Hauptfunktionen und Klassierung der Kühlschmierstoffe Markus Kühni, Leiter Kundendienst Blaser Swisslube AG Winterseistrasse 3415 Hasle-Rüegsau Tel: 034 460 01 01 e-mail: contact@blaser.com
Warum braucht es Kühlschmierstoffe? Dank Kühlschmierstoffen erreicht man höhere Schnittgeschwindigkeiten / kürzere Bearbeitungszeit höhere Produktivität höhere Werkzeugstandzeit / weniger Werkzeugwechsel geringere Werkzeugkosten bessere Oberflächenqualität / keine Nachbearbeitung höhere Produktivität 2
Die Hauptfunktionen 3
Die verschiedenen Aufgaben des Kühlschmierstoffes Aufgaben Hauptanforderung Kühlen-- Transport Transport der der Wärme, Wärme, höhere höhere Genauigkeit Genauigkeit Schmieren-- Reibung Reibung reduzieren, reduzieren, höhere höhere Schnittgeschwindigkeit Schnittgeschwindigkeit Spülen-- Spänetransport, Spänetransport, bessere bessere Oberflächenqualität Oberflächenqualität Zusatzanforderung Korrosionsschutz Korrosionsschutz Einfache Handhabung Einfache Handhabung Langzeitstabilität Langzeitstabilität Schaumarm Schaumarm Sicher für Mensch und Umwelt Sicher für Mensch und Umwelt Maschinenverträglichkeit Maschinenverträglichkeit 4
Die Temperaturverteilung in Werkstück, Span und Werkzeug Werkstück Werkzeug Span C 30 80 130 300 310 380 400 450 500 600 650 800-1000 5
Die Wärmeabfuhr in Werkstück, Span und Werkzeug Werkstück Span Werkzeug 6
Wasser, das ideale Kühlmedium Wasser Öl W:Öl Spezifische Wärmekapazität (J/g*K) 4,2 1,9 2:1 Wärmeleitfähigkeit (W/m*K) 0,6 0,1 6:1 Verdampfungswärme (kj/g) 2,3 0,2 11:1 7
Oel das ideale Schmiermedium Oel bildet einen stabilen Schmierfilm Oel verbessert das Gleiten Oel verhindert oder reduziert die Reibung Heute werden Mineralöle (verschiedene Qualitäten) Pflanzenöle Syntheseöle als Basisöle für Schmierstoffe eingesetzt 8
Die Emulsion als ideale Kombination von Wasser und Öl Wasser als Kühlmittel Oel als Schmiermittel Emulgator um die beiden Phasen mischbar zu machen Wasser Öltropfen daher der Begriff : wassermischbare Kühlschmierstoffe 9
Die Anwendung weist den Weg zum optimalen Produkt Priorität Kühlen Priorität Schmieren Voll-Synthet Halb-Synthet Emulsion Schneidöl Ölgehalt 0 % 30 % ca. 50 % 100 % 10
Operationen haben unterschiedliche Anforderungen Emulsion Priorität Kühlen Bohren Drehen Fräsen Formen Reiben Räumen Priorität Schmieren Schneidöl 11
Vor- und Nachteile der Emulsionen und Schneid-/Schleiföle Emulsionen (wassermischbar) + bessere Kühlleistung dank Wasser + geringere Rohstoff-Einstandskosten - höherer Pflegeaufwand Schleif- und Schneidöle + bessere Schmierleistung + keine Biozide - höheres Brandrisiko 12
Zusatzanforderung: Schutz vor Korrosion Schutz der Maschine (Ferrokorrosion) Schutz der Werkstücke Grauguss Stahl Aluminium Messing und Kupfer Schutz während Bearbeitung, aber kein Lagerkorrosionsschutz 13
Zusatzanforderung: Langzeitstabil was heisst langzeitstabil? keine Veränderung während dem Gebrauch keine Trennung der Emulsion gute Biostabilität besonders wichtig in Zentralanlagen langzeitstabil im Normalfall ohne Additivzugabe Einschränkung: die Wasserqualität beeinflusst die Langzeitstabilität die Emulsionspflege verbessert die Langzeitstabilität 14
Zusatzanforderung: Sicher für Mensch und Umwelt Sicherheit für Mensch und Umwelt hat heute eine hohe Bedeutung Verzicht auf kritische Rohstoffe freiwillige Verträglichkeitstests der Produkte gute Verträglichkeit dank periodischer Überwachung Transparente Produktdokumentation Produktdatenblatt mit klaren Angaben Sicherheitsdatenblatt in der Landessprache Wichtige Informationen auf den Etiketten 15
Zusatzanforderung: Schaumarm unter Belastung Voraussetzung für einen stabilen Prozess ist ein schaumarmes Produkt unter mechanischer Belastung Kritisch ist der feine Mikroschaum, ähnlich Rasierschaum (grobblasiger Schaum ist weniger kritisch, weil er schneller zerfällt) In vielen Produkten beeinflusst die Wasserhärte den Schaum stark geringe Härte hohe Härte starke Schaumneigung geringe Schaumneigung Hohe Emulsionskonzentration führt zu höherer Schaumneigung 16
Zusatzanforderung: Maschinenverträglichkeit Lacke und Anstriche sollen nicht angegriffen werden Abdichtungen und Kabel sollen nicht angegriffen werden In der Richtlinie VDI 3035 sind Materialien empfohlen, die im Maschinenbau bei Kontakt mit Kühlschmierstoff verwendet werden sollen Kühlschmierstoffe werden in der Entwicklungsphase getestet, ob sie gegen die erwähnten Kunststoffe und Anstriche beständig sind. 17
Zusatzanforderung: Einfache Handhabung Ein Kühlschmierstoff soll mit wenig Pflegeaufwand funktionieren einfach anmischbar mit Wasser kontrollierbar durch Messung von Konzentration und ph-wert kein Steuern (nachschärfen) mit Additiven 18
Wie lässt sich der perfekte Kühlschmierstoff beschreiben? gute Schneidleistung auf allen Materialien guter Korrosionsschutz auf Guss, Messing, Aluminium gute Haut- und Schleimhautverträglichkeit schaumarm auch unter Hochdruck lässt sich mit jeder Wasserqualität stabil einmischen bildet eine langzeitstabile Emulsion scheidet das Fremdöl vollständig an der Oberfläche ab 19
Die Klassierung 20
Ein kurzer historischer Abriss 1955 Borwasser mit viel Mineralöl, häufig mit Nitrit als Korrosionsschutz 1965 1975 1985 1995 2005 Neue Generation: Produkte mit Borsäure und Diethanolamin für bessere mikrobiologische Stabilität Die TRGS 611 beschränkt in Deutschland die Verwendung von sekundären Aminen (Gefahr der Nitrosaminbildung) Die EU Biozid Richtlinie reduziert die möglichen bioziden Wirkstoffe für den Einsatz in Kühlschmierstoffen dramatisch 21
Begriffsbestimmungen Kühlschmierstoffe sind flüssige Zubereitungen zum Kühlen, Schmieren und Spülen bei Fertigungsverfahren der spanenden und umformenden Bearbeitung. Wassermischbare Kühlschmierstoffe ( wm-kss ) Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe ( nwm-kss ) Wassergemischte Kühlschmierstoffe Details siehe DIN 51521 Details siehe DIN 51520 Wm-KSS gemischt mit Wasser 22
Die Klassierung der Kühlschmierstoffe Kühlschmierstoffe wassermischbar nicht wassermischbar Bor-Aminfrei hoch Mineralöl Halbsynthet Mineralöl Esteröl Esteröl Prod. Vollsynthet 23
Die Schneid- und Schleiföle (nicht wassermischbar) Kühlschmierstoffe wassermischbar nicht wassermischbar Bor-Aminfrei hoch Mineralöl Halbsynthet Mineralöl Esteröl Esteröl Prod. Vollsynthet 24
Schneid- und Schleiföle (nicht wassermischbar) diese Oele werden in der angelieferten Form eingesetzt die wichtigsten Bestandteile sind Basisöl Schmierfilmbildende Additive Schauminhibitoren Korrosionsinhibitoren Alterungsschutz Additive 25
Die wassermischbaren Kühlschmierstoffe Kühlschmierstoffe wassermischbar nicht wassermischbar Bor-Aminfrei hoch Mineralöl Halbsynthet Mineralöl Esteröl Esteröl Prod. Vollsynthet 26
Hauptgruppen wassermischbare Kühlschmierstoffe Bor- und Aminfrei Hoch mineralölhaltig Halb- Syntheten Voll- Syntheten Esteröl Produkte Vorteile für Alu Bearbeitung Mineralöl- Emulsionen Reduzierter Mineralölgehalt Frei von Mineralöl Esteröl statt Mineralöl > 45% > 45% 30% 0 % 27
Wassermischbare Kühlschmierstoffe Konzentrate werden mit Wasser gemischt und bilden O/W (Öl in Wasser) Emulsionen Mineralölhaltige Kühlschmierstoff-Konzentrate enthalten als wichtigste Bestandteile: Basisöl (Mineralöl) Emulgatoren Schmierfilmbildende Additive Schauminhibitoren Korrosionsinhibitoren Biozide 28
Halb-Syntheten Die wichtigsten Bestandteile der Halb-Syntheten sind: Basisöl (ca. 30% Mineralöl) Emulgatoren Amine Borsäure Schmierfilmbildende Additive Schauminhibitoren Korrosionsinhibitoren Biozide 29
Voll-Syntheten Die wichtigsten Bestandteile der Voll-Syntheten sind: Wasser (Trägermedium) Schmierfilmbildende Additive Amine Schauminhibitoren Korrosionsinhibitoren Biozide 30
Esterölbasierte Produkte Der wesentliche Unterschied liegt im Basisöl Mineralöl: unpolares Molekül Esteröl: polares Molekül hydrophob hydrophil hydrophob dichter, reissfester Schmierfilm Werkstückoberfläche Werkstückoberfläche 31
Bevorzugte Einsatzgebiete der Produktegruppen Bor und Aminfrei Hoch Mineralölhaltig Halb-Syntheten Gute Schmierung Gute Verträglichkeit auf Aluminium Universalprodukte Können hohe Additivmengen aufnehmen Gute mikrobiologische Stabilität Spülaktiv Voll-Syntheten Saubere Prozesse Gute Sicht auf Schneidkante Esteröl Produkte Nachwachsende Rohstoffe Hohe Zerspanungsleistung 32
Zusammenfassung der Kühlschmierstoff erhöht die Produktivität dank schnellerer Bearbeitung geringerer Werkzeugkosten der Kühlschmierstoff muss schmieren kühlen spülen man unterscheidet wassermischbare nicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe 33