Kühlschmierstoff

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Kühlschmierstoff (abgekürzt: KSS)

Kühlschmierstoff (abgekürzt: KSS) – zum Teil auch Kühlschmiermittel (KSM) genannt – ist ein Prozesshilfsstoff, der bei der Zerspanung und Umformung von zumeist metallischen Werkstoffen in Werkzeugmaschinen eingesetzt wird. Der KSS hat die Aufgabe, die entstehende Wärme abzuführen (Kühlung) und die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück zu vermindern (indirekte Kühlung durch Schmierung). Des Weiteren dient er bei Zerspanprozessen in der Regel auch der Späneabfuhr, in dem zum Teil mit extra dafür vorgesehenen Spüldüsen die Zerspanstelle und der Bearbeitungsraum freigespült werden. Weitere Aufgaben des KSS sind der Korrosionsschutz und die Verbesserung der Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des Werkstücks, die Verringerung der Neigung zur Aufbauschneidenbildung am Werkzeug sowie beispielsweise beim Schleifen die Bindung von Schleifstaub (Nassabscheidung).

Geschichte des Kühlschmierstoffs

Bis in die 50er Jahre wurden Werkzeugmaschinen ohne Kühlschmierstoff, d. h. trocken, betrieben. Da mit der weiteren Erhöhung der Zerspanleistung die trockenen Prozesse an ihre Grenzen kamen, wurde der Kühlschmierstoff eingeführt. Das KSS-System besteht aus Pumpen, Vorratsbehälter, Filtern und Pflegeeinrichtungen und führt den Kühlschmierstoff im Kreislaufsystem. Zur Gewährleistung der oben genannten Anforderungen und Funktionen für die Bearbeitungsprozesse haben sich die KSS seit dieser Zeit von relativ einfachen Gemischen hin zu komplexen Stoffzubereitungen entwickelt, bei denen die geeignete Additivierung für den jeweiligen Anwendungsfall zur Kernkompetenz der Kühlschmierstoffhersteller gehört.

Richtlinien zu Kühlschmierstoffen

- DIN 51385: "Schmierstoffe - Bearbeitungsmedien für die Umformung und Zerspanung von Werkstoffen - Begriffe"

- VDI Richtlinie 3397

  - Blatt 1: Kühlschmierstoffe für spanende und umformende Fertigungsverfahren
  - Blatt 2: Pflege von Kühlschmierstoffen für spanende und umformende Fertigungsverfahren - Maßnahmen zur Qualitätserhaltung, Prozessverbesserung, Abfall- und Abwasserverminderung
  - Blatt 3: Entsorgung von Kühlschmierstoffen
  - Blatt 4: Mikrobiologie in wassergemischten Kühlschmierstoffen

- DGUV-R 109-003 Umgang mit Kühlschmierstoffen

- VKIS-VSI-IGM-BGHM-Stoffliste: Stoffe, die nicht oder nur mit Einschränkungen und entsprechender Deklaration in KSS verwendet werden sollten.

Bestandteile

Grundsätzlich unterscheidet man bei KSS zwischen nicht wassermischbaren KSS (reine Öle auf Mineralöl- oder Esterbasis), wassermischbaren bzw. im Einsatzzustand wassergemischten KSS, die in der Regel als Emulsionen (Öl in Wasser-Emulsionen mit einem Ölanteil zumeist im einstelligen Prozentbereich), seltener als Lösungen (Schmierwirkung beispielsweise durch polymere Alkohole anstatt Öl) eingesetzt werden. Nicht wassermischbare KSS zeichnen sich durch eine bessere Schmierwirkung, wassergemischte KSS durch eine bessere Kühlwirkung aus. Als Additive sind neben eigenschaftsverbessernden Zugaben für den jeweiligen Anwendungsfall Entschäumer, Biozide (Bakterizide und Fungizide), Stabilisatoren, Emulgatoren, Korrosionsschutzmittel sowie Antinebel- und Hochdruckzusätze gebräuchlich. Bei der Auswahl der KSS-Bestandteile müssen Vorschriften zur Einhaltung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes sowie die EU-Chemikalienverordnung REACH beachtet werden.

Brennbarkeit

Nicht wassermischbare KSS und Emulsionen mit einem Ölanteil größer 15% sind brennbar. Da Werkzeugmaschinen prinzipbedingt immer auch eine potenzielle Zündquelle enthalten (Reibungswärme aus der Zerspanung), gelten insbesondere für Maschinen, in denen nicht wassermischbare KSS eingesetzt werden, besondere Anforderungen (z. B. flammendurchschlagsichere Ausführung der Türlabyrinthe). [Anmerkung: Die ATEX-Richtlinie gilt für Werkzeugmaschinen unter normalen Aufstellbedingungen nicht!] Daher dürfen Maschinen, die ausschließlich für den Einsatz wassergemischter KSS konstruiert wurden, nicht ohne sicherheitstechnische Anpassungen auf nicht wassermischbare KSS umgerüstet werden. Auch muss beim Einsatz nicht wassermischbarer KSS besonderes Augenmerk auf die Ausrichtung der KSS-Düsen gelegt werden, damit die Kühlwirkung optimal ist und es nicht aufgrund fehlgestellter Düsen zu einer unzulässigen Erwärmung der Zerspanstelle kommt, die ggf. zur Entzündung des Kühlschmierstoffs führt.

Befall durch Mikroorganismen

Zwar unterliegen wassergemischte KSS mit Ölanteilen bis zu 15% keiner Brandgefahr, dafür werden sie aufgrund ihres Wasseranteils jedoch bevorzugt von Bakterien und Pilzen besiedelt. Daher müssen wassergemischte KSS sebst bei guter KSS-Pflege häufiger komplett ausgetauscht werden als nicht wassermischbare KSS (Standzeitvergleich wassergemischter KSS / nicht wassermischbarer KSS: ca. ½ Jahr / mehrere Jahre). Wassergemischte KSS können von einer großen Bandbreite Mikroorganismen befallen werden. Besonders nach längeren Arbeitspausen (wenn Pflegeeinrichtungen wie der KSS-Filter nicht in Betrieb waren) äußert sich der mikrobielle Befall durch verstärkte Geruchsbildung und zum Teil Verfärbung des KSS. Daher kommt der regelmäßigen KSS-Pflege (Filtration, Fremdölabscheidung, Nachsetzen von Inhaltsstoffen etc.) besondere Bedeutung zu. Entsprechende Pflegemaßnahmen sind auch bei Kreislaufsystemen mit nicht wassermischbaren KSS vorzusehen. Sie verbessern die Eigenschaften der KSS und erhöhen ihre Lebensdauer merklich.

Forschung zu Kühlschmierstoffen

Fraunhofer-Institut für Genzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), Stuttgart

Untersuchungen zum Thema "Reduktion der Kontamination von Kühlschmierstoffen mit Ultraschall/Ozon"

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart

Untersuchungen zum Thema "Energieeffizienter Betrieb von Kühlschmierstoff-Reinigungsanlagen mit Anschwemmfiltern"

Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV), Freising

In Projekten am IVV wurde getestet wie nachwachsende Rohstoffe, etwa Zellulosen, Stärken oder bakterielle Polysaccharide für den Einsatz als Schmieradditiv verbessert werden können. Ihr Ziel: Das Wasser mit den Biopolymeren dickflüssiger zu machen, dann schmiert es besser.

RWTH Aachen, Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre

Aktuelle Themen und Forschungsergebnisse werden in der "Achener Kühlschmierstoff-Tagung" präsentiert

Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) und Materialprüfanstalt Bremen (MPA Bremen)

Forschungsprojekt zum Thema "Auswirkungen des mikrobiologischen Befalls von wassergemischten Kühlschmierstoffen auf das Zerspanergebnis" Ziel des bearbeiteten Projekts war es, die Auswirkungen mikrobieller Kontaminationen von wassergemischten Kühlschmierstoff Emulsionen auf das Zerspanergebnis darzustellen und neue Nachweisverfahren zur Kontrolle des mikrobiellen und chemischen Zustands der Kühlschmierstoffe zu etablieren.

Technische Universität Hamburg, Lehrstuhl für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik

Forschungsprojekt zum Thema "Entwicklung eines Konzepts zur umweltfreundlichen Aufbereitung stark partikelbeladener Kühlschmierstoffe der Zerspanungstechnik"

Anbieter von Kühlschmierstoff

Addinol Lube Oil GmbH, Blaser Swisslube GmbH, BP Europe SE (Geschäftsbereich Castrol Schmierstoffe), Chemische Werke Kluthe GmbH, Fuchs Schmierstoffe GmbH, Jokisch GmbH, Oemeta Chemische Werke GmbH, Riedel GmbH

nützliche Links

http://www.mibius.de/out/oxbaseshop/html/0/dyn_images/0/bgi762_khlschmierstoffe_fl.pdf

https://www.bghm.de/fileadmin/user_upload/Arbeitsschuetzer/Praxishilfen/Fachbereichs-Informationsblaetter/045_Inhibitoren.p

http://www.bgbau-medien.de/zh/bgr143/7.htm

http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/11682/8826/1/Rahaeuser_52.pdf

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