Kühlschmierkonzept fürs Schleifen bietet enormes Leistungspotenzial

Schleifen ist ein komplexes Zusammenspiel von Maschine, Werkstück, Schleifwerkzeug, Prozessstellgrößen, Randbedingungen und Kühlschmierstoff. Als Entwickler und Hersteller von Kühlschmierstoffen bietet die Carl Bechem GmbH in Hagen seit vielen Jahren Kühlschmierstoffe für die Metallzerspanung mit definierter und undefinierter Schneide an. Berufluid ist ein neues Kühlschmierkonzept, das neben herausragenden Produktmerkmalen auch noch Eigenschaften aufweist, die vor dem Hintergrund aktueller Rohstofffragen von strategischer Qualität für Unternehmen in der Metallbearbeitung sein können.

Kühlschmierstoffe stoßen an prozessbedingte Grenzen

Bei konventionellen nicht wassermischbaren und wassermischbaren Kühlschmierstoffen dominieren je nach Aufbau die Kühlungs- oder die Schmierungseigenschaften des Kühlschmierstoffs. Beide Systeme stoßen aber auf prozessbedingte Grenzen. Im Markt müssen die konventionellen Medien steigende Anforderungen hinsichtlich Leistung, Ökologie und Nachhaltigkeit ebenso erfüllen wie den Ersatz von Mineralöl.

Das Kühlschmierkonzept Berufluid vereint die positiven Eigenschaften der bisher gängigen Basisfluide Öl und Wasser und kann somit als eigenständiges Grundmedium betrachtet werden. Viskoses Wasser bildet mit seinen ölartigen Schmierungseigenschaften und seinen hervorragenden Kühlungseigenschaften die Basis für den Aufbau dieser neuen Schmierstoffgeneration.

Neuer Kühlschmierstoff ermöglicht exzellente Zeitspanvolumina beim Werkzeugschleifen

Aufgrund der sehr guten Produkteigenschaften werden bei Werkzeugschleifoperationen mit Berufluid bei anspruchsvollen Hartmetallanwendungen exzellente Zeitspanvolumina erreicht, die weder mit Schleifölen noch mit Schleiflösungen zu erzielen sind. Der Werkzeugverschleiß wird deutlich reduziert. Die Viskosität des neuen Mediums kann für jeden gewünschten Bearbeitungsprozess optimal eingestellt werden, um ein ideales Zusammenwirken von Kühlung und Schmierung zu erzielen.

Das nachfolgende Beispiel „Nutenschleifen“ bei der Herstellung von Schaftfräsern zeigt das enorme Leistungspotenzial. Im Allgemeinen werden bei dem zeit- und kostenintensiven Fertigungsschritt Nutenschleifen von Vollhartmetall (K 10) mit Diamantscheiben prozesssicher Zeitspanvolumina Q’w von 3 bis 7 mm3/mms erreicht.

Dabei werden sowohl wassergemischte als auch nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (KSS) eingesetzt, ohne dass zwischen den beiden Medien ein signifikanter Leistungsunterschied beobachtet werden kann. Für diesen Prozess hat Bechem die Leistungsgrenzen beim Schleifen mit Diamantscheiben für die eingesetzten Kühlschmierstoffsysteme Emulsionen/Lösungen, Schleiföl und Berufluid ermittelt und gegenübergestellt:

-Emulsionen oder Lösungen: 16 Nuten mit Qw = 5 mm3/mms (Maximum),

-Schleiföl (V40, etwa 7 mm2/s): 16 Nuten mit Qw = 10 mm3/mms (Maximum),

-Berufluid: 40 Nuten mit Qw = 15 mm3/mms.

Neuer Kühlschmierstoff verringert Verschleiß der Schleifscheibe

Der Verschleiß der Schleifscheibe belief sich nach 40 Nuten auf maximal 0,02 mm. Auf Basis dieser Leistungsdaten wurden die ersten Praxisversuche durchgeführt, die eindrucksvoll bestätigten:

-Beispiel 1: Herstellung von Vollhartmetallbohrern mit 13 mm Durchmesser, einer Nuttiefe von 4,96 mm, der Vorschub in der Nut beträgt 146 mm/min, das Zeitspanvolumen Q‘ = 12 mm3/mms.

-Beispiel 2: Herstellung von Vollhartmetallschaftfräsern mit 20 mm Durchmesser, einer Nuttiefe von 4,0 mm, der Vorschub in der Nut beträgt 190 mm/min, das Zeitspanvolumen Q‘ = 13 mm3/mms.

Durch diese Anwendung in der Praxis konnte die Leistungsfähigkeit für die Herstellung von Vollhartmetallbohrern und -fräsern bestätigt werden. Im Vergleich zur konventionellen Fertigung konnten Steigerungen des Zeispanvolumens von über 30% produktionssicher erzielt werden, ohne Änderungen des Prozesses durchzuführen.

Kühlschmierstoff reduziert Verschleiß und Normalkräfte beim Schleifen

Die mit Berufluid erzielbaren, deutlich höheren Zeitspanvolumina tragen nach Aussagen der Bechem-Entwickler zusammen mit der Verlängerung der Werkzeugstandzeit zu einer Optimierung der Prozesswirtschaftlichkeit bei. Die Vorteile von Berufluid sind sehr niedrige Normalkräfte, reduzierter Scheibenverschleiß, keine Probleme mit Ölnebeln, optimales Schleifverhalten sowie extreme Kühlfähigkeit.

Der Einsatz von Berufluid bietet weitere deutliche Vorteile für den Anwender. Beim Schleifen von Hartmetall kommt es zu keinerlei Kobaltauswaschungen. Des Weiteren ermöglicht das neue Kühlschmierkonzept eine vereinfachte Teilereinigung durch die hervorragende Reinigungs- und Spülwirkung des Produktes.

Neuer Kühlschmierstoff kommt ohne Bakterizide aus und bildet keine Ölnebel

Berufluid bietet zudem ein erhöhtes Maß an Sicherheit und Hygiene am Arbeitsplatz, denn die Verwendung von Bakteriziden ist nicht erforderlich und problematische Aerosole wie Ölnebel können bei nicht entflammbarem viskosem Wasser nicht auftreten. Das bedeutet auch, dass die beim Einsatz von Schleifölen grundsätzlich immer vorhandene Brand- und Explosionsgefahr bei Berufluid nicht gegeben ist und somit kostspielige Brand- und Explosionsschutzmaßnahmen einschließlich der Versicherungsaufwendungen eingespart werden können. Ähnlich wie andere wassergemischte Kühlschmierstoffe lässt sich Berufluid mit dem Refraktometer überwachen. Das Produkt erfüllt die TRGS 611 problemlos.

Die Themen Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Energieressourcen werden in immer schnelleren Schritten fester Bestandteil der Geschäfts- und Produktpolitik vieler Industrieunternehmen. Neben den beschriebenen klassischen Leistungsparametern des neuen Kühlschmierkonzeptes kommt dem Aspekt „mineralöfrei“ zunehmend besondere Bedeutung bei. Der extreme Anstieg der Rohstoffkosten, speziell der energie- und mineralölabhängigen Faktoren, hat in letzter Zeit deutlich gemacht, welchen großen Herausforderungen viele Unternehmen in der Zukunft gegenüberstehen.

Produktionsprozesse können mit neuem Kühlschmierstoff verbessert werden

Die Endlichkeit der Ressource Mineralöl wird sich auch auf Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe auswirken, vor allem dort, wo Produkte mit hohem Mineralölanteil oder nahezu ausschließlich auf Mineralölbasis zum Einsatz kommen. Zurückgehende Ölförderkapazitäten, politische Unwägbarkeiten, möglicherweise schlechte Rohölqualitäten weisen auf Risiken hinsichtlich Verfügbarkeit, Preisentwicklung und sogar Produkteigenschaften dieses wertvollen Roh-, Betriebs- und Schmierstoffs hin.

Der metallverarbeitende Betrieb, der frühzeitig von Öl auf nichtmineralölbasierte Schmierstoffsysteme umstellt, verschafft sich einen doppelten strategischen Vorteil: einerseits, indem er dazu beiträgt, dass der Betrieb weniger den Folgen nicht vorhersehbarer Preisausschläge im Beschaffungsbereich ausgesetzt ist, andererseits, indem er seinem Unternehmen durch Anwendung der neuen Technologie einen Know-how-Vorsprung verschafft.

Mineralölfreier, wasserbasierter Kühlschmierstoff eröffnet neue Möglichkeiten

Diese modernen Unternehmen können sich frühzeitig noch ohne erhöhten Anpassungsdruck auf zukunftsweisende technologische Alternativen einstellen. Zusätzlich kann ein Unternehmen diesen Technologievorsprung mit Blick auf die energetische Verbesserung seines Prozesses (Verkürzung der Bearbeitungszeit, Verlängerung der Werkzeugstandzeiten) als Verkaufsargument benutzen. Diese Chancen bieten ihm mineralölfreie wasserbasierte Lösungen.

In diesem Anwendungsbereich unterstreicht Bechem seine Pionierleistungen auf dem Sektor Kühlschmierstoff. Gerade bei der Anwendung Schleifen ist das Unternehmen besonders weit, weil man sich zu Beginn des Entwicklungsprojektes auf Schleifanwendungen konzentrierte. Bechem zeigt sich aber auch bei anderen Anwendungen in der Zerspanung und Umformung aktiv und das mit hochinteressanten Perspektiven.

Dr. Heinz Dwuletzki ist Leiter Labor und Technik Metallbearbeitung der Carl Bechem GmbH in 58089 Hagen.