden Fertigung. Damit leistet sie einen wichtigen Beitrag zur Umweltverträglichkeit und Kostenbewusstsein.