Die Kühlschmierstoffversorgung (kurz: KSS-Versorgung)

Kühlschmierstoffe (KSS) tragen maßgeblich zu dem hohen Leistungsniveau zahlreicher Fertigungsprozesse bei. Durch die Abfuhr von Prozesswärme aus der Kontaktstelle Werkstück-Werkzeug und die Reduktion der Wärmeentstehung durch Reibung im Zerspanprozess, können das Zeitspanvolumen der Werkzeugmaschinen erhöht, die Standzeiten der Werkzeuge gesteigert und die Qualität der Werkstücke verbessert werden. Somit können durch die Verwendung von Kühlschmierstoffen Kosten eingespart und gleichzeitig bessere Ergebnisse erzielt werden.

Aufgaben von Kühlschmierstoffen (KSS)

Die Aufgaben von Kühlschmierstoffen lassen sich in Primär- und Sekundäraufgaben unterteilen. Wie der Name schon suggeriert, sind die Primäraufgaben das Schmieren und Kühlen:

• Schmieren: Die Reduzierung der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück durch Bildung eines stabilen Schmierfilms.
• Kühlen: Die Kühlung der Kontaktzone und der Werkstückoberfläche durch die Aufnahme und den Transport von Wärme.

Neben den Primäraufgaben hat der Kühlschmierstoff weitere Aufgaben zu erfüllen. Zu den Sekundäraufgaben gehören:

• die Reinigung des Werkzeugs und des Werkstückes,
• der Späneabtransport weg von der Bearbeitungsstelle sowie die Korrosionsschutzbildung für die Maschine und den Werkstückstoff.

Je nach Bearbeitungsaufgabe stehen andere Aufgaben des Kühlschmierstoffes im Vordergrund, da der Bearbeitungsprozess maßgeblich von den physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Kühlschmierstoffe geprägt wird.

Herausforderungen in der Anwendung von Kühlschmierstoffen

Kühlschmierstoffzufuhr (KSS-Zufuhr)

Nicht die hohe Menge an Kühlschmierstoff, welcher der Bearbeitungszone zugeführt wird ist entscheidend, sondern, wieviel davon tatsächlich in die Bearbeitungszone gelangt. Daher empfiehlt es sich, das mit dem Werkzeug rotierende Luftpolster geeignet zu durchdringen um mit dem Kühlschmierstoffstrahl an die Bearbeitungsstelle zu gelangen. Entscheidende Bezugsgröße dabei ist die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffes aus der Kühlschmierstoffdüse. Sie wird durch den Druck vor der Kühlschmierstoffdüse bestimmt. Diese muss dem Fertigungsprozess angepasst sein, ansonsten treten thermische Schäden am Bauteil auf.

Schleifen mit Kühlschmierstoff (KSS)

Bei der Schleifbearbeitung treten hohe Temperaturen in der Bearbeitungszone auf. Diese können derart hoch sein, dass sie sowohl das Werkstück als auch die Schleifscheibe thermisch schädigen können. Folge ist eine Gefügeveränderung, auch „Schleifbrand“ genannt, in der Werkstückrandzone. Dies führt zu unerwünschten Zugeigenspannungen. Diese induzieren Mikrorisse in der Werkstückrandzone, die bei Anliegen der dynamischen Last im späteren Bauteileinsatz zum Versagen (Bruch, …) führen können.

Auch werkzeugseitig wirken sich die thermischen Einflüsse negativ aus. Das Korn- und Bindungsmaterial wird bei unsachgemäßer Kühlung thermisch derart überlastet, so dass die Schleifwerkzeuge wesentlich schneller verschleißen. Beide Effekte gilt es zu vermeiden. Daher ist eine gezielte und sauber ausgelegte Kühlschmierstoffzufuhr von Nöten.

Lösungsansätze

Ein Lösungsansatz zur Realisierung einer optimalen Kühlschmierstoffversorgung sind Kühlschmierstoffdüsen, bei denen der Zusammenhang von Kühlschmierstoffaustrittsgeschwindigkeit und Kühlschmierstoffdruck bekannt ist. Mit Hilfe der Düsen kann ein anforderungsgerechter schneller Kühlschmierstoffstrahl an die Bearbeitungszone geführt werden.

Dies erfordert eine genaue Positionierung der Düse. Strahlt die Kühlschmierstoffdüse nur wenige Millimeter an der Bearbeitungszone vorbei, führt dies zu einer thermischen Schädigung von Werkzeug und Bauteil. Daher sind geeignete Positionierhilfen (z.B. Kühlmittel-Metall-Gelenkschläuche) notwendig. Mittels einer darüber hinaus geeigneten Messtechnik, sollten der Volumenstrom, der Druck und die KSS-Austrittsgeschwindigkeit überwacht werden, um sie den Anforderungen Ihres Fertigungsverfahrens geeignet anzupassen.

Quellen: Klocke, F.; König, W.: Fertigungsverfahren 1 (2008); Klocke, F.; König, W.: Fertigungsverfahren 2 (2005); Richtlinie VDI 3397, Blatt 1 (2007)