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Effizienzschub aus der Kaltluftdüse

Kühlschmierstoffe sind ein Schlüssel zu hoher Produktivität und Prozesssicherheit
Effizienzschub aus der Kaltluftdüse

Die Art, wie Kühlschmierstoff der Zerspanstelle zugeführt wird, beeinflusst Werkzeugverschleiß, Spanbildung und Prozesssicherheit. Zielgerichtet mit hohem Druck, hat diese Zufuhr gegenüber der Überflutungskühlung viele Vorteile. Relativ jung ist der Einsatz kalter Medien. Die sogenannte Kryokühlung senkt die Bearbeitungszeiten schwerzerspanbarer Werkstoffe.

Kühlschmierstoffe (KSS) werden heute noch in vielen Unternehmen eher als notwendiges Übel, denn als ein wichtiges Produktionsmittel angesehen. Die Gründe hierfür sind vielfältig: Sie reichen vom typischem Montagsgeruch über KSS-Dämpfe, nasse und tropfende Werkstücke und Werkzeuge, die den Arbeitsplatz und die Mitarbeiter belasten bis hin zu den Kosten, die sie bei ihrem Einsatz, ihrer Pflege und Entsorgung verursachen.

Dies wird dem hohen Leistungspotenzial moderner Kühlschmierstoffe und KSS-Konzepte bei weitem jedoch nicht mehr gerecht. Durch die Wahrnehmung ihrer Hauptaufgaben – dem Kühlen, Schmieren und Abtransport der Späne von der Bearbeitungsstelle – tragen Kühlschmierstoffe vielmehr ganz wesentlich dazu bei, moderne Hochleistungsprozesse zu realisieren. Bei zahlreichen Bearbeitungsaufgaben sind sie Voraussetzung und Garant, um hohe Bauteilqualitäten und lange Werkzeugstandzeiten bei gleichzeitig hoher Produktivität und Prozesssicherheit zu erzielen.
Heute regelt eine Vielzahl von nationalen und internationalen Vorschriften die Herstellung, den Einsatz und die Entsorgung von Kühlschmierstoffen. Die Kenntnis der aktuellen Gesetzgebung und der sich daraus ableitenden Auflagen und Pflichten ist für die Anwender von KSS heute wichtiger denn je.
Die von den KSS-Herstellern angebotenen modernen Kühlschmierstoffe erfüllen die an das KSS-Konzentrat und dessen Inhaltsstoffe gestellten Auflagen. Zum Schutz der vor Ort mit den Kühlschmierstoffen befassten Mitarbeiter ist es jedoch unerlässlich, dass die Werkzeugmaschinen mit einer angepassten Anlagentechnik versehen und die Kühlschmierstoffe optimal gepflegt werden. Dem KSS-Management kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu. Nur optimal gepflegte Kühlschmierstoffe können über lange Standzeiten ihre volle technologische Wirkung entfalten und damit einen Beitrag zur Kostensenkung leisten.
Angeboten wird heute eine breite Palette von KSS-Medien. Diese umfassen wassergemischte Produkte wie Emulsionen und Lösungen auf der einen und nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe aus Mineralölen oder synthetischen Esterölen auf der anderen Seite. Emulsionen haben in der Zerspantechnik mit einem Anteil von circa 90 % am gesamten KSS-Aufkommen mengenmäßig die größte Bedeutung. Sie zeichnen sich durch eine Vielzahl von Eigenschaften aus, die sie als Kühlschmierstoff für den Einsatz in der spanenden Fertigung prädestinieren. Hierzu zählen vor allem ihre gute Kühl- und Spülwirkung sowie der geringe Reinigungsaufwand für Werkstücke, Werkzeuge und Späne. Neben dem meist mineralölbasierten Konzentrat enthalten sie noch eine Reihe weiterer Zusätze, wie Emulgatoren, Korrosionsinhibitoren, Biozide und Fungizide. Der hohe Pflegeaufwand, die mit ihrem Einsatz verbundenen Arbeitsplatz- und Umweltprobleme haben in der Vergangenheit zu einer stetigen Weiterentwicklung und Verbesserung der KSS-Konzentrate durch die Hersteller geführt, aber auch zu Überlegungen, Bearbeitungsoperationen, sofern wirtschaftlich machbar, trocken oder unter Einsatz einer Minimalmengenschmierung durchzuführen oder Emulsionen durch nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe zu ersetzen.
Gegenüber Emulsionen zeichnen sich nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe durch eine bessere Schmierwirkung, vor allem aber durch wesentlich geringere Pflege-, Wartungs- und Entsorgungskosten aus. Ihre Standzeiten sind praktisch unbegrenzt. Aus arbeitsmedizinischer Sicht stellt die bessere Hautverträglichkeit der Öle einen weiteren wesentlichen Vorteil dar. Nachteile sind jedoch die höheren Erstbefüllungs- und Nachfüllkosten, die Neigung zur Dampf- und Nebelbildung, die gute Haftung des Öls an den Werkstücken sowie die Brand- und Explosionsgefahr.
Beim Zerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide unter Verwendung von Ölen als Kühlschmierstoff werden mit einem Anteil von circa 90 % heute überwiegend Mineralöle mit entsprechender Additivierung eingesetzt. Mineralöl ist jedoch eine begrenzte Ressource und weist zudem eine schlechte biologische Abbaubarkeit auf. Eine Alternative zu den Mineralölen sind synthetische Esteröle aus nachwachsenden Rohstoffen. Im Vergleich zu Schmierstoffen auf Mineralölbasis haben sie nicht nur ökologische Vorteile, in zahlreichen Anwendungsfällen sind sie ihnen auch technologisch überlegen.
Neben der Auswahl des auf die jeweilige Bearbeitungsoperation optimal abgestimmten KSS-Mediums beeinflusst auch die Art der KSS-Zuführung ganz entscheidend Werkzeugverschleiß, Spanbildung und Prozesssicherheit. Besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang der zielgerichteten Zuführung des Kühlschmierstoffs zur Zerspanstelle mit hohem Druck (Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr: HD-KSS-Zufuhr) zu. Der mit hohem Druck und Volumen der Zerspanstelle zugeführte KSS bewirkt im Vergleich zur konventionellen Überflutungskühlung eine bessere Abfuhr der im Prozess generierten Wärme, einen besseren Spanbruch und einen sichereren Spanabtransport. Hieraus resultieren ein geringerer Werkzeugverschleiß und längere Werkzeugstandzeiten, was die Möglichkeit eröfnet, die Schnittgeschwindigkeit zu steigern. Kurzbrechende Späne bedingen eine hohe Prozesssicherheit. Insbesondere bei schwerzerspanbaren und zu Langspanbildung neigenden Werkstoffen kann der Einsatz einer HD-KSS-Zufuhr zu einer signifikanten Steigerung von Produktivität und Prozesssicherheit führen (siehe Bild links).
Ein noch relativ junger Ansatz ist die Zuführung von kalten Medien zur Zerspanstelle. Dies kann kalte Luft, CO2-Schnee oder flüssiger Stickstoff (siehe Bild oben) sein. Die Vorteile der Kryokühlung sind reduzierte Zerspantemperaturen und ein deutlich geringerer Werkzeugverschleiß. Vor allem bei schwerzerspanbaren Werkstoffen, wie etwa den in der Luftfahrt und im Triebwerksbau in immer größerem Umfang eingesetzten Titanlegierungen, ermöglicht die Kryotechnik die Anwendung höherer Schnittparameter und damit eine Reduzierung von Bearbeitungszeiten.
Viele Anwender stehen vor dem Problem, aus der Vielzahl an Möglichkeiten das für ihre speziellen Anwendungen optimale KSS-Medium und -Konzept auszuwählen. Hilfestellung und praktische Hinweise hierzu geben namhafte Experten aus Wirtschaft und Forschung, die auf der 2. Aachener Kühlschmierstoff-Tagung (siehe Kasten) über wesentlichen Aspekte eines ökonomischen und ökologischen Einsatzes von Kühlschmierstoffen in der spanenden Fertigung berichten und durch Praxisbeispiele ergänzen.
Prof. Dr. Fritz Klocke, Dr.-Ing. Klaus Gerschwiler, Hubertus Sangermann WZL der RWTH Aachen

Einblicke in Anwendungsfelder von morgen

2. Aachener Kühlschmierstoff-Tagung

Kühlschmierstoffe sind in der spanenden Fertigung bei vielen Bearbeitungsoperationen nach wie vor unverzichtbar. Neben den technologischen Vorteilen, die Kühlschmierstoffe bieten, ist ihr Einsatz mit hohen Kosten verbunden. In dem Seminar zeigen Experten praxisnahe Lösungen für einen ökonomischen und ökologischen Einsatz von Kühlschmierstoffen in der Fertigung. Teilnehmer können sich über aktuelle Entwicklungen im Umgang mit Kühlschmierstoffen informieren und erhalten Einblicke in Anwendungsfelder von morgen.
Grundlegende Themenstellungen sind:
Technologische Aufgaben von Kühlschmierstoffen / Kühlschmierstoffarten / Gesetzliche Regelungen / Instandhaltung, Reinigung und Pflege / Kühlschmierkonzepte in der Zerspanung / Arbeitsschutz und Umweltschutz
Ein Seminar für:
Fach- und Führungskräfte aus den Bereichen Produktion, Fertigung Arbeitsvorbereitung und Entwicklung; Sicherheitsfachkräfte; Personen, die im Betrieb für das Fluidmanagement verantwortlich sind.
Die Tagung wird vom WZL der RWTH Aachen in Kooperation mit dem VSI – Verband Schmierstoff-Industrie e. V. veranstaltet und findet am WZL in Aachen statt.
Weitere Informationen finden Sie unter www.wzlforum.de
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