Metall ist ein Werkstoff, der bei Bearbeitungsprozessen wie Bohren, Sägen oder Fräsen hohe Temperaturen und Kräfte erzeugt. Um diese Herausforderungen zu bewältigen und die Arbeit mit diesem robusten Material zu erleichtern, sind Schmiermittel erforderlich, die nicht nur kühlen, sondern auch reibungslose Arbeitsabläufe ermöglichen.
Kühlschmierstoffe spielen eine entscheidende Rolle dabei, die Lebensdauer von Werkstücken und Bearbeitungswerkzeugen zu verlängern und sie weniger zu beanspruchen.
Schmierung und Reinigung
In der Metallbearbeitung sollen Kühlschmierstoffe einen kontinuierlichen Schmierfilm erzeugen, der die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück minimiert. Um die erzeugte Hitze abzuleiten, sind hohe Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Verdampfungswärme erforderlich.
Zusätzlich dient die Schmierflüssigkeit zur Reinigung, indem sie Späne und lose Partikel aus dem Arbeitsbereich entfernt. Darüber hinaus muss sie vor Korrosion schützen.
Normen und Kategorien
Kühlschmierstoffe sind in Deutschland gemäß DIN 51835 standardisiert. Zunächst wird zwischen wassermischbaren und nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen unterschieden.
Laut einer Studie des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) von Juni 2017 werden in etwa 90 % der industriellen Prozesse bei der spanenden und umformenden Metallbearbeitung wassermischbare Kühlschmierstoffe eingesetzt. Diese unterteilen sich weiter in mineralölhaltige, vollsynthetische oder biobasierte Varianten.
Emulsionen und Lösungen
Wassermischbare Kühlschmierstoffe liegen in der Regel als Emulsion vor, einer fein verteilten Mischung von normalerweise nicht mischbaren Flüssigkeiten, die ohne sichtbare Entmischung auskommen. Dies erfordert Emulgatoren und gegebenenfalls Zusätze wie Korrosionsschutzmittel und Mikrobenbekämpfungsmittel.
Lösungen hingegen bestehen aus Grundstoffen, die von Natur aus wasserlöslich sind.
Mineralölhaltige wassermischbare Kühlschmierstoffe
Konventionelle Mineralöle sind die am häufigsten verwendeten Grundöle. Sie werden durch Destillation und Raffination aus Erdöl gewonnen und enthalten unterschiedliche Kohlenwasserstoffe mit aromatischen, paraffinhaltigen und naphthenischen Eigenschaften. Für normale und weniger anspruchsvolle Anwendungen sind sie oft die erste Wahl.
Vollsynthetische wassermischbare Kühlschmierstoffe
Synthetische Grundöle erfordern aufgrund ihrer Herstellungsprozesse, die ungesättigte Kohlenwasserstoffe synthetisieren, einen höheren Aufwand und sind daher kostspieliger. Sie bieten jedoch verbesserte Eigenschaften und sind besonders temperaturstabil, was sie für spezielle Anwendungen attraktiv macht.
Biobasierte wassermischbare Kühlschmierstoffe
Biobasierte Kühlschmierstoffe werden aus pflanzlichen oder tierischen Rohstoffen gewonnen, sind umweltfreundlicher und weisen oft eine bessere Ökobilanz auf. Sie haben jedoch eine kürzere Haltbarkeit und können je nach Anforderungen Vor- und Nachteile haben.
Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe
Diese Kühlschmierstoffe, oft als Bohr- und Schneidöl bezeichnet, ähneln in ihrer Wirkung wassermischbaren Produkten. Sie basieren auf Mineralölen, Hydrocrack-Ölen, Gas-to-Liquids-Produkten, Polyalphaolefinen oder Ester-Ölen und werden aufgrund ihrer Viskosität häufig für Schmierzwecke verwendet.
Bei ihrer Anwendung sind jedoch zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich.
Zusatzstoffe und Ergänzungen
Zusätzlich zu Antioxidationsmitteln und Bioziden werden oft Silikonpolymerisate hinzugefügt, um die Schaumbildung zu reduzieren. Schaum mindert die Schmierwirkung und wirkt isolierend, was die Kühlung des bearbeiteten Metalls beeinträchtigen kann. Silikonpolymerisate können auch Sauerstoff einschließen und so die Korrosionsgefahr erhöhen. Antinebelzusätze werden verwendet, um die Bildung von Nebel zu minimieren und das Risiko von Entzündungen zu reduzieren.
Fazit
Kühlschmierstoffe spielen eine entscheidende Rolle in der Metallbearbeitung, da sie die Wirtschaftlichkeit und Produktivität steigern. Sie schützen Material und Werkzeuge, verlängern deren Lebensdauer und tragen zur Effizienz der Arbeitsprozesse bei.
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