Wassergemischte Emulsionen kühlen gut, und für eine große Zahl von Prozessen ist das entscheidend. Wasser hat eine hohe Wärmekapazität und transportiert Wärme schnell aus der Bearbeitungszone, was bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und dünnwandigen Bauteilen entscheidend ist. Bei der Schwerzerspanung verschiebt sich die Anforderung grundlegend. Räumen, Wälzfräsen, Gewindebohren in gehärtetem Stahl, Tiefbohren mit großem Durchmesser: All diese Prozesse arbeiten mit hohen Schnittkräften, bei denen weniger die Kühlwirkung das Nadelöhr ist, sondern die Stabilität des Schmierfilms. Reißt er, entsteht direkter Metallkontakt zwischen Span und Schneide, Aufbauschneiden, Verschweißungen und im Extremfall Werkzeugbruch sind die Folge. Hohe Prozesskräfte erzeugen auch bei langsamen Schnitten erhebliche Temperaturen. Die Wärmeabfuhr tritt jedoch gegenüber der Filmstabilität in den Hintergrund. Eine Emulsion, die kühlt, löst das Problem nicht. Ein Öl, das den Schmierfilm hält, schon.
(Räumen, Wälzfräsen, Gewindebohren) Hohe Schnittkräfte verlangen einen Schmierfilm, bei denen wassermischbare Kühlschmierstoffe hinsichtlich der Schmierstoffstabilität im Allgemeinen sehr viel früher an ihre Grenzen kommen. → Nicht wassermischbares Schneidöl
Bei diesem Prozess wird kontinuierlich Luft ins System eingebracht. Entscheidend ist nicht nur Kühlung, sondern wie schnell diese Luft aus dem Bearbeitungsmedium wieder ausgetragen wird. →Öl oder Emulsion, je nach Luftabscheidevermögen
(High Speed Cutting) Hohe Spindeldrehzahlen erzeugen Temperaturen, bei denen ein Öl mit geringer thermischer Reserve schnell degradiert. → Schneidöl mit hoher Oxidations- und Alterungsstabilität, niedriger Neigung zu Verdunstung und Ölnebelbildung und hohem Viskositätsindex.
Feine Schleifspäne haben eine enorme Oberfläche, aus der Kobalt in den Schmierstoff übergehen kann. Das ist ein Gesundheits- und Entsorgungsthema. → Schneidöl mit Kobaltinhibition
Ein nicht wassermischbarer KSS bildet zwischen Werkzeug und Werkstück einen Schmierfilm, der den direkten Metallkontakt verhindert. Wie stabil dieser Film ist, hängt unter anderem von Viskosität, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Additivierung ab. Bei hohem Druck, etwa bei harten Legierungen oder komplexen Geometrien, reicht die Viskosität allein nicht mehr aus, sodass Additive eine entscheidende Rolle einnehmen.
Schneidöle arbeiten häufig mit zwei sich ergänzenden Additivgruppen. Polare Additive lagern sich physikalisch an der Metalloberfläche an und bilden dort eine haftende Schutzschicht, die bereits bei niedrigeren Temperaturen wirkt. EP-Additive (Extreme Pressure) reagieren chemisch, sobald Druck und Temperatur einen Schwellenwert überschreiten, und reagieren zu dünnen Schichten, z.B. aus Metall-Sulfiden oder -Phosphaten, die den Metall-Metall-Kontakt verhindern, wenn der physikalische Film allein nicht mehr stabil genug ist.
Beide Gruppen decken so gemeinsam den gesamten Betriebsbereich und schützen Werkstück und Werkzeug, ohne die Zerspanung zu beeinträchtigen.
Jedes Öl wird bei steigender Temperatur dünnflüssiger. Wie stark, beschreibt der Viskositätsindex (VI). Ein hoher VI bedeutet, dass die Viskosität auch in einer warmgelaufenen Maschine stabil, der Schmierfilm belastbar und die Reibungsverhältnisse konstant bleiben. Gerade bei Präzisionsanwendungen ist der VI kein technisches Beiwerk, sondern ein messbares Qualitätskriterium.
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Der Flammpunkt gilt primär als Sicherheitskennwert: In schnellen Prozessen kann zerstäubtes Öl als Aerosol in der Maschinenkapsel vorliegen und bei Zündung eine Verpuffung auslösen. Moderne Bearbeitungszentren begrenzen solche Ereignisse durch Explosionsschutzsysteme.
Für den laufenden Betrieb ist jedoch die thermische Seite relevanter. Ein Öl, das dauerhaft nahe seiner thermischen Stabilitätsgrenze betrieben wird, unterliegt beschleunigter Oxidation: Rückstände entstehen, die Schmierwirkung nimmt ab, Wechselintervalle verkürzen sich. Ein höherer Flammpunkt korreliert häufig mit einer höheren Temperaturreserve, das Öl absorbiert Spitzen ohne zu degradieren und behält seine tribologischen Eigenschaften länger. Für Anwendungen mit hohen Prozesstemperaturen ist das keine optionale Eigenschaft, sondern eine Grundvoraussetzung.
Schaum entsteht durch den Eintrag von Luft, die nicht schnell genug abgeschieden wird. Das ist kein Hygieneproblem, sondern ein Prozessrisiko: Luft kühlt nicht und schmiert nicht. Jede Blase verdrängt Öl, das am Prozess arbeiten sollte, die Schmierwirkung bricht ein, Temperaturen und Werkzeugverschleiß steigen. Spätestens bei innengekühlten Werkzeugen (IKZ) wird es kritisch: Unter hohem Druck reißt der Schaum Späne mit, die Kühlkanäle verstopfen. Die Versorgung fällt aus und das Werkzeug kann innerhalb kürzester Zeit brechen. Beim Schleifen ist die Gefahr durch den Mitreißeffekt der rotierenden Scheibe besonders hoch. Vor allem, aber nicht nur, für Schleiföle ist die Verwendung von Basisölen mit einem sehr guten Luftabscheidevermögen die maßgebende Prämisse.
Das Öl braucht deshalb ein gutes Luftabscheidevermögen als grundlegende Formulierungseigenschaft, nicht als nachgelagerte Korrektur durch Entschäumer.
Schwefelhaltige EP-Additive bilden unter Last schützende Sulfidschichten auf Stahloberflächen. Bei Buntmetallen wie Kupfer oder Messing verläuft diese Reaktion unkontrolliert und deutlich aggressiver, als bei Eisenmetallen. Im Ergebnis bedeutet das übermäßigem Materialabtrag und Schwarzverfärbung. Daher braucht es für die Bearbeitung von Buntmetallen passive EP-Additive, die entweder schwefelfrei formuliert sind, oder bei denen Schwefel nicht elementar, sondern in chemisch stabilen organischen Verbindungen vorliegt. Wer also im Betrieb unterschiedliche Legierungen verarbeitet, sollte auf die Materialeignung seines Schneidöls achten.
Hartmetallwerkzeuge bestehen aus Wolframkarbid-Partikeln, die mit Kobalt als Bindemittel verpresst werden. Beim Finishing-Schleifen entsteht ein spezifisches Problem: Das Material ist nahezu auf Endmaß gefertigt und wird nur noch abgeschliffen, was sehr feine Späne mit einer im Verhältnis zum Volumen großen Oberfläche erzeugt. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Kobalt aus dem Metallgefüge in den Kühlschmierstoff übergeht.
Fehlendes Kobald schwächt dann nicht nur das Gefüge des Hartmetalls, sondern in wässrigen Schmierstoffen kann Kobalt dann auch leicht zu Verbindungen reagieren, die im Verdacht stehen, krebserregend zu sein und entsprechend so eingestuft werden. Im öligen Bereich sind die Bedingungen für solche Reaktionen sehr viel ungünstiger, trotzdem bleibt die Auslösung unerwünscht: Sie verkompliziert die Altölentsorgung und stellt über Hautkontakt oder durch das Einatmen von Aerosolen ein vermeidbares Gesundheitsrisiko dar.
Kobaltinhibitoren stabilisieren die Hartmetalloberfläche chemisch und verhindern die Auslösung von Beginn an. Nicht weniger wichtig ist die Filtration. Da beim Hartmetallschleifen feinste Partikel abgetragen werden sind Filtrationssysteme mit Porendurchmessern von 1 bis 5 µm sinnvoll. Gemeinsam bilden Inhibitoren und Filtration ein verlässliches System für die sichere Hartmetallbearbeitung.
Wer Schneidöle ausschließlich über den Literpreis bewertet, rechnet an der falschen Stelle. Die Kennzahlen, die tatsächlich zählen, sind Verbrauch, Werkzeugstandzeit und Stillstandskosten.
Öl, das verdampft oder als feiner Nebel in der Maschinenkapsel zerstäubt wird, verlässt den Kreislauf dauerhaft. Dieser Verlust ist kumulativ und unauffällig: Er fällt erst auf, wenn der Nachfüllbedarf steigt. Messbar ist die Verdampfungsneigung zum Beispiel über die Bestimmung des NOACK-Werts. Basisöle der Gruppe II und III weisen hier gegenüber Gruppe-I-Ölen deutliche Vorteile auf und verhalten sich unter mechanischer Belastung stabiler.
Wie viel Öl an Spänen aus der Maschine getragen wird, hängt vor allem auch von der Viskosität ab. Die niedrigste Viskosität, mit der der Prozess noch stabil läuft, minimiert die Verschleppung. Was trotzdem haftet, lässt sich durch Brikettierpressen oder Zentrifugen zurückgewinnen und dem Kreislauf wieder zuführen. Zeller+Gmelin unterstützt Betriebe über die Tochtergesellschaft Südöl bei der Aufbereitung und dem Recycling gebrauchter Schneidöle.
Ein Schneidöl, das pro Liter mehr kostet, aber seltener nachgefüllt werden muss, Werkzeugstandzeiten verlängert und Prozesse stabil hält, ist am Ende wirtschaftlicher. Das ist keine Faustregel, sondern mit den Prozessparametern Verbrauch, Werkzeugkosten und Stillstandszeiten berechenbar.
Wenn der Verbrauch Ihres Schneidöls höher ist als erwartet oder Werkzeugstandzeiten schwanken, lohnt sich eine Prozessanalyse. Das Fluidmanagement von Zeller+Gmelin begleitet Betriebe von der Bestandsaufnahme bis zur laufenden Optimierung.
Zeller+Gmelin formuliert und produziert in Eislingen Schmierstoffe seit 1866. Forschung, Produktion und Qualitätskontrolle kommen vor Ort aus einer Hand. Unter der Marke Multicut entstehen High-Performance-Schneidöle, die exakt leisten, was der Prozess verlangt.
Je nach Anwendung unterscheiden sich die Anforderungen grundlegend:
Bei der
Schwerzerspanung stehen Schmierfilmstabilität und Druckfestigkeit im Vordergrund. Die Multicut Schneidöle für diesen Bereich liegen standardmäßig im Viskositätsbereich ISO VG 25 bis 60, formuliert mit Polar- und EP-Additiven und hohem Viskositätsindex.
Für
HSC-Anwendungen zählen thermische, chemische und mechanische Stabilität. Hier werden oxidationsstabile Schneidöle im Viskositätsbereich ISO 10 bis 20 bevorzugt verwendet.
Die
Hartmetallbearbeitung erfordert Schleiföle mit guter Kühlwirkung, hohem Luftabscheidevermögen und belastbarer Kobaltinhibierung. Vorzugsweise werden hier Grundöle im Viskositätsbereich zwischen ISO VG 5 und 10 eingesetzt.
Wer
Buntmetalle zerspant, braucht eine Formulierung, die Druckschutz liefert, ohne aggressiv mit Kupfer oder Messing zu reagieren. Passive EP-Additive oder schwefelfreie Systeme decken diesen Bereich in allen typischen Viskositäten von ISO VG 5 bis 68 ab.
Die genannten Viskositätsbereiche sind Richtwerte. Welche Viskosität für einen konkreten Prozess sinnvoll ist, hängt von Maschinentyp, Werkzeuggeometrie, Werkstoff und Kühlsystem ab.
Immer dann, wenn die Stabilität des Schmierfilms wichtiger ist als die Kühlwirkung. Bei der Schwerzerspanung, etwa beim Räumen, Wälzfräsen oder Gewindebohren in gehärtetem Stahl, wirken hohe Schnittkräfte, unter denen Emulsionen keinen ausreichend stabilen Schmierfilm aufrechterhalten können. Reißt der Film, drohen Aufbauschneiden, Verschweißungen und Werkzeugbruch.
Der Viskositätsindex beschreibt, wie stark die Viskosität eines Öls bei steigender Temperatur abnimmt. Ein hoher VI bedeutet, dass die Viskosität auch in einer warmgelaufenen Maschine stabil, der Schmierfilm belastbar und die Reibungsverhältnisse konstant bleiben. Dadurch bleiben Prozesskräfte und Maßhaltigkeit reproduzierbar.
Jedes Öl wird bei steigender Temperatur dünnflüssiger. Wie stark, beschreibt der Viskositätsindex (VI). Ein hoher VI bedeutet, dass die Viskosität auch in einer warmgelaufenen Maschine stabil, der Schmierfilm belastbar und die Reibung
sverhältnisse konstant bleiben. Gerade bei Präzisionsanwendungen ist der VI kein technisches Beiwerk, sondern ein messbares Qualitätskriterium.
Überspitzt könnte man sagen: Luft kühlt nicht und schmiert nicht! Jede Blase verdrängt wirksames Öl im Prozess. Daher sind hochwertige Basisöle mit einem sehr guten Luftabscheidevermögen die wesentliche Voraussetzung für ein prozesssicheres Schleiföl.
Klassische EP-Additive enthalten reaktiven Schwefel, der unter Druck tribochemische Schutzschichten bildet, bei Buntmetallen jedoch aggressiv reagiert. Passive EP-Additive sind meist Moleküle, in denen Schwefel chemisch gebunden ist. So werden unerwünschte Reaktionen bei Kupfer oder Messing unterbunden.
Beim Finishing-Schleifen von Hartmetall kann von der Oberfläche von Span und Werkstück Kobalt in den Kühlschmierstoff abgeben. Kobaltinhibitioren verhindern, dass mit dem Bearbeitungsmedium das Bindemittel Kobalt ausgewaschen wird, was die Struktur des Hartmetalls schwächen und zu Werkzeugschäden führen würde. Gleichzeitig verhindern sie in wässrigen Medien die Freisetzung hochallergener und gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen.
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