Arten von Kühlschmierstoffen (KSS)
Kühlmittelschmierstoffe (KSS) lassen sich in Anlehnung an die Norm DIN 51385 in die Hauptgruppen nichtwassermischbare und wassermischbare Kühlmittelschmierstoffe unterteilen, wobei bei den wassermischbaren weiter zwischen emulgierbaren und wasserlöslichen Kühlschmierstoffen unterschieden wird.
Die nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffe werden als gebrauchsfertige Produkte geliefert, die wassermischbaren in der Regel als Konzentrat. Vor dem Gebrauch wird das Konzentrat mit Wasser zu einem wassergemischten Kühlschmierstoff verdünnt. Aus den emulgierbaren Kühlschmierstoffen entstehen Kühlschmierstoffemulsionen, aus den wasserlöslichen Kühlschmierstofflösungen.
Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe
Öle
Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe bestehen in der Regel aus Mineralölen, es können aber auch Hydrocracköle, Polyalphaolefine oder esterbasierte Öle verwendet werden. Sie werden überwiegend eingesetzt, wenn eine gute Schmierung im Vordergrund steht. Je nach Einsatzzweck und Anforderung werden dem Kühlschmierstoff sogenannte Additive zugemischt, um die Eigenschaften zu optimieren.
Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe bieten gegenüber den wassermischbaren Kühlschmierstoffen einige Vorteile. Sie haben auf Grund ihrer meistens höheren kinematischen Viskosität eine gute Schmierwirkung. Außerdem zeichnen sie sich durch eine hohe Druckaufnahmefähigkeit und gute Korrosionseigenschaften aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen keine Biozide zur Bekämpfung von Bakterien und Pilzbefall eingesetzt werden müssen, da sie nahezu keimfrei und bakterienresistent sind. Dadurch ist ihre Gebrauchsdauer deutlich länger als die der wassergemischten Kühlschmierstoffe.
Ein Nachteil der nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffe ist, dass ihre Kühlwirkung auf Grund der geringen spezifischen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit gegenüber wassermischbaren Kühlschmierstoffen sehr gering ist. Ein weiteres Problem stellt der Ölnebel dar, der bei der Verwendung der Öle, vor allem bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, auftreten kann. Die darin enthaltenden Aerosole führen zu gesundheitsgefährdenden Lungenbelastungen. Unter Umständen ist der Ölnebel zudem leicht entflammbar, sodass ausreichende Sicherheitsvorkehrungen vorzusehen sind.
Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Wassermischbare Kühlschmierstoffe lassen sich in Emulsionen und Lösungen unterteilen. Sie werden in erster Linie eingesetzt, wenn es auf eine gute Kühl- und weniger auf eine gute Schmierwirkung ankommt. Sie bestehen zu über 90% aus Wasser und besitzen weitestgehend die gleichen physikalischen Eigenschaften.
Emulsionen
Emulsionen bestehen aus Öl, Wasser, Emulgatoren und zusätzlichen Additiven. Die Emulgatoren haben die Aufgabe das Öl im Wasser zu dispergieren, sodass sich nach dem Mischen mit Wasser eine stabile Öl-in-Wasser-Emulsion einstellt.
Aufgrund ihrer guten Kühlwirkung und ihres geringen Anschaffungspreises sind Kühlschmierstoff-Emulsionen in der Industrie weit verbreitet.
Nachteilig gegenüber nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen ist ihre schlechte Resistenz gegenüber Mikroorganismen. Durch den Befall von Pilzen, Bakterien, etc. wird das Korrosionsschutzverhalten der Emulsionen herabgesenkt und die hygienischen Randbedingungen für das Bedienpersonal verschlechtern sich deutlich. Darüber hinaus verliert die Emulsion durch den Befall von Mikroorganismen an Stabilität, wodurch Betriebsstörungen hervorgerufen werden können.
Lösungen
Lösungen sind im Gegensatz zu Emulsionen mineralölfrei. Das Konzentrat besteht in der Regel aus Polymeren oder Salzen. Da das Konzentrat molekular im Wasser gelöst wird, sind keine Emulgatoren zur gleichmäßigen Verteilung des Konzentrats notwendig. Zur Leistungssteigerung können den Lösungen Additive zugegeben werden. Lösungen zeichnen sich unter anderen durch ihre guten Kühleigenschaften aus. Da keine Emulgatoren verwendet werden, treten bei ihrer Verwendung weniger Schaumprobleme auf und auch die Beständigkeit gegenüber Mikroorganismen ist besser als bei Emulsionen.
Nachteilig sind die schlechten Schmiereigenschaften der Lösungen sowie die Tendenz der Lösungen Schmierstoffe abzuwaschen und verklebend zu wirken.
Additive
Die Eigenschaften von Kühlschmierstoffen lassen sich durch das Hinzugeben von Additiven wesentlich verändern. Ziel ist es, die positiven Eigenschaften des Kühlschmierstoffes zu verstärken, negative Eigenschaften zu minimieren und somit die gewünschten Gebrauchseigenschaften zu erzeugen. Abhängig von der Nutzung des Kühlschmierstoffes werden Menge und Art der Additive variiert. Die verschiedenen Arten von Additiven können nach ihrer Funktion grob in die folgenden Gruppen unterteilt werden:
- Additive, die die physikalischen Eigenschaften des Kühlschmierstoffes verändern
- Additive, die die chemischen Eigenschaften des Kühlschmierstoffes verändern
- Tribologisch wirksame Additive, die die Reibungsverhältnisse verändern
Kühlschmierstoffe im Einsatz
Für die Verwendung von Kühlschmierstoff beim Schleifen von Bauteilen (Werkstücken) haben wir folgende Artikel für Sie bereitgestellt:
Kühlschmierstoffversorgung / Schleifbrand / Fehler beim Schleifen / Schleifscheiben / CNC-Schleifmaschinen / Kühlschmierstoff-Filtrationsanlagen
Quellen:
Klocke, F.; König, W.: Fertigungsverfahren 1 (2008); Klocke, F.; König, W.: Fertigungsverfahren 2 (2005); Denkena, B.; Tönshoff, H. K.: Spanen (2011); Hipler, F.: Chemie gegen Reibung und Verschleiß (2003); Richtlinie VDI 3397, Blatt 1 (2007)
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