Was ist CNC-Bearbeitung?

Unter CNC-Bearbeitung versteht man die automatisierte Steuerung von Werkzeugmaschinen mithilfe computerbasierter Programme. Im Gegensatz zur konventionellen, manuell gesteuerten Bearbeitung führen die Anlagen vordefinierte Programme aus, die die Bewegungen von Werkzeug und Werkstück mit höchster Genauigkeit koordinieren. Zum Einsatz kommen dabei unterschiedliche Verfahren wie Fräsen, Drehen, Bohren oder Schleifen, die präzise und reproduzierbare Ergebnisse ermöglichen. In der industriellen Praxis bedeutet das vor allem, komplexe Geometrien wiederholgenau und wirtschaftlich herzustellen – unabhängig davon, ob es sich um Einzelteile oder große Serien handelt.

Zentrale Prozessschritte der CNC-Bearbeitung

Der Bearbeitungsprozess folgt in der Regel einer klar definierten Abfolge. Zunächst wird das Bauteil mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) digital entworfen. Das Modell enthält alle relevanten Maße, Toleranzen und technischen Anforderungen. Auf dieser Basis erstellt CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) ein Bearbeitungsprogramm, das die Maschinenbewegungen exakt definiert.

Anschließend wird die Maschine eingerichtet: Geeignete Werkzeuge werden eingesetzt und das Rohmaterial sicher gespannt. Die Anlage führt daraufhin die programmierten Arbeitsschritte aus und formt das Werkstück mit hoher Präzision. Nach der Bearbeitung folgen Prüfung und gegebenenfalls zusätzliche Nachbearbeitungs- oder Oberflächenveredelungsschritte.

1. Bauteilkonstruktion
   Zunächst wird das Bauteil mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) digital entworfen. Das Modell enthält alle relevanten Maße, Toleranzen und technischen Anforderungen.
2. Programmierung
   Auf Basis der Konstruktion wird mithilfe von CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) ein CNC-Programm erstellt, das die Maschinenbewegungen definiert.
3. Maschineneinrichtung
   Die CNC-Maschine wird vorbereitet, indem geeignete Werkzeuge eingesetzt und das Rohmaterial sicher gespannt wird.
4. Bearbeitung
   Die Maschine führt die programmierten Arbeitsschritte aus und formt das Werkstück mit hoher Präzision.
5. Prüfung und Nachbearbeitung
   Nach der Bearbeitung wird das Bauteil geprüft. Gegebenenfalls folgen zusätzliche Nachbearbeitungs- oder Oberflächenveredelungsschritte.

Typen von CNC-Maschinen

Bearbeitungszentren sind in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich und auf verschiedene Fertigungsaufgaben spezialisiert. Die zwei wichtigsten Grundprinzipien sind Fräsen und Drehen, die sich in der Art der Werkzeug- und Werkstückbewegung grundlegend unterscheiden.

CNC-Fräsmaschinen

Beim CNC-Fräsen entfernen rotierende Werkzeuge Material vom feststehenden Werkstück. Das Fräsen von Metall zählt zu den meistgenutzten Verfahren in der industriellen Fertigung – ob Stahl, Edelstahl oder Aluminium, CNC-Fräsmaschinen bearbeiten nahezu jeden metallischen Werkstoff präzise und wirtschaftlich. Gerade beim Fräsen von Edelstahl sind hohe Anforderungen an Werkzeug und Prozessführung zu beachten, da der Werkstoff zur Kaltverfestigung neigt und eine präzise Kühlung erfordert. Das Fräsen von Aluminium hingegen erlaubt deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten und ist besonders in der Automobil- und Luftfahrtindustrie weit verbreitet.

Ein zentrales Merkmal moderner Fräsmaschinen ist die Fähigkeit zum 3D-Fräsen. Beim 3D-Fräsen werden Werkstücke nicht nur in zwei, sondern in drei oder mehr Raumachsen gleichzeitig bearbeitet. Das ermöglicht die Herstellung von Freiformflächen, Hinterschneidungen und komplexen Oberflächenstrukturen, die mit konventionellen Verfahren nicht realisierbar wären. 3D-Fräsen findet überall dort Anwendung, wo geometrische Komplexität auf höchste Maßgenauigkeit trifft – etwa in der Werkzeug- und Formenbauindustrie, in der Medizintechnik oder im Prototypenbau.

Vertikale Bearbeitungszentren (VMC)

Vertikale Bearbeitungszentren arbeiten mit vertikal angeordneter Spindel und sind in 3-, 4- und 5-Achs-Ausführungen verfügbar. Besonders das 5-achsige CNC-Fräsen hat sich als Schlüsseltechnologie für anspruchsvolle Bauteile etabliert. Beim 5-achsigen CNC-Fräsen kann das Werkzeug das Werkstück aus nahezu jeder Raumrichtung anfahren, was komplexe Bearbeitungen in einer einzigen Aufspannung ermöglicht. Das reduziert Rüstzeiten, verbessert die Maßhaltigkeit und senkt die Fertigungskosten deutlich. Typische Einsatzfelder des 5-achsigen CNC-Fräsens sind Turbinenkomponenten, Implantate und Werkzeugformen mit anspruchsvollen Geometrien.

Horizontale Bearbeitungszentren (HMC)

Horizontale Bearbeitungszentren sind auf hohe Stückzahlen und eine besonders effiziente Serienfertigung ausgelegt. Durch die horizontale Spindelanordnung fallen Späne besser ab, was die Prozesssicherheit bei langen Laufzeiten erhöht.

Doppelständer-Fräsmaschinen (DCMC)

Für große und schwere Werkstücke kommen Doppelständer-Fräsmaschinen zum Einsatz, deren steife Bauweise eine hohe Stabilität und Genauigkeit auch bei der Bearbeitung massiver Bauteile gewährleistet.

Drehmaschinen

Beim Drehen rotiert das Werkstück, während ein feststehendes Werkzeug Material abträgt. Dieses Verfahren wird vor allem für rotationssymmetrische Bauteile wie Wellen, Buchsen oder Ringe eingesetzt und zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit aus.

Die Bedeutung von Kühlschmierstoffen in der CNC-Bearbeitung

Neben Maschinen, Werkzeugen und Software spielen hochwertige Kühlschmierstoffe eine entscheidende Rolle für Effizienz, Qualität und Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung. Sie beeinflussen unmittelbar Werkzeugstandzeiten, Oberflächengüten, Prozessstabilität und Gesamtkosten und sind damit weit mehr als reine Verbrauchsmaterialien – sie sind strategische Prozessfaktoren.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe

Wassermischbare Kühlschmierstoffe werden in vielen Anwendungen eingesetzt, da sie eine hervorragende Kühlleistung bieten. Durch die effektive Wärmeabfuhr tragen sie zur Maßhaltigkeit der Bauteile bei und reduzieren thermische Belastungen von Werkzeugen und Maschinen. Darüber hinaus übernehmen sie wichtige Funktionen wie Schmierung, Spülung der Späne sowie Korrosionsschutz. Hochwertige Formulierungen ermöglichen längere Werkzeugstandzeiten, höhere Schnittgeschwindigkeiten, verbesserte Oberflächenqualität und geringere Ausschussquoten. Ihre Stabilität und lange Einsatzdauer senken zudem Wartungsaufwand und Betriebskosten.

• längere Werkzeugstandzeiten
• höhere Schnittgeschwindigkeiten
• verbesserte Oberflächenqualität
• geringere Ausschussquoten

Nichtwassermischbare Metallbearbeitungsöle

Nichtwassermischbare Metallbearbeitungsöle kommen insbesondere bei anspruchsvollen Bearbeitungsprozessen zum Einsatz, bei denen die Schmierleistung im Vordergrund steht. Sie reduzieren Reibung an der Schneide deutlich und sind ideal für schwierige Werkstoffe oder Prozesse wie Tieflochbohren, Gewindeschneiden oder Verzahnen. Leistungsfähige Metallbearbeitungsöle minimieren Werkzeugverschleiß, erhöhen die Prozesssicherheit, sorgen für konstante Oberflächenqualität und tragen durch geringere Reibung zur Energieeinsparung bei.

Leistungsfähige Metallbearbeitungsöle:

• minimieren Werkzeugverschleiß
• erhöhen die Prozesssicherheit
• sorgen für konstante Oberflächenqualität
• tragen durch geringere Reibung zur Energieeinsparung bei

Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur Senkung der Gesamtbetriebskosten.

Einfluss auf Effizienz und Kosten

Die Auswahl und Qualität der eingesetzten Kühlschmierstoffe hat einen direkten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Fertigung. Optimierte Produkte verbessern die Maschinenauslastung, reduzieren Werkzeugwechsel, vermeiden Nacharbeit und unterstützen eine stabile Produktionsplanung. Kühlschmierstoffe sind daher keine reinen Verbrauchsmaterialien, sondern strategische Prozessfaktoren für Effizienz, Ressourceneinsatz und Profitabilität.

Häufig eingesetzte Werkstoffe in der CNC-Bearbeitung

Diese Maschinen können eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien bearbeiten. Bei den eisenhaltigen Metallen dominieren Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Gusseisen. Kohlenstoffstahl ist robust und vielseitig einsetzbar, Edelstahl überzeugt durch seine Korrosionsbeständigkeit und findet sich häufig in der Medizin- und Lebensmitteltechnik, Gusseisen ist langlebig und stabil, etwa für Motor- oder Maschinenteile.

Nichteisenmetalle wie Aluminium, Kupfer und Titan ergänzen das Spektrum. Aluminium ist leicht und gut zerspanbar, ideal für Automotive und Aerospace. Kupfer punktet mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit, Titan mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus lassen sich auch Verbundwerkstoffe wie Carbon- oder Glasfaser präzise bearbeiten.

Eisenhaltige Metalle

• Kohlenstoffstahl – robust und vielseitig einsetzbar
• Edelstahl – korrosionsbeständig, häufig in der Medizin- und Lebensmitteltechnik
• Gusseisen – langlebig und stabil, z. B. für Motor- oder Maschinenteile

Nichteisenmetalle

• Aluminium – leicht und gut zerspanbar, ideal für Automotive und Aerospace
• Kupfer – sehr gute elektrische Leitfähigkeit
• Titan – hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit

Kunststoffe

• Polycarbonat – schlagfest und stabil
• Acrylglas – transparent und gut bearbeitbar
• Nylon – verschleißfest, häufig für Zahnräder

Verbundwerkstoffe

• Carbonfaser – extrem leicht und belastbar
• Glasfaser – stabil und vielseitig einsetzbar

Vorteile der CNC-Bearbeitung

Das Verfahren überzeugt durch eine Kombination aus Präzision und Effizienz, die mit manuellen Methoden nicht erreichbar ist. Enge Toleranzen und hohe Reproduzierbarkeit machen es zur ersten Wahl in der Serienfertigung. Automatisierte Prozesse reduzieren Fehlerquoten und ermöglichen eine flexible Verarbeitung unterschiedlichster Materialien und Geometrien. Gerade in anspruchsvollen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik sind diese Eigenschaften unverzichtbar.

• Hohe Präzision und enge Toleranzen
• Reproduzierbarkeit bei Serienfertigung
• Hohe Effizienz durch automatisierte Prozesse
• Flexibilität bei Materialien und Geometrien
• Reduzierte Fehlerquoten durch Automatisierung

Anwendungsbereiche der CNC-Technologie

Die Technologie ist heute in nahezu allen fertigungsintensiven Branchen unverzichtbar. In der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie ermöglicht sie die Herstellung hochpräziser Bauteile mit engen Toleranzen. Die Medizintechnik profitiert von der Reproduzierbarkeit bei Implantaten und Instrumenten. In der Elektronik werden feinste Strukturen gefräst und gebohrt, während im Bau- und Schwermaschinenbau große und robuste Komponenten gefertigt werden.

Die richtige CNC-Maschine auswählen

Bei der Auswahl einer CNC-Maschine sollten Anwendungsanforderungen, technische Leistungsfähigkeit, Steuerungs- und Softwaretechnologie sowie Service- und Wartungsangebote sorgfältig abgewogen werden. Entscheidend ist letztlich das Kosten-Nutzen-Verhältnis im Kontext der eigenen Fertigung. Eine fundierte Entscheidung berücksichtigt dabei nicht nur die Anschaffungskosten, sondern auch laufende Betriebskosten – einschließlich der eingesetzten Prozessmedien wie Kühlschmierstoffe, die maßgeblich über Effizienz und Wirtschaftlichkeit der gesamten Produktion mitentscheiden.

Bei der Auswahl sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

1. Anwendungsanforderungen
2. Technische Leistungsfähigkeit
3. Steuerungs- und Softwaretechnologie
4. Service und Wartung
5. Kosten-Nutzen-Verhältnis

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In vielen Bereichen der Metallverarbeitung, insbesondere in der Zerspanung, ist Schmierung unverzichtbar. Die Trockenzerspanung punktet zwar mit geringen Betriebskosten und Umweltfreundlichkeit, hat aber auch Nachteile wie erhöhten Werkzeugverschleiß und eine thermische Belastung des Werkstücks. Alternativen sind die Nassbearbeitung und die Minimalmengen-Schmierung (MMS). Wie funktionieren die beiden Methoden und worin liegen die Vorteile der Minimalmengen-Schmierung?

Nassbearbeitung: Weniger Verschleiß durch optimierte Kühlung

Bei dieser Methode werden große Mengen an Kühlschmierstoffen, meist Emulsionen, eingesetzt, um Reibung zu reduzieren, Wärme abzuleiten und die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern. Dabei wird das Werkzeug regelrecht mit dem Kühlmittel umspült.

Das ständige Einbringen von Flüssigkeit verhindert hohe Temperaturen, die sich nachteilig auf die Maßhaltigkeit und die Oberflächenqualität des Werkstücks auswirken könnten. Zugleich helfen die Kühlschmierstoffe, abgetragene Späne zu entfernen. Das verbessert die Prozessstabilität. Da sich die mechanische Belastung der Werkzeuge verringert, erhöht sich deren Standzeit. Das sorgt für weniger Maschinenstillstand, ermöglicht ein insgesamt effektiveres Arbeiten und senkt die Kosten für die Neubeschaffung oder das Nachschärfen von Werkzeugen.

Mit der Nassbearbeitung gehen jedoch auch einige Nachteile einher. Die Beschaffung, Aufbereitung und Entsorgung der Kühlschmierstoffe erfordern zusätzlichen Aufwand und verursachen erhebliche Kosten. Zudem können bestimmte Emulsionen Atemwegsbeschwerden oder Hautreizungen hervorrufen, was den Einsatz entsprechender Schutzmaßnahmen nötig macht. Bei unsachgemäßer Handhabung können darüber hinaus negative Auswirkungen auf die Umwelt nicht ausgeschlossen werden.

Minimalmengen-Schmierung: Effizienz durch Präzision

Bei der MMS wird ein Gemisch aus Öl und Gas (meist Druckluft) als Aerosol direkt am gewünschten Wirkungsort aufgebracht. Damit lässt sich eine optimale Kühlleistung bei der Zerspanung mit deutlich weniger Schmiermittel sicherstellen. Der Maximalvolumenstrom bei der Minimalmengen-Schmierung liegt bei unter 50 Milliliter pro Stunde, während es bei der konventionellen Nassbearbeitung bis zu 12.000 Liter sein können.

Arten der Minimalmengen-Schmierung

Die Zufuhr des Schmiermittels kann bei der MMS sowohl extern als auch intern erfolgen. Welche Methode sich am besten eignet, hängt vom Einsatzszenario ab.

Bei der externen Zufuhr wird der Kühlschmierstoff über Sprühdüsen aufgebracht, die sich am Spindelkopf befinden. Diese Vorgehensweise eignet sich gut für die Nachrüstung von Werkzeugmaschinen, da sich das benötigte Equipment relativ einfach am Spindelkopf anbringen lässt. Typische Anwendungsfelder sind Standardprozesse wie Bohren, Sägen, Drehen oder Fräsen. Nachteilig sind die begrenzten Anpassungsmöglichkeiten der Düsen auf unterschiedliche Längen und Durchmesser der Werkzeuge. Dadurch kann der Sprühstrahl Abschattungseffekten und Streuverlusten unterliegen, wodurch die Aerosole die Schneide nicht immer optimal erreichen.

MMS-Systeme mit innerer Zufuhr ermöglichen die präzise Zuführung des Kühlschmierstoffs durch das Werkzeug hindurch direkt an die Bearbeitungsstelle. Somit sind die Aerosole im gesamten Bearbeitungsprozess kontinuierlich an den kritischen Stellen verfügbar. Das ermöglicht sehr große Bohrtiefen und Schnittgeschwindigkeiten. Eine Umrüstung auf dieses System kann jedoch mit hohen Kosten verbunden sein, da die erforderlichen Kanäle durch die Maschinenspindel hindurchgeführt werden müssen.

Vorteile der Minimalmengen-Schmierung gegenüber der Nassbearbeitung

Ist die Trockenzerspanung keine Option, stellt sich die Frage, welche Methode der Kühlschmierung sich für den jeweiligen Anwendungsfall am besten eignet. Eine Minimalmengen-Schmierung ist in aller Regel die bessere Wahl, wenn Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz im Vordergrund stehen und weder eine intensive Kühlung noch eine hohe Spülleistung erforderlich sind.

Die MMS ermöglicht eine gezielte Schmierung. Das senkt den Kühlmittelverbrauch erheblich, während die Prozesseffizienz steigt. Die Kühlleistung ist geringer als bei der Nassbearbeitung, jedoch lässt sich mit einer präzisen Abstimmung auf Werkzeug, Werkstück und Maschinenparameter trotzdem eine optimale Wärmeableitung erreichen. Dadurch sind auch hier die Oberflächenqualität und die Maßgenauigkeit gewährleistet.

Unternehmen können vom Einsatz der MMS gleich mehrfach profitieren, nicht zuletzt im finanziellen Bereich. Auch hinsichtlich des Arbeitsschutzes, der Mitarbeitergesundheit und des ökologischen Fußabdrucks sind große Nutzeffekte zu verzeichnen.

Vielfältige Einsparpotenziale

Zu den größten Vorteilen der MMS zählt der geringe Verbrauch an Schmiermitteln, der sowohl die Anschaffungs- als auch die Entsorgungskosten verringert. Bei der herkömmlichen Nassbearbeitung ist die Reinigung der Werkstücke nach der Fertigstellung unabdingbar. Bei der Minimalmengen-Schmierung kann das Waschen nach dem Bearbeitungsprozess entfallen oder zumindest auf einen Bruchteil reduziert werden. Auch das hilft, Kosten zu sparen. Während durch Öl-Schmierstoffe verunreinigte Späne als Sondermüll gelten, stellen die trockenen Späne moderner MMS-Lösungen ein wertvolles Recyclinggut dar, das anderweitig verarbeitet oder verkauft werden kann – ein wichtiger Beitrag für die Kosten- und Ressourceneffizienz.

Der Wegfall energieintensiver Hochdruckpumpen reduziert den Energieverbrauch und verringert den Wartungsaufwand. Da die Prüfpflichten nach TRGS 611 entfallen, sinken zudem der regulatorische Aufwand und die damit verbundenen Kosten. Die Minimalmengen-Schmierung erfordert spezielle Werkzeuge, die in der Anschaffung zunächst zusätzliche Kosten verursachen. Das wird jedoch durch den geringeren Werkzeugverschleiß und die längere Standzeit ausgeglichen, sodass die Wirtschaftlichkeit auf lange Sicht gewährleistet ist.

Verbesserung der gesundheitlichen Bedingungen

Bei der MMS wird das Schmiermittel fast vollständig verbraucht und es treten wesentlich weniger Dämpfe aus. Das hilft, Haut- und Augenreizungen zu vermeiden.

Gewährleistung sicherer Arbeitsbedingungen

Da weniger Schmiermittel austreten, sinkt das Rutschrisiko und damit auch die Gefahr von Arbeitsunfällen. Das wirkt sich positiv auf die Arbeitssicherheit aus.

Vorteile für den Umweltschutz

Zum einen sind keine Biozide erforderlich. Zum anderen werden weniger umweltschädliche Emissionen ausgestoßen. Zusätzlich verringert sich die Gefahr von Havarien. Auch der sinkende Energieverbrauch trägt zum Schutz der Umwelt bei.

Minimalmengen-Schmierstoffe im Überblick

Kühlschmierstoffe für die Minimalmengen-Schmierung sollten ein gutes Schmiervermögen, hohe thermische Belastbarkeit sowie ein niedriges toxikologisches und dermatologisches Gefährdungspotenzial mitbringen. In der Praxis bewährt haben sich vor allem synthetische Esteröle und Fettalkohole, die zusätzlich ein günstiges Verdampfungsverhalten aufweisen. Wassermischbare Kühlschmiermittel und Schmierstoffe mit zink- oder chlorhaltigen Additiven eignen sich ebenso wenig wie native Ester mit Neigung zum Verharzen (z. B. Rapsöl) und Erzeugnisse auf Basis mineralischer Grundöle mit mehr als 3 ppm Benzo[a]pyren im Schmierstoff.

Kluthe-Lösungen für nachhaltige Zerspanungsprozesse

Das Kühlschmiermittel-Portfolio der Kluthe GmbH erstreckt sich von wasserlöslichen über wassermischbare bis hin zu nicht-wassermischbaren Produkten. Optimal auf die Anforderungen in der Metallverarbeitung abgestimmt, ermöglichen alle KSS eine sichere Kühlung und eine verlässliche Schmierung. Dabei ist die Prozesseffizienz ebenso gewährleistet wie die Umweltfreundlichkeit.

HAKUFORM A und HAKUFORM SE

Diese Kühlschmierstoffe bieten sich überall dort an, wo eine Zerspanung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und starker Wärmeentwicklung einhergeht. Die Grundlage für diese Schmierstoffe bilden Basisöle, die durch Beigabe von Emulgatoren wassermischbar werden. Im praktischen Einsatz überzeugen HAKUFORM A und HAKUFORM SE durch ausgeprägten Korrosionsschutzeigenschaften und ihre besondere Bio- und pH-Stabilität. Die nachhaltigere HAKUFORM-Variante SE punktet außerdem mit guter Haut- und Umweltverträglichkeit, die sie ihren aromatenfreien Basisölen verdankt.

HAKUFORM L und HAKUFORM S

Erfordern hohe Schneidbelastungen eine deutliche Reduzierung der Reibung, sind die nicht-wassermischbaren Kühlschmiermittel HAKUFORM S und HAKUFORM L ideal. Die S-Serie vereint höchste Zerspanungsleistungen mit Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. In einem innovativen Verfahren aus Gebrauchtöl hergestellt, ermöglichen sie 75 Prozent CO2-Äquivalent-Einsparungen gegenüber KSS aus konventionellen Mineralölen.

Die Basisöle der L-Reihe werden aus Erdgas gewonnen. Sie sind außergewöhnlich vernebelungs- und verdampfungsarm, was der Arbeitssicherheit zugutekommt. Gleichzeitig sinkt der Verbrauch um bis zu 30 Prozent.

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Was ist die Werkzeugstandzeit und warum ist sie so wichtig?

Die Werkzeugstandzeit beschreibt die nutzbare Einsatzdauer eines Werkzeugs, bis es nachgeschliffen oder ersetzt werden muss – typischerweise ohne gravierenden Verschleiß. Je länger diese Phase, desto wirtschaftlicher und prozesssicherer ist die Fertigung.

Dass die Standzeit begrenzt ist, hat physikalische Gründe. Während des Bearbeitungsprozesses wird das Werkzeug mechanisch beansprucht und erhitzt sich. Dadurch unterliegt es einer gewissen Abnutzung. Wie stark der Werkzeugverschleiß bei Zerspanungsprozessen ist, hängt von Faktoren wie den folgenden ab:

• Werkzeuggeometrie (spezifische Form des Werkzeugs)
• Material, aus dem das Werkzeug besteht
• konkrete Einsatzbedingungen (insbesondere Vorschub, Schnittgeschwindigkeit, Schnitttiefe)
• Material des zu bearbeitenden Werkstücks
• Temperatur bzw. Temperaturveränderung des Werkzeugs

Verlängern lässt sich die Werkzeugstandzeit durch geringere Vorschub- und Zerspanungsgeschwindigkeiten, eine exakt berechnete Schnitttiefe und eine auf den Prozess zugeschnittene Kühlung und/oder Schmierung.

Anzeichen für den Werkzeugverschleiß

Die Werkzeugstandzeit markiert die erste Verschleißgrenze, während die Werkzeuglebensdauer mit dem endgültigen Ausscheiden des Werkzeugs aus dem Prozess endet. Bei der Zerspanung stehen zwei Arten von Verschleiß im Vordergrund: der Freiflächenverschleiß (an der Werkzeugfreifläche) und der Kolkverschleiß (an der Spanfläche). Ob die Werkzeugstandzeit erreicht ist und ein Werkzeug nachgeschliffen oder ersetzt werden muss, wird meist anhand von Standzeitkriterien wie der Verschleißmarkenbreite oder der Kolktiefe beurteilt.

Neben dem Freiflächen- und dem Kolkverschleiß gibt es in der Metallverarbeitung weitere relevante Verschleißarten wie:

• Verzunderung (Oxidation der Werkzeugoberfläche durch Luftsauerstoff, insbesondere bei höheren Temperaturen)
• Ausbrüche aus dem Werkzeug
• Risse (vor allem durch wechselnde thermische und mechanische Belastungen)

Mit zunehmendem Werkzeugverschleiß sinkt die Zerspanungsleistung des Werkzeugs. In erster Linie leiden die Bearbeitungsgenauigkeit und die Qualität des bearbeiteten Werkstücks.

Welche Vorteile bietet eine hohe Werkzeugstandzeit?

Wie wichtig die Zusammenhänge zwischen Werkzeugwechselzeit und Werkzeugstandzeit betont die verlinkte Arbeit der Hochschule Merseburg.  Aus einer erhöhten Standzeit von Werkzeugen ergeben sich unter anderem folgende Nutzeffekte:

Höhere Produktivität

Gelingt es, die Standzeit zu verlängern, ist seltener ein Maschinenstillstand für den Werkzeugwechsel erforderlich. Die Maschinen arbeiten länger unterbrechungsfrei, wodurch sich die gesamte Produktionsleistung verbessert.

Bearbeitungsqualität

Werkzeuge mit langer Werkzeugstandzeit gewährleisten über eine längere Zeit hinweg eine gleichmäßige Bearbeitung der Werkstücke. Damit steigt die Produktionsqualität.

Kosteneinsparung

Eine längere Werkzeugstandzeit bedeutet seltenere Werkzeugwechsel und somit auch geringere Kosten für neue Werkzeuge. Das senkt die Produktionskosten und erhöht den Gewinn.

Weniger Wartung

Die Werkzeugstandzeit zu erhöhen, reduziert den Aufwand für die Werkzeug- und Maschinenpflege.

Nachhaltigkeit

Weniger Verschleiß bedeutet weniger Abfall und einen geringeren Ressourcenverbrauch. Somit kommt die Prozessoptimierung auch der Umwelt zugute.

Wie lässt sich bei Werkzeugen die Standzeit verlängern?

Hierfür gibt es mehrere bewährte Strategien, die sich individuell oder in Kombination einsetzen lassen. Schon die Auswahl hochwertiger, für den Anwendungsfall geeigneter Werkzeugmaterialien kann dazu beitragen, die Standzeit zu erhöhen. Spezielle Hartstoffbeschichtungen verbessern den Verschleißschutz des Grundmaterials und verlängern so die Nutzungsdauer des Werkzeugs.

Sitzt das Tool nicht fest genug in der Werkzeugmaschine oder im CNC-Bearbeitungszentrum, kommt es zu Mikrobewegungen. Diese können den Verschleiß erhöhen und sich nachteilig auf die Lebensdauer des Werkzeugs auswirken. Daher ist es wichtig, auf eine stabile und präzise Werkzeugspannung zu achten. Die Bandbreite von Spannsystemen reicht von hydraulisch und pneumatisch über elektromechanisch und magnetisch bis hin zu Nullpunktspannsystemen.

Ein effektiver Kühlschmierstoff in optimaler Konzentration reduziert die Reibung und Hitzeentwicklung. Das schont das Werkzeug und kann dadurch seine Standzeit verlängern. Des Weiteren kann das Anpassen der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit den Verschleiß verringern und die Werkzeugstandzeit erhöhen. Regelmäßige Inspektionen und Wartungen helfen, Abnutzung frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

Kühlschmierstoffe als Multitalente bei der Prozessoptimierung

Im Wesentlichen erfüllen Kühlschmiermittel drei wichtige Aufgaben: Zum einen verhindern sie thermische Schäden, indem sie Wärme aufnehmen und abführen. Zum anderen bilden sie einen dünnen Schmierfilm, der die Reibung reduziert. Überdies wirken sie als Transportmedium und befreien die Bearbeitungszone von Spänen und Verunreinigungen. All das trägt gemeinsam mit einem verbesserten Korrosionsschutz dazu bei, den Verschleiß von Werkzeugen zu reduzieren und so deren Werkzeugstandzeit zu verlängern.

Indem sie unerwünschte Oberflächendefekte wie Kratzer oder Rattermarken sowie Verformungen und innere Spannungen in Werkstücken minimieren, sind Kühl- und Schmiermittel gleichzeitig ein wichtiger Faktor für die Qualitätssicherung. Außerdem helfen sie, Bearbeitungsprozesse stabiler und vorhersehbarer zu machen, was die Wahrscheinlichkeit von Maschinenstillständen und Produktionsfehlern verringert und die Prozesssicherheit erhöht.

Standzeit verlängern mit HAKUFORM A 846 DELTA

Mit der HAKUFORM A-Reihe setzt Kluthe Maßstäbe im Bereich wassermischbare Kühlschmierstoffe mit Mineralölen. Die Produkte dieser Serie überzeugen durch Höchstleistungen bei Zerspanungsprozessen und ermöglichen lange Werkzeugstandzeiten. Zugleich verfügen sie über ausgeprägte Korrosionsschutz-Eigenschaften, die ebenfalls zur Prozessoptimierung beitragen. Die Emulsion der Schmierstoffe ist frei von nativen Ölen, die zum Verharzen neigen, und enthält weder leicht flüchtige, geruchsintensive Amine noch Formaldehyddepotstoffe.

Ein typischer Kühlschmierstoff aus dieser Reihe ist HAKUFORM A 846 DELTA. Dieses Produkt punktet neben den genannten Eigenschaften mit einer borfreien Formulierung und erfüllt damit sämtliche Forderungen der TRGS 611. Verschiedene Additive sorgen für eine optimale Zerspanungsleistung und erhöhen den Korrosionsschutz sowohl am Werkzeug als auch an der Maschine.

HAKUFORM A 846 DELTA im praktischen Einsatz

Seinen hohen Nutzen konnte dieser Kühlschmierstoff beispielsweise in einem weltweit führenden Forschungsinstitut beweisen, das präzise Bauteile aus Aluminium, Titan und Edelstahl für die Produktion von Satelliten und Teleskopen herstellt. Die hierfür nötige Präzision lässt sich nur mit einwandfreien Werkzeugen erzielen. Das wiederum erfordert optimale Lösungen für die Kühlung und Schmierung der Fertigungstools.

Durch die Kombination der exzellenten Schmierwirkung und der stabilen Emulsion von HAKUFORM A 846 DELTA gelang es nicht nur, die Werkzeugstandzeit zu verlängern. Die Prozesseffizienz bei der Herstellung der Präzisionsteile konnte ebenfalls deutlich verbessert werden. Zugleich sorgt der angenehme Geruch für ein ansprechenderes Arbeitsumfeld.

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Wo kommen industrielle Reinigungsanlagen zum Einsatz?

Industrielle Reinigungsanlagen finden sich in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen. In der Neuteilefertigung dienen sie der Entfettung, Zwischenreinigung oder Endreinigung. Weitere Einsatzgebiete sind:

• die Galvanisierung (Zwischen- und Endreinigung),
• die Instandhaltung (Reinigung, Entlackung, Entfettung)
• die Bauteilreinigung  als Vorbereitung zur Lackierung
• die Behälterreinigung

Die Art der Reinigungsanlagen und der darin verwendeten Reinigungsmedien hängt von den spezifischen Reinigungsanforderungen der Branche oder Anwendung ab. Um den gewünschten Grad an Sauberkeit zu erreichen, müssen die Systeme optimal an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein.

Industrielle Teilereinigung als Grundlage für die Phosphatierung

Bei der Phosphatierung handelt es sich um ein chemisches Verfahren, bei dem auf dem zu behandelnden Metall eine Metallphosphat-Schicht gebildet wird. Diese verbessert die Korrosionsbeständigkeit und kann zugleich als Haftgrund für einen Farb- oder Lackauftrag dienen. Bevor eine Phosphatierung stattfinden kann, müssen die Bauteile gereinigt werden. Hier ist die industrielle Teilereinigung gefragt, die dafür sorgt, dass die Oberflächen frei von Verunreinigungen sind. Nach der Bauteilreinigung mittels Aufstreichen, Tauchen oder Sprühen mit Phosphatlösung benetzt. Diese verankert sich durch eine chemische Reaktion fest mit dem Metall. Steuern lässt sich der Schichtaufbau bei der Phosphatierung über die Einwirkzeit und das Nachdosieren der säurehaltigen Lösung. Oft erfolgt die Phosphatierung in kombinierten Reinigungsanlagen zusammen mit dem Entfetten der Teile.

Welchen Reinigungsmedien kommen in den Reinigungsanlagen zur Anwendung?

Die industrielle Bauteilereinigung arbeitet mit verschiedenen Arten von Reinigungssubstanzen. Zu den wichtigsten zählen die folgenden Produktgruppen:

Wasserbasierende Reiniger

Diese Mittel werden typischerweise eingesetzt, um wasserbasierte (polare) Verunreinigungen wie Schmier- und Kühlemulsionen, Additive, Salze, Polierpasten, Abrieb und anderen Feststoffe zu entfernen. Wasserbasierende Reiniger sind in alkalischen, sauren und neutralen Formulierungen als Ein- oder Mehrkomponenten-Systeme verfügbar und werden in Form von 0,2- bis 15-prozentigen Lösungen in Wasser verarbeitet.

Lösemittelbasierende Reiniger

Lösemittel kommen gemeinhin beim Beseitigen unpolarer Verunreinigungen wie Bearbeitungsöle, Wachse und Fette zur Anwendung. Anders als wasserbasierende werden lösemittelbasierende Reiniger unverdünnt eingesetzt. Durch das Entfernen des Öls verlieren partikuläre Verunreinigungen wie Späne die Haftung zur Oberfläche. Somit können sie anschließend durch eine mechanische Reinigung, beispielsweise mit Ultraschall oder mit Injektionsflutwaschern, entfernt werden.

Welches Reinigungsmedium in Verbindung mit welcher Reinigungstechnik genutzt wird, richtet sich nach verschiedenen Faktoren, darunter:

– die Art der Verschmutzung,

– die Art der Bauteile sowie

– die Umwelt- und Gesundheitsanforderungen.

Die Auswahl erfolgt nach dem chemischen Grundprinzip „Gleiches löst Gleiches“. Dieser Grundsatz besagt, dass sich Verunreinigungen am besten in einem Medium lösen, das eine ähnliche Struktur aufweist.

Mit welchen Reinigungsverfahren arbeiten industrielle Reinigungsanlagen?

Je nach Art der Bauteilreinigung  und Anforderung an die Bauteilsauberkeit werden verschiedene Reinigungsmethoden mit den dazu passenden Reinigungsmedien genutzt.

Spritz-Reinigung

Bei dieser Reinigungstechnik trifft aus einer Düse austretendes Wasser mit hoher kinetischer Energie auf die Bauteile. Sie eignet sich gut für weniger komplexe Bauteile und Sauberkeitsanforderungen im Standardbereich. Das Reinigungsverhalten hängt ab vom Wasserdruck, dem Strahlwinkel, dem Aufprallwinkel und der Tropfengröße. Darüber hinaus ist die Anordnung der Düsen zum Bauteil von Bedeutung. Zum Teil kann eine Relativbewegung nötig sein, beispielsweise bei Hinterschneidungen oder Sacklöchern. Dann müssen sich entweder die Düse, das Bauteil und die Düse oder das Bauteil bewegen.

Injektionsfluten / Injektionsdruckfluten

Das Druckfluten kommt bei hartnäckigen Verschmutzungen, vollen Reinigungskörben sowie bei komplexen Bauteilen zur Anwendung, deren Bohrungen, Innenräume oder Hinterschneidungen durch die Spritz-Reinigung nur schwer oder überhaupt nicht erreichbar sind. In entsprechenden Reinigungsanlagen wird das Bauteil zusammen mit dem Träger oder Greifer in ein Bad mit einer Reinigungsflüssigkeit (z. B. Wasser + HAKUPUR-Reiniger) getaucht. Eine Vielzahl von Düsen im Becken erzeugt kräftige Verwirbelungen, die eine hohe kinetische Energie aufweisen. Durch diesen Whirlpool-Effekt sorgt diese Reinigungstechnik selbst in Hohlräumen für perfekte Auberkeit nach der Bauteilreinigung.

Hochdruck-Reinigung

Das Reinigen mit Hochdruck kommt dort zum Einsatz, wo andere Methoden technische oder wirtschaftliche Grenzen erreichen. In erster Linie wird es zum Entgraten  verwendet. Unter anderem löst es festsitzende Späne in Bohrungen, sogenannte Klemmspäne. Der Wasserstrahl trifft das Bauteil wahlweise gezielt oder ungezielt, wobei die hohe kinetische Energie zum Lösen der Grate führt. Die Höhe des Drucks ist maschinenabhängig. Auch das zu reinigende Material setzt diesbezüglich klare Grenzen. Aluminium verträgt höchstens 300 bis 400 bar. Bei (Stahl-)Gussteilen ist bei 600 bar Schluss. Stahlteile können ab circa 900 bar Schaden nehmen, Edelstahl ab 1.500 bar.

Schöpffluten

Bei diesem Verfahren zur Bauteilreinigung werden die Bauteile immer wieder in Reinigungskammern eingetaucht, die zur Hälfte mit Reinigungsflüssigkeit gefüllt sind. Zahlreiche Düsen sorgen, wie beim Druckfluten, für Verwirbelungen im Becken. Indem die Reinigungsflüssigkeit bei jeder Korbumdrehung in das Bauteil hinein und wieder hinaus läuft, werden Schmutzpartikel ausgeschwemmt. Derartige industrielle Reinigungsanlagen eignen sich für Bauteile mit komplexen Innengeometrien und hohen Reinigungsanforderungen.

Ultraschall-Reinigung

Die Bauteile werden in ein Becken mit einer Reinigungsflüssigkeit eingetaucht. Dann werden über sogenannte Ultraschallschwinger Ultraschallwellen erzeugt, die einen Kavitationseffekt zur Folge haben. Auf den Bauteiloberflächen bilden sich Dampfblasen. Diese fallen in sich zusammen und lösen dadurch die Verunreinigung. Die Effektivität dieser Bauteilreinigung  hängt von der Energie und der Frequenz der Schallwellen sowie von der Beschallungsdauer ab. Diese Parameter werden exakt auf die Bauteile abgestimmt.

Tauchreinigung

In speziellen Reinigungsanlagen werden die Bauteile in ein Becken mit einer Reinigungsflüssigkeit eingetaucht. Die chemische Wirkung des Reinigungsmediums löst Verunreinigungen wie Öle, Fette und Metallspäne. Erhöht wird die Reinigungswirkung durch das gleichzeitige Bewegen des Bauteils. Unterstützend kommen häufig weitere Verfahren wie das Injektionsdruckfluten oder die Ultraschall-Reinigung hinzu. Die Methode eignet sich sowohl für Schüttgut, Setzware und Korbware als auch für Einzelteile.

HAKUPUR-Reiniger: wasserbasierende Produkte für die industrielle Teilereinigung

Die HAKUPUR-Serie von Kluthe umfasst eine Vielzahl von Reinigungsmedien, die entweder für einen breiten Anwendungsbereich oder für spezifische Reinigungsaufgaben konzipiert wurden. Für den universellen Einsatz empfehlen sich die Produkte HAKUPUR 700 BF und HAKUPUR 740. Für spezialisierte industrielle Reinigungsanlagen für die Ultraschall- oder zur Tauchreinigung stehen dafür optimierte HAKUPUR-Reiniger zur Verfügung. Darüber hinaus umfasst das Kluthe-Portfolio spezielle Industriereiniger, die selbst hartnäckigste Verschmutzungen lösen, an bestimmte Werkstoffe angepasst sind oder für einen integrierten Korrosionsschutz sorgen.

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Folgenden Quellen wurden zur Recherche genutzt. Das Aufsuchen der angegebenen Links erfolgt auf eigene Gefahr.

• [1] https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/phosphatieren/7017
• [2] https://de.wikipedia.org/wiki/Teilereinigung
• [3] https://die-ratgeber-seite.de/ultraschallreiniger-funktionsweise/?cn-reloaded=1

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Ob Bohren, Fräsen, weitere Zerspanung oder Umformprozesse : Bei der Metallbearbeitung entsteht Reibungshitze, die sowohl das Werkstück als auch das Werkzeug beschädigen kann. Daher sind Metallbearbeitungsflüssigkeiten von essenzieller Bedeutung. Doch was sind das für Substanzen, welcher Kühlschmierstoff passt für welche Aufgabe und gibt es diese Mittel auch in umweltfreundlich?

Metallbearbeitungsflüssigkeiten einfach erklärt

Metallbearbeitungsflüssigkeiten, auch als Kühlschmierstoffe oder Schneidflüssigkeiten bezeichnet, verringern die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, reduzieren die Wärmeentwicklung und sorgen für einen besseren Abtransport der Metallspäne. Durch Kühlung des gesamten Systems lassen sich die Werkzeuglebensdauer und die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen. Dadurch sinken die Betriebskosten in der Fertigung. Außerdem erhöht der Einsatz eines geeigneten Kühlmittels die Oberflächenqualität des zu bearbeitenden Werkstücks, während zugleich der Korrosionsschutz verbessert wird.

Kühlschmierstoffe werden in nicht-wassermischbare und wassermischbare unterschieden. Nicht-wassermischbare Kühlschmiermittel basieren auf Mineralölen. Je nach Anwendung können die Formulierungen verschiedene Zusätze (Additive) enthalten, welche die Schmierfähigkeit, den Verschleißschutz, den Korrosionsschutz, die Alterungsbeständigkeit und/oder das Schaumverhalten verbessern.

Additivierte Schneidöle Schneidöle

Hierbei handelt es sich um Gemische aus Mineralölen und schmierungsverbessernden Zusätzen. Synthetische Fettstoffe oder natürliche Fettöle wie Palm- oder Rapsöl wirken der Reibung entgegen. Die polare Struktur der Additive sorgt für eine gute Haftung auf der Metalloberfläche. Dadurch bildet sich ein halbfester Schmierfilm, die sogenannte Metallseife.

Nicht-Additivierte Schneidöle

Diese Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind Mineralöle ohne Additive. Aufgrund ihrer eher geringen Kühlwirkung und Druckstabilität eignen sie sich in erster Linie für leicht zu bearbeitende Metalle.

Hochleistungsschneidöle

Als Hochleistungsschneidöle werden Formulierungen aus Mineralölen und EP-Zusätzen (EP = extrem pressure) bezeichnet. Sie kommen dort zur Anwendung, wo es eine erhöhte Flächenpressung aufzunehmen gilt. Ihre Wirkung beruht darauf, dass sich an der Metalloberfläche bei unterschiedlichen Temperaturen Metallsalze bilden, die:

• hohe Drucke aufnehmen können und
• eine geringe Scherfestigkeit aufweisen.

Derartige Metallbearbeitungsflüssigkeiten verringern die Wärmeentwicklung an der Zerspanstelle und verhindern dadurch das unerwünschte Verschweißen der Metallspäne mit der Werkzeugschneide. Nachteilig ist eine gegebenenfalls zersetzende Wirkung auf Metalle.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe

Wassermischbare Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden in emulgierbare und wasserlösliche Kühlschmierstoffe eingeteilt. Emulgierbare Formulierungen werden direkt vor der Anwendung mit Wasser zu einer Emulsion verdünnt. Aufgrund ihres hohen Wasseranteils von 80 bis 98 Prozent gewährleisten sie eine gute Kühlleistung. Der Rostschutz wird durch einen leicht alkalischen Charakter (pH-Wert 8 bis 9,7) sichergestellt.

Emulgatoren dienen dazu, das Öl im Wasser zu dispergieren. Sie bilden einen stabilen Film an den Grenzflächen zwischen Wasser und Öl und verhindern damit das Zusammenfließen der Öltröpfchen. Häufig werden hierfür Alkaliseifen von Fett- oder Naphthensäuren genutzt.

Abhängig von den Zusätzen werden emulgierbare Kühlschmierstoffe folgenderweise unterschieden:

Mehrzweckemulsionen

Mehrzweckemulsionen enthalten neben Mineralölen und Emulgatoren Schauminhibitoren und Korrosionsinhibitoren. Sie sind besonders ergiebig und kostengünstig.

Ölfreie Kühlschmierstoffe

Anstelle von Öl beinhalten ölfreie Kühlschmierstoffe u.a. Polymere. Zusätzlich werden sie mit Wirkstoffen (z. B. Phosphor) legiert additiviert. Diese enthalten feinst zerteilte Partikel, welche die Schmiereigenschaften verbessern.

Hochleistungsemulsionen

Wie Hochleistungsschneidöle basieren auch Hochleistungsemulsionen auf EP-Zusätzen. Die Grundlage hierfür bilden Schwefel-, Phosphor- oder Chlorverbindungen.

Kühlschmierlösungen entstehen durch das Vermischen wasserlöslicher Konzentrate mit Wasser. Sie sind frei von Öl und bestehen aus anorganischen Substanzen wie Natriumnitrit oder Soda sowie Korrosionsinhibitoren.

Für jede Anwendung der richtige Kühlschmierstoff

Die Metallbearbeitung umfasst eine große Bandbreite an Verfahren, die unterschiedlichste Anforderungen an die eingesetzten Metallbearbeitungsflüssigkeiten stellen. Bei der Auswahl des passenden Kühlschmiermittels ist vor allem zu berücksichtigen, ob die Kühlwirkung oder die Schmierwirkung im Vordergrund steht.

Schmierung > Kühlung

Spanende Bearbeitungsverfahren wie Schleifen, Drehen oder Sägen sowie Umformprozesse können Mischreibung erzeugen. Das lässt sich mithilfe von Bohr- und Schneidölen umgehen, die eine besonders hohe Schmierwirkung aufweisen. Die Substanzen sorgen dafür, dass die Oberflächen besser aufeinander gleiten, und verhindern dadurch das Erwärmen des Werkstücks sowie den Werkzeugverschleiß. Damit erhöhen sie die Werkzeuglebensdauer und die Oberflächenqualität, während sie gleichzeitig den Energiebedarf senken.

Entsprechende Metallbearbeitungsflüssigkeiten gibt es in verschiedenen Viskositäten. Niedrig viskose kommen vorrangig beim Honen und Schleifen zum Einsatz, mittelviskose beim Bohren, Drehen, Reiben und Fräsen. Dickflüssige Schneidöle sind die erste Wahl bei schwierigen Zerspanungen.

Kühlung > Schmierung

Bei sehr schnellen Bearbeitungsprozessen wie dem Gewindeschneiden oder dem Tiefbohren entsteht besonders viel Hitze. Diese muss möglichst rasch von der Wirkstelle entfernt werden, um eine Gefügeänderung in den Randschichten von Werkstoff und Werkzeug zu vermeiden. Daher kommt es bei diesen Verfahren vor allem auf eine gute Kühlung an. Diese mindert nicht nur den Verschleiß, sondern erhöht auch die Bearbeitungsgenauigkeit. Hier finden bevorzugt wassermischbare Kühlschmiermittel Verwendung.

Mit nachhaltigen Kühlschmierstoffen Produktionsprozesse umweltfreundlicher gestalten

Viele handelsübliche Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthalten Chemikalien, die eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Gelangen diese Substanzen in die Natur, können sie die Grundwasserqualität beeinträchtigen und Flora und Fauna schädigen. Um das Risikopotenzial so gering wie möglich zu halten, sind beim Einsatz und bei der Entsorgung hohe Arbeitsschutz- und Umweltauflagen zu erfüllen. Vor diesem Hintergrund gewinnen Kühlschmiermittel an Bedeutung, die umweltfreundlich ausgelegt und insbesondere chlorfrei und schwefelfrei sind.

Die Chemische Werke Kluthe GmbH hat verschiedene Produkte im Portfolio, die metallbearbeitenden Unternehmen dabei helfen, alle Umweltauflagen zu erfüllen und ihren ökologischen Fußabdruck insgesamt zu verkleinern.

In der HAKUFORM-Produktgruppe finden sich wassermischbare und nicht-wassermischbare Hochleistungsschmierstoffe, die schwefelfrei und chlorfrei sind und zum Teil auch auf Bor- und Schwermetallverbindungen, (sekundäre) Amine und/oder Formaldehyd-Depots (FAD) verzichten, ohne dabei an Qualität und Leistung einzubüßen. Mit der HAKUFLUID-Serie gibt es außerdem wasserlösliche Kühlschmiermittel, die weder Bor noch FAD oder Öl enthalten.

Darüber hinaus bieten die Kühlschmierstoffe der HAKUFORM-S– und HAKUFORM-SE-Reihen den Anwendern die Möglichkeit, große Mengen an CO2-Äquivalent einzusparen und damit einen wichtigen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz zu leisten. Die Chemische Werke Kluthe GmbH hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Entwicklung nachhaltiger Produkte auf Basis von Daten zum Product Carbon Footprint (PCF) voranzutreiben, indem sie umweltschonende und hochwertige Rohstoffe zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks einsetzt.

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Verschleiß tritt immer dann auf, wenn sich Materialien oder Werkstoffe abnutzen. Bei Abrasion handelt es sich um eine spezielle Form der Abnutzung, die sich durch sogenannte Mikrozerspanung bemerkbar macht. Hohe Abrasivität führt zu einer deutlich verkürzten Lebensdauer von Maschinenteilen, belastet das Material übermäßig und zieht kürzere Wartungsintervalle nach sich. Wie sich abrasiver Verschleiß vermeiden lässt? Das erfahren Sie hier.

Was bedeutet abrasiv?

Der Begriff „abrasio“ stammt aus dem Lateinischen und bedeutet wörtlich übersetzt so viel wie „Abkratzung“. Er beschreibt den Abtrag eines Materials durch Schleifen oder Reiben. Werkstoffprüfer sprechen von einem abrasiven Stoff, wenn er eine schleifende oder reibende Wirkung zeigt, die sich durch eine Glättung, Reinigung oder Abnutzung von Metall oder anderen Stoffen auszeichnet. In der Praxis handelt es sich um Schleifmittel, die zum Einsatz kommen, um Oberflächen zu schleifen oder zu polieren. Jedoch können auch Schmierstoffe wie Öle oder Fette eine ungewollte abrasive Wirkung auf Materialien haben, welche es im Maschinenbetrieb zu vermeiden gilt. Es kommt zu höherem Verschleiß einzelner Maschinenteile. Dieser zieht teure Wartungsmaßnahmen nach sich, die sich durch die Verwendung eines anderen Schmierstoffes zumindest reduzieren ließen. Die Wahl der richtigen Kühlschmierstoffe und Umformschmierstoffe hat erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer einzelner Komponenten. Abrasiver Verschleiß ist neben dem adhäsiven Verschleiß eine der Hauptursachen für den Ausfall von Maschinen mit sich bewegen Teilen.

Was passiert, wenn ein Hilfsstoff abrasiv ist?

Auch ein Schmierstoff kann harte Partikel enthalten, die sich negativ auf die Schmiereigenschaften des Hilfsstoffes auswirken. Besonders minderwertige Fette oder Öle, die längere Zeit im Einsatz sind, neigen mit der Zeit dazu, Klumpen zu bilden, die den schmierenden Eigenschaften der Substanz entgegenstehen. Sobald solche oder andere harte Partikel und sogenannte Rauheitsspitzen in die Randschicht eines Materials eindringen, handelt es sich um Abrasion. Unter dem Mikroskop sind deutliche Merkmale von Mikrozerspanung zu erkennen, die sich in kleinen Kratzer und Ritzungen widerspiegeln. Diese Form des Verschleißes wird auch Furchverschleiß genannt. Der Materialabtrag findet schleichend statt.

Ähnlich wie bei einer Höhle, die über Jahrmillionen durch Wasser und Wind in einen Fels getrieben wurde, dauert es eine Zeit lang, bis sich die Abrasivität eines Schmierstoffes beim Material bemerkbar macht. Stark beanspruchte Maschinenteile wie Getriebe oder Kugel- sowie Nadellager sind besonders betroffen. Die Wahl eines adäquaten Schmiermittels ist essenziell für die Lebensdauer von beweglichen Teilen, welche aufeinander einwirken. Auch gehärtete Maschinenteile wie Zahnräder oder Buchsen sind Abrasion ausgesetzt. Ihre Standzeiten lassen sich durch die Verwendung hochwertiger Öle und Fette deutlich erhöhen, was geringere Wartungs- und Reparaturkosten nach sich zieht.

Wann tritt abrasiver Verschleiß auf?

Es gibt mehrere direkte Ursachen für Verschleiß durch abrasive Kräfte, die sich nachweisen lassen. So kommt es besonders beim Anlaufen einer Maschine und bei plötzlichen Lastwechseln zur Abrasion. Der Grund ist, dass bei geringen Geschwindigkeiten häufig keine ausreichende Trennung zwischen den einzelnen Bauteilen durch die verwendeten Schmierstoffe stattfindet. Häufig handelt es sich um eine Sumpfschmierung, die ihre volle Wirksamkeit erst entfaltet, sobald das Getriebe angelaufen ist. Nicht alle Zahnräder liegen vollständig in Öl und erst die Bewegung der einzelnen Komponenten führt dazu, dass sich der Schmierstoff gleichmäßig im Getriebekasten auf allen Zahnrädern, Wellen und weiteren Bauteilen verteilt. Erst wenn die Maschine eine gewisse Drehzahl erreicht, schützt die Viskosität des Öls das Material vor Abrasion.

Wann ist ein Schmierstoff abrasiv? Bedeutung der Viskosität

Die Viskosität einer Flüssigkeit gibt an, wie zäh- oder dünnflüssig eine Substanz ist. Vereinfacht ausgedrückt gibt die Viskosität an, wie lange eine bestimmte Menge eines bestimmten Stoffes benötigt, um vollständig durch die Öffnung eines Trichters mit einem fest definierten Durchmesser zu laufen. Dies lässt einen direkten Vergleich von unterschiedlichen Flüssigkeiten und ihren Schmiereigenschaften zu. Übermäßiger Verschleiß kann eine Folge der Verwendung von Schmierstoffen mit zu geringer Viskosität sein. Ist das Öl zu dünnflüssig, ist es nicht in der Lage, die Reibepartner ausreichend voneinander zu trennen. Denn auch wenn Zahnräder und bewegliche Teile in unmittelbarer Nähe zueinander scheinbar ineinander greifen, sorgen die verwendeten Schmierstoffe dafür, dass das Material nicht direkt aufeinander reibt. Öl oder Fett bildet eine dünne Schicht zwischen den Reibepartner und schützt das Metall dauerhaft vor zu hoher Abnutzung.

Abrasiver Verschleiß lässt sich durch die Nutzung sogenannter Anti-Wear-Additive für Öle deutlich reduzieren. In der Praxis schützen diese Additive das Material während der Grenzschmierung zusätzlich. Auch hohe Temperaturen begünstigen ein Absinken der Viskosität eines Öls. Sobald es zu einer unzureichenden Trennung der Reibepartner kommt und sich der Hilfsstoff abrasiv verhält, sorgen Anti-Wear-Additive kurzzeitig für den ausreichenden Schutz der einzelnen Komponenten.

Abrasiver Verschleiß durch Partikel im Schmierstoff

Eine weitere häufige Ursache für den Verschleiß von Maschinenteilen, die bereits geschmiert werden, sind harte Partikel, die sich im Öl oder im Fett befinden. Die mikroskopisch kleine Teilchen besitzen in etwa die Größe des Schmierfilmes, der das Metall vor zu hohem Verschleiß schützen soll. Durch ihre geringe Größe gelangen sie zwischen den Spalt der Reibepartner und machen die Schmiereigenschaften des Öls zunichte.

Abrasive Abnutzung feststellen

Um festzustellen, ob eine Maschine von Abnutzung durch Abrasion betroffen ist, sollte zuerst eine Sichtprüfung stattfinden. Mikroskopische Schäden lassen sich so jedoch nicht erkennen. Eine Ölanalyse schafft in solchen Fällen Gewissheit. Sie zeigt zuverlässig an, ob sich Fremdkörper im Öl befinden und ob Anlass zum frühzeitigen Ölwechsel besteht.

Abrasiven Verschleiß vermeiden

Bereits während der Entwicklung einer Maschine lässt sich abrasiver Verschleiß durch einen genauen Blick auf die Materialauswahl der einzelnen Maschinenelemente reduzieren. Die Verbindung von Metall mit Kunststoffen, Keramiken oder einem anderen Material verringert die Abrasivität deutlich.

Bereits während des Einfüllens von Ölen sollten diese zusätzlich gefiltert werden. Auch während des Betriebs ist die fortlaufende Filterung der Anlage sinnvoll. Ölwechselintervalle sind in jedem Fall einzuhalten, wobei nur zertifizierte und hochwertige Öle Verwendung finden dürfen, die für die hohen Belastungen während des Betriebs der Maschine ausgelegt sind. Neue Maschinen sollten vor Inbetriebnahme einer Spülung unterzogen werden, um fremdes Material und selbst kleinste Partikel zu entfernen. Luken und Anschlüsse der Maschine sind möglichst geschlossen zu halten, um Fremdkörper fernzuhalten.

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