DGUV Information 209-024 - Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung

Eigenschaften von Schmierstoffen für die Minimalmengenschmierung

Bei der Minimalmengenschmierung handelt es sich um eine Verlustschmierung. Der eingesetzte Schmierstoff ist oftmals hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt und gelangt in Form von Dämpfen und Aerosolen in den Arbeitsbereich. Der Anwender sollte daher auf die toxikologische Unbedenklichkeit des Schmierstoffes besonderen Wert legen.

Für eine reibungslose und emissionsarme Metallbearbeitung mit Minimalmengenschmierung haben sich Schmierstoffe mit möglichst gutem Schmiervermögen und hoher thermischer Belastbarkeit bewährt. In der industriellen Fertigung kommen synthetische Esteröle und Fettalkohole mit günstigem Verdampfungsverhalten und einem hohen Flammpunkt zum Einsatz.

Synthetische Ester finden bevorzugt Verwendung bei allen Zerspanungsverfahren, bei denen neben der Trennwirkung die Schmierwirkung zwischen Werkzeug und Werkstück und den abfließenden Spänen im Vordergrund steht. (Vermeidung von abrasivem Verschleiß). Beispiele hierfür sind das Gewindeschneiden, das Bohren, das Reiben und das Drehen.

Synthetische Ester haben den Vorteil, dass sie trotz niedriger Viskosität einen hohen Siedebereich und Flammpunkt aufweisen. Dadurch wird im Vergleich zu konventionellen Mineralölen wesentlich weniger Dampf in den Arbeitsraum emittiert. Neben diesen Eigenschaften sind Esteröle sehr gut biologisch abbaubar und werden auf Grund ihrer geringen toxikologischen Eigenschaften in die Wassergefährdungsklasse 1 (WGK 1) oder "nichtwassergefährdend" (nwg) eingestuft.

Im Vergleich zu Esterölen haben Fettalkohole bei gleicher Viskosität einen niedrigeren Flammpunkt. Im Gegensatz zu Esterölen ist ihre Schmierwirkung geringer.

Fettalkohole werden bevorzugt bei den Zerspanungsverfahren eingesetzt, wo die Trennwirkung gegenüber der Schmierwirkung im Vordergrund steht (Vermeidung von Aufbauschneiden). Als Beispiel ist hier die Bearbeitung von Buntmetallen zu nennen.

Auch Fettalkohole sind sehr gut biologisch abbaubar, toxikologisch unbedenklich und werden ebenfalls als nicht wassergefährdend "nwg" oder in die Wassergefährdungsklasse WGK 1 eingestuft.

Tabelle 5
Grundsätzliche Unterschiede Ester/Fettalkohole

^*bezogen auf die gleiche Viskosität

Einsatzerfahrungen aus der industriellen Praxis haben gezeigt, dass die Schmierstoffauswahl prozess- und anwenderspezifisch getroffen werden sollte.

Zur Auswahl des geeigneten MMS-Schmierstoffes sollten vom Anwender zusätzlich nachstehende Kriterien beachtet werden:

Emissionsarme Schmierstoffe

Folgende Richtwerte haben sich zur Auswahl eines emissionsarmen Schmierstoffes bewährt.

Tabelle 6
Richtwerte zur Auswahl eines emissionsarmen Schmierstoffes

(Quelle: BGIA-Arbeitsmappe "Messung von Gefahrstoffen", Sachgruppe 6)

Geruch

Der Geruch des Schmierstoffes ist von nicht unerheblicher Bedeutung. Durch das gezielte Versprühen des Schmierstoffes kann der Geruch verstärkt wahrgenommen werden.

Versprühbarkeit

Der Schmierstoff sollte sich gut versprühen lassen und speziell bei 1-Kanalsystemen in der Lage sein, ein stabiles Aerosol (Öl-Luftgemisch) zu bilden.

Additivierung

Die Additivierung sollte an die jeweiligen Bearbeitungsanforderungen angepasst werden, besonders bei der Bearbeitung von Nicht-Eisenmetallen und schwer zerspanbaren Stählen.

Rückstandsverhalten auf Maschinenelementen

Trotz minimaler Sprühmengen und dem Einsatz von Absauganlagen kann es beim Einsatz von Schmierstoffen zu Rückständen an Werkstück und Maschinenelementen kommen. Der Schmierstoff sollte nicht verharzen und bei Bedarf sich gut abreinigen lassen.

Viskositätsbereich

Einsatzerfahrungen haben gezeigt, dass die besten Ergebnisse mit Schmierstoffen (Ester oder Fettalkohol) aus dem Viskositätsbereich 15 bis 50 mm²/s und in Ausnahmefällen bis 100 mm²/s bei 40 °C erzielt wurden.

Viskositätsobergrenzen sollten in Absprache mit dem MMS-Gerätehersteller abgestimmt werden (Geräteeignung auf Versprühbarkeit prüfen). Generell sollten MMS-System und Schmierstoff füreinander geeignet (kompatibel) sein.

Schmierstoffwechsel

Generell sollte vor dem Einsatz eines neuen Schmierstoffes eine vollständige Systementleerung mit anschließendem Spülgang erfolgen. Der Spülvorgang sollte mit dem neuen Schmierstoff durchgeführt werden.

Korrosionsschutz

Es sollte geprüft werden, ob der nach der Bearbeitung noch verbleibende dünne MMS Film auf dem Werkstück einen den Anforderungen entsprechenden Korrosionsschutz bietet oder ein zusätzlicher Korrosionsschutzauftrag notwendig ist.

Ungeeignete Schmierstoffe für die Minimalmengenschmierung

Für die Minimalmengenschmierung haben sich folgende Produkte in der Praxis nicht bewährt und sollten daher nicht eingesetzt werden:

1. Natürliche Öle und Fette

   Native Ester (Rapsöl, Rüböl) haben den Nachteil, dass sie oxidativ sehr instabil sind. Sie neigen zu starker Verharzung an Maschinenelementen.

2. Wassergemischte Kühlschmierstoffe und deren Konzentrate

   Die Produkte können Biozide enthalten, die sich beim Versprühen im Aerosol wieder finden.

3. Schmierstoffe mit organischen chlor- oder zinkhaltigen Additiven

   Durch die verfahrensbedingt hohen Zerspanungstemperaturen bei der Minimalmengenschmierung können evtl. gesundheitsschädliche Reaktionsprodukte beim Einsatz entstehen.

4. Kennzeichnungspflichtige Schmierstoffe

   (Gefahrensymbol orangefarben nach der Gefahrstoffverordnung).

   Die Produkte haben bereits ein erhöhtes Gefahrstoffpotential.

5. Produkte auf Basis mineralischer Grundöle mit hohem Aromatengehalt

   (> 3 ppm Benzo[a]pyren im Kühlschmierstoff)

   Polyzyklische Aromate haben ein krebserzeugendes Potential.

   Weitere Hinweise zum Thema "Schmierstoffe" für die Minimalmengenschmierung finden sich unter BGIA-Arbeitsmappe "Messung von Gefahrstoffen, Sachgruppe 6".

Anwendungsbeispiele für die Minimalmengenschmiertechnik

Die folgende Tabelle zeigt einige Anwendungsbeispiele in denen Ester und Fettalkohole zum Einsatz kommen.

Tabelle 7
Einsatzbereiche Ester/Fettalkohole in der Serienfertigung