Arten von Kühlschmierstoffen

Was für Kühlschmierstoffe gibt es eigentlich?

Nach der DIN 51385 in welcher die „Bearbeitungsmedien für die Umformung und Zerspanung von Werkstoffen“ behandelt wird, werden grundsätzlich zwischen wassermischbaren Kühlschmierstoffen und nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen und deren Zusatzstoffen (Additiven) unterschieden.

Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (Öle)
Wie alle Kühlschmierstoffe bestehen auch nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe aus einem oder auch mehreren Grundölen, welches in den meisten Fällen mit Additiven versetzt wird. Die eingesetzten Basisöle können je nach Anwendungsart zwischen Mineralöl, Hydrocracköl, (GtL) Gas-to-Liquid, PAO (Polyalphaolefin) oder auch Ester-Ölen variieren. Je nach Bearbeitungsform und Material werden verschiedene Additive den Basisölen beigemischt, welche sich positiv auf den Prozess auswirken.

Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (KSS) haben im Vergleich zu wassermischbaren Kühlschmierstoffen (wmKss) oftmals aufgrund ihrer Viskosität eine bessere Schmierwirkung. Ebenso schützen diese die Maschine vor Korrosion, mit Öl besteht für die Maschine keinerlei Gefahr durch Korrosion befallen zu werden.

Maschinen, auf denen nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe zum Einsatz kommen müssen mit dem richtigen Equipment ausgestattet sein. Hier zählt u.a. ein Ölnebelabscheider (Absauganlage) und das Brandschutzsystem dazu. Je nach Anwendung (z.B. Schleifen) wird das Öl durch die Kühldüsen und den hohen Druck so zerstäubt, dass es zur Bildung von feinem Ölnebel führt. Eine Absauganlage mit Luftfilter sollte hier ebenso installiert werden. Dieser dient der Abscheidung von Ölnebel, Ölrauch und Aerosolen welche nicht eingeatmet werden sollten. Die Absauganalage mit Luftfilter macht die abgeführte Maschinenluft wieder atembar.

Da Öle an sich, im Gegensatz zu wassermischbaren Kühlschmierstoffen entflammbar sind müssen auch hier die richtigen Vorkehrungen getroffen werden. Eine automatische Löschanlage erkennt in Sekundenschnelle die Gefahr, alarmiert über ein akustisches Signal und löst im Ernstfall die CO2-Löschanlage aus. Sofern die Maschine für die Bearbeitung mit Öl ausgelegt ist, sollte diese genauso wie die Druckentlastungsklappen um etwaige Verpuffungen abzuleiten bereits integriert sein.

Ist der nichtwassermischbare Kühlschmierstoff einmal in die Maschine eingefüllt, hält dieser oftmals für 10 Jahre und länger. Voraussetzung hierfür ist eine Filtration des Kühlmediums, kein Eintrag von Fremdstoffen wie Fremdöl, sowie ein hochwertiger Kühlschmierstoff (GtL oder PAO). Es muss lediglich die Menge an Öl, die durch die Bearbeitung, Werkzeuge, Teile, Filter und Verdampfung ausgetragen wurde nachgefüllt werden.

Darüber hinaus zeichnet sich ein hochwertiger Kühlschmierstoff durch Standzeitverlängerung des Werkzeugs, höhere Oberflächenqualität, schnellere Bearbeitung, sauberere Maschinen und Schaumreduzierung aus.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Diese Art von Kühlschmierstoffen sind die am meisten am Markt verbreiteten und wie der Name schon sagt mit Wasser mischbar. Wassermischbare Kühlschmierstoffe werden nämlich anders als viele anderen Arten nicht als gebrauchsfertiges Produkt, sondern als Konzentrat ausgeliefert und werden vor Ort, an der Maschine mit Wasser gemischt. Hier unterscheidet man zwischen Emulsionen und Lösungen. Beide haben in ihrer richtigen Mischung je nach Anwendung einen Wasseranteil von ca. 90-95%. Je nach Prozess und Zerspanbarkeit des Materials wird eine höhere oder niedrigere Einsatzkonzentration empfohlen. Sind Emulsionen und Lösungen mit Wasser gemischt worden, handelt es sich um wassergemischte Kühlschmierstoffe. Bearbeitungen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und hoher Wärmeentwicklung erfordern primär Kühlwirkung. Hier lassen sich die besten Ergebnisse durch wässrige Kühlschmierstoff-Emulsionen oder -Lösungen erreichen. Der größte Teil der wassermischbaren Kühlschmierstoffe wird in Form von Emulsionen eingesetzt, also als Produkt mit starker Kühlung und zusätzlicher Schmierwirkung im Zerspanungsprozess.

Emulsionen
Es gibt Emulsionen mit unterschiedlichen Mineralölgehalten. So gibt es diese mit niedrigen Inhalten von nur z.B. 20% bis zu hohen Anteilen von z.B. 60%. Ein höherer Anteil an Mineralöl ist besonders bei schweren Bearbeitungsformen, bei denen viel Schmierung benötigt wird von Vorteil. Generell kommen Emulsionen bei zerspanenden Prozessen wie Fräsen, Drehen, Sägen und Bohren zum Einsatz.

Wirft man einen Blick auf die Zusammensetzung von Emulsionen, kann diese schnell einmal 30 verschiedene Inhaltsstoffe erreichen. Zu den Bestandteilen einer guten Emulsion zählen z.B. Mineralöl oder Ersatzschmierstoffe, unterschiedlichste Additive, Wasser und ein Emulgatorensystem. Ein Emulgatorensystem ist wichtig, damit sich die Inhaltsstoffe dauerhaft miteinander verbinden (emulgieren) und nicht wieder trennen.

Wir unterschieden hier ins sogenannte „Wasser in Öl“ Emulsion oder „Öl in Wasser“ Emulsion.

Eine Emulsion, die jeder von uns aus dem Alltag kennt ist z.B. auch Mayonnaise.
Mayonnaise ist eine dickflüssige, kalt hergestellte Sauce auf Basis von Eigelb und Öl. Die Grundlage liefert eine Emulsion von Öl und Wasser, wobei das Lecithin aus dem Eigelb als Emulgator gilt.

Mayonnaise ist eine „Öl in Wasser“ Emulsion im Gegensatz zu Butter, Butter ist eine „Wasser in ÖL“ Emulsion.

Was passiert, wenn ein Löffel Mayonnaise oder Butter in ein Glas Wasser getaucht wird?
Bei der Mayonnaise passiert nichts, sie bleibt zusammen. Beim Wasserglas mit Butter entsteht sofort ein „Fettfilm“ auf der Wasseroberfläche – sie löst sich auf.

Der wassermischbare Kühlschmierstoff ist also eine „Öl in Wasser“ Emulsion.

Die Emulgatoren sorgen allerdings auch dafür, dass es im Fall von Fremdöleintrag dazu kommen kann, dass dieses Fremdöl einemulgiert wird und somit nicht mehr vom Kühlschmierstoff zu trennen ist, was dazu führt, dass der Bearbeitungsprozess nicht weiter stabil läuft

Lösungen
Bei Lösungen ist die Liste an Inhaltsstoffen im Vergleich zu Emulsionen schon deutlich geringer. Lösungen enthalten kein Mineralöl und somit auch keine Emulgatoren, die dafür sorgen müssen, dass sich die Inhaltsstoffe verbinden. Das Erscheinungsbild ist oftmals klar und transparent, sodass man bei unterschiedlichen Prozessen, wie dem Schleifen den Prozess gut beobachten kann. Weiter ist die Schmierwirkung deutlich geringer, dafür ist die Kühlwirkung des Produktes deutlich besser im Vergleich zu Emulsionen. Weitere Bestandteile sind Additive gegen Korrosion, sowie

Gelangt Fremdöl in die Lösung, lässt sich dies einfach mit Hilfe eines Fremdölabscheiders abskimmen, da das eingetragene Öl oben aufschwimmt und sich nicht vermischt, wie es bei einer Emulsion der Fall sein kann.

Generell sind Kühlschmierstoff-Lösungen weniger anfällig in Bezug auf Bakterienbildung und Keimbefall und haben im Durchschnitt eine längere Standzeit als Emulsionen.

Additive
Darüber hinaus enthält nahezu jeder Kühlschmierstoff entsprechende Additive, welche sich positiv auf den individuellen Bearbeitungsprozess auswirken. Angefangen bei sogenannten EP-Additiven, die für einen besseren Verschleißschutz und höhere Druckaufnahmefähigkeit sorgen, bis zu Korrosionsschutz-Additiven, welche Ihre Maschine vor Korrosion bewahren.

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