Aufgaben und Arten der Kühlmittel

Die Anforderungen an Kühlschmierstoffe (KSS) sind aufgrund neuentwickelter Werkstoffe, moderner Bearbeitungsmaschinen, größeren Schnittgeschwindigkeiten und höherer Temperaturen stetig gestiegen. Auch müssen Kühlmittel den immer strenger werdenden ökologischen Forderungen gerecht werden.

Aufgaben von Kühlschmierstoffen

Durch den Einsatz von Kühlschmierstoffen sollen die Betriebskosten der Fertigung gesenkt werden, indem der Werkzeugverschleiß reduziert (= Standzeiterhöhung) und die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht wird. Außerdem wird durch den Einsatz eines geeigneten Kühlmittels auch die Oberflächengüte der zu bearbeitenden Werkstücke wesentlich erhöht. Um diese drei Aufgaben zu erfüllen, müssen Kühlschmierstoffe:

• Die Reibung an der Bearbeitungsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück verringern.
• Das gesamte System kühlen.
• Die anfallenden Späne abführen.
• Korrosionsschutz gewährleisten.

Arten der Kühlschmierstoffe

Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe basieren auf Mineralölen. Je nach Anwendung werden verschiedene Zusätze (Additive) verabreicht, um Schmierfähigkeit, Verschleißschutz, Korrosionsschutz, Alterungsbeständigkeit und Schaumverhalten zu erhöhen.

• Legierte Schneidöle sind Gemische aus Mineralölen mit Additiven. Die Reibung wird durch schmierungsverbessernde Zusätze herabgesetzt. Diese sind synthetische Fettstoffe oder natürliche Fettöle (Palmöl, Rüböl). Die polare Struktur der Zusätze verleiht ihnen eine gute Haftfähigkeit auf der Metalloberfläche, wodurch sich ein halbfester Schmierfilm, auch Metallseife genannt, bildet.
• Unlegierte Schneidöle sind hingegen Mineralöle ohne Zusätze (Additive). Sie werden hauptsächlich für leicht zu bearbeitende Metalle eingesetzt, da ihre Kühlwirkung und Druckstabilität eher gering ist.
• Werden Mineralölen EP-Zusätze (EP = extrem pressure) verabreicht, spricht man von Hochleistungsschneidölen. Diese sind notwendig, um eine erhöhte Flächenpressung aufzunehmen. An der Metalloberfläche bilden sich bei unterschiedlichen Temperaturen Metallsalze, die hohe Drücke aufnehmen können und nur geringe Scherfestigkeit aufweisen. Die entstehenden Kräfte sowie die Entstehungswärme an der Zerspanstelle wird verringert und dadurch das unerwünschte Verschweißen von Span und Werkzeugschneide verhindert. In Abhängigkeit vom EP-Zusatz werden Hochleistungsschneidöle bei entsprechenden Temperaturen eingesetzt. Nachteilig ist dabei jedoch die zersetzende Wirkung bei Metallen.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe teilt man in emulgierbare Kühlschmierstoffe und wasserlösliche KSS ein. Die emulgierbaren Kühlschmierstoffe werden unmittelbar vor dem Gebrauch mit Wasser zur gewünschten Emulsion verdünnt. Aufgrund des hohen Wasseranteils, der zwischen 80% - 98% liegen kann, ist eine gute Kühlleistung gewährleistet. Der Rostschutz wird durch den leicht alkalischen Charakter (ph-Wert 8-9) erreicht (Korrosionsinhibitoren). Sehr wichtige Bestandteile sind die Emulgatoren, die nötig sind, um das Öl im Wasser zu dispergieren. Emulgatoren verhindern durch Bildung eines stabilen Films an den Grenzflächen zwischen Wasser und Öl das Zusammenfließen der Öltröpfchen. Als Emulgatoren verwendet man gerne Alkaliseifen von Fett- oder Naphtensäuren. Je nach Additiven sind emulgierbare Kühlschmierstoffe wie folgend zu unterscheiden:

• Mehrzweckemulsionen basieren auf Mineralölen und Emulgatoren. Außerdem beinhalten sie Korrosionsinhibitoren und Schauminhibitoren.
• Gefettete Emulsionen sind mit tierischen und pflanzlichen Fettstoffen, welche die Schmiereigenschaften verbessern, versehen.
• Synthetische Flüssigkeiten sind ölfrei, enthalten organische Verbindungen vom Typ Polyglykol und werden mit Wirkstoffen legiert, die feinstzerteilte Partikel enthalten. Diese Wirkstoffe (z. B. Phosphor) verbessern die Schmiereigenschaften. Um den Anwendungsbereich synthetischer Flüssigkeiten zu erweitern, kann je nach Anforderung Mineralöl zugegeben werden (=Teilsynthetische Flüssigkeiten).
• Hochleistungsemulsionen basieren auf EP-Zusätzen (extrem pressure). EP-Zusätze bestehen aus Schwefel-, Chlor- oder Phosphorverbindungen.

Kühlschmierlösungen entstehen beim Vermischen eines wasserlöslichen Konzentrats mit Wasser. Sie sind ölfrei und bestehen aus anorganischen Stoffen wie Soda oder Natriumnitrit sowie Korrosionsinhibitoren. Ihre Bedeutung bei der Zerspanung mit definierter Schneide (z. B. Sägen oder Bohren) ist jedoch gering. Dafür kommen Kühlschmierlösungen vorwiegend beim Schleifen zum Einsatz.