Kühlschmierstoffdüsen - Definierte KSS-Zuführung für optimalen Prozessablauf

Werkzeugmaschinen sind hochmoderne Bearbeitungszentren zur Metallbearbeitung, in denen verschiedenste Komponenten und Systeme zusammenarbeiten. Dabei übernimmt jedes dieser Teilsysteme einen Anteil an der Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Effizienz und Lebensdauer der gesamten Werkzeugmaschine. Als wesentlicher Bestandteil einer effizient arbeitenden Werkzeugmaschine ist auch die Kühlschmierstoffversorgung anzusehen. In unserem Artikel „Kühlmitteldüsen für Werkzeugmaschinen“ beleuchten wir dieses Bauteil der KSS-Anlage genauer.

Aufgaben von Kühlschmierstoff-Düsen

Die Aufgabe einer Kühlmitteldüse mutet zunächst trivial an, denn sie leitet das Kühlmittel an die Zerspanstelle, an der es benötigt wird. Neben der zielgerichteten KSS-Zuführung übernehmen die Düsen allerdings noch vielfältige weitere Aufgaben, durch die KSS-Düsen mittlerweile hochtechnisierte Bestandteile der KSS-Anlage geworden sind und wesentlich zur Prozesssicherheit und –Effizienz beitragen. Aufgaben von KSS-Düsen sind, je nach Anwendungsfall und Bearbeitungsaufgabe:

• Prozesskühlung: Reduktion der Wärmeentstehung im Spanbildungsprozess durch Herabsetzen der Reibleistung (Schmiereffekt) und Aufnahme der Prozesswärme (Kühleffekt), wodurch insgesamt eine thermische Schädigung (z.B. Schleifbrand) vermieden wird. 

• Reinigen: Entfernung von Bearbeitungsrückständen aus den Poren der Schleifscheibenbindung zur Gewährleistung der Schnittfähigkeit und ausreichend großer KSS-Aufnahme durch die freien Poren der Schleifscheibenbindung.
   
• Tränken: Befüllung der freien Schleifscheibenporen mit Kühlschmierstoff zur Prozesskühlung schwer erreichbarer Bearbeitungszonen.

• Löschen: Ablöschen des „Funkenstrahls“ (glühende Spänepartikel hinter der Schleifzone) zur Reduktion der Gefahr von Öl-Aerosol-Verpuffungen (nur bei Öl) sowie der Minimierung von Verschleiß der betroffenen Maschinenkomponenten und Maschinenverschmutzung (bei Öl und Emulsion).

• Spülen: Spülen des Maschinenbetts mit KSS zur Entfernung von Bearbeitungsrückständen aus dem Bearbeitungsraum der Maschine. Hierdurch wird eine Reduktion der manuellen Reinigungsaufwände erreicht.

Beispiele mit Grindaix-Düsen

Alle Düsenbauformen auf einen Blick! Obwohl alle KSS-Düsen das selbe Medium verwenden, bewerkstelligen sie unterschiedlichste Aufgaben innerhalb der Werkzeugmaschine. Weitere Informationen zu den verschiedenen Düsenbauformen und ihren Aufgaben erhalten Sie durch anklicken!

Anforderungen an KSS-Düsen

Kühlschmierstoffdüsen bewerkstelligen diese Aufgaben ausschließlich durch die Verwendung von Kühlschmiermittel, das mit einem bestimmten Druck und Volumenstrom von einer KSS-Filteranlage zur Verfügung gestellt wird. Aufgabe der KSS-Düse ist es dann, je nach Einsatzzweck anforderungsgerechte Austrittsgeschwindigkeiten, geeignete Strahlbilder (Düseneffektivität) bei möglichst geringen Kühlschmierstoffvolumenströmen (Düseneffizienz) zu generieren. Herausforderungen bei der Umsetzung von Kühlschmierstoffdüsen KSS-Düsen sind an ihren Anwendungszweck genau angepasst, womit eine hohe Produktvielfalt einhergeht. Zu den zentralen Herausforderungen beim Design von KSS-Düsen zählt zunächst die möglichst vollständige Versorgung der Bearbeitungszone. Diese muss an flächendeckend und zuverlässig mit ausreichend KSS versorgt werden. Durch eine Anpassung der Düse an die Konturen des Bauteils wird gewährleistet, dass die Bearbeitungszone an jeder Stelle zielgerichtet mit KSS versorgt wird. Es ist allerdings nicht ausreichend das Kühlschmiermittel nur an die Bearbeitungszone heranzuführen.

Die KSS-Zuführung muss mit einer bestimmten Geschwindigkeit geschehen, die üblicherweise an der Düse als KSS-Austrittsgeschwindigkeit vorliegt. Die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffes aus der Düse muss dabei so hoch sein, das trotz aller Verluste über den Strahlweg an der Bearbeitungszone noch eine ausreichend hohe Strahlgeschwindigkeit vorhanden ist. Durch Ihre Geometrie wird die Austrittsgeschwindigkeit durch die KSS-Düse, sowie den anliegenden Druck und Volumenstrom bestimmt. Der KSS-Strahl sollte dabei möglichst laminar den Weg zwischen Düse und Bearbeitungszone zurücklegen, da ein turbulenter Strahl nicht zielgerichtet und mit großen Strömungsverlusten behaftet ist. Ist die Geschwindigkeit des Kühlmittelstrahls ausreichend hoch, kann ein mit der Schleifscheibe rotierendes Luftpolster durchdrungen werden. Der Kühlschmierstoff gelangt in die Bearbeitungszone und wird nicht von ihr abgelenkt. Für die Gewährleistung eines möglichst laminaren Strömungsverhaltens des KSS ist ebenso die Kühlschmierstoff-Düse verantwortlich.

Arten von Kühlschmierstoffdüsen

Die Zuführung von Kühlschmierstoff kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Darunter sind neben Eigenbaulösungen auch High-Tech-Produkte vertreten, mit denen deutliche Verbesserungen der KSS-Versorgung einhergehen. Einige Bauformen sollen nachfolgend kurz vorgestellt werde

• Rohre: Eine einfache Eigenbaulösung stellen Rohre mit einer Querschnittsverkleinerung an der Austrittsseite dar, durch die eine Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit generiert wird. Der günstigen und einfachen Umsetzung steht allerdings eine unpräzise Kühlung mit oft viel zu hohem KSS-Volumenstrom entgegen.

• Eigenbauten: Eine aufwändigere Form der KSS-Düsen stellen geschweißte oder geschraubte Eigenbauten aus mehreren Bauteilen, häufig als Schlitzdüsen ausgeführt, dar. Diese Bauform generiert zwar bereits eine wesentlich bessere KSS-Zuführung als es bei einfachen offenen Rohrenden der Fall wäre, allerdings treten oft hohe Strömungsverluste durch ungünstige Bauteilkonstruktion auf. Zudem sind bei Eigenbauten keinerlei Kennwerte der Düse bekannt, sodass eine korrekte Abstimmung der Düse auf den Schleifprozess mithilfe von Druck und Volumenstrom des zugeführten KSS nahezu unmöglich ist.

• Nadeldüsen: Nadeldüsen sind eine etablierte Bauform von KSS-Düsen für Werkzeugmaschinen und gewährleisten eine sehr zielgerichtete und vor allem laminare Zuführung des Kühlschmierstoffes an die Zerspanstelle. Auch eine Anpassung der Düsengeometrie an die Bauteilkontur ist bei Nadeldüsen kein Problem. Durch die vielen kleinen Düsenrohre treten allerdings verhältnismäßig hohe Strömungsverluste auf, die durch einen entsprechend erhöhten Vorlaufdruck des KSS überwunden werden müssen.

• 3D-gedruckte Düsen: Neuerdings werden vermehrt 3D-gedruckte Düsen eingesetzt. Dabei können Strömungsoptimierungen, Gewichtsreduktionen und komplexe Bauraumrestriktionen ermöglicht werden, die in herkömmlichen Fertigungsverfahren bisher nicht wirtschaftlich herstellbar waren. Weitere Informationen zu 3D-gedruckten Kühlschmierstoffdüsen finden Sie auf unserer Produktseite, auf der wir auch interessante Produktvideos für Sie bereithalten.

Zusammenfassung

Eine zuverlässige Prozesskühlung ist für einen stabilen und wirtschaftlichen Fertigungsprozess unverzichtbar. Dabei kommt es insbesondere darauf an, dass ein Kühlschmiermittel zielgerichtet und mit einem abgestimmten Volumenstrom sowie einer ausreichenden Geschwindigkeit die Zerspanstelle erreicht. Hierfür ist die KSS-Düse verantwortlich, die in verschiedenen Ausführungen und Bauformen realisiert werden kann und verschiedenste Aufgaben innerhalb der Werkzeugmaschine übernimmt. Dabei bieten sich neben günstigen Eigenbauten auch speziell ausgelegte Kühlschmierstoffdüsen an, die eine merkliche Verbesserung der KSS-Zuführsituation ermöglichen. Die Versorgung der KSS-Düsen in einer Werkzeugmaschine ist nicht trivial, da es zu jedem Fertigungsszenario gewährleistet sein muss, dass die Prozessversorgung ausreichend hoch, die Reinigung nicht werkzeugschädigend, die Tränkung nicht unwirksam, die Ableitung des Luftpolster stets gegeben und die Reinigung der Maschineninnenräume erfolgreich stattfindet. Da oftmals nur ein Zentraldruck vor der Maschine anliegt, muss die anforderungsgerechte Druckverteilung auf alle angewendeten Düsen abgestimmt sein. Andernfalls entsteht Schleifbrand und führt zu Ausschussteilen!

Daher entwickelt und vertreibt die Grindaix GmbH schon seit Jahren Kühlschmierstoffdüsen, die Bearbeitungsaufgaben merklich zuverlässiger und effektiver mit dem notwendigen Kühlschmierstoff versorgen. Dazu führen wir ein umfangreiches Portfolio an Düsen verschiedenster Bauformen für verschiedenste Aufgaben innerhalb der Werkzeugmaschine. Ergänzt werden die KSS-Düsen durch unser umfangreiches Mess- und Kontrollzubehör, das in Kombination mit der individuellen Kennlinie jeder Düse, eine exakte Abstimmung der Düse auf den Bearbeitungsprozess zulässt. Um Ihre KSS-Zuführung „up to date“ zu bringen, kontaktieren Sie die Kühlschmierstoff-Spezialisten von Grindaix.