DGUV Information 209-024 - Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung (b...

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Abschnitt 2.2, Schmierstoffe für die Minimalmengenschmierung
Abschnitt 2.2
Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung (bisher: BGI/GUV-I 718)
Titel: Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung (bisher: BGI/GUV-I 718)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-024
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 2.2 – Schmierstoffe für die Minimalmengenschmierung

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

 EsterFettalkohol
Verdampfung*langsamschnell
MMS - Restmenge auf Werkstückniedrig"trocken"
Schmierwirkunghochniedrig
Flammpunkt*hochniedrig
Wassergefährdungsklassenwg/1nwg/1

*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)

Viskosität bei 40 C
DIN 51562 Teil 1
Flammpunkt offener Tiegel
DIN EN ISO 2592
Verdampfungsverlust nach Noack bei 250 C
DIN 51581 Teil 1
> 10 mm2/s> 150 C< 65 %

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

BauteilWerkstoffVerfahrenWerkzeugtyp und -abmaßeSchnittparameterStandzeit
Standmenge/-weg
Medium chem. Basis, Viskosität 40 C
Nockenwelle16MnCr5ZentrierenD = 6,3 x 20N = 500 min-11 200 ZentrierungenFettalkohol
    Vf = 50 mm/min Visk: 10 - 20 mm2/s
Nockenwelle16MnCr5BohrenStufenbohrerN = 2 800 min-12 400 BohrungenFettalkohol
   D = 6,8 x 10 x 28,5Vf = 504 mm/min Visk: 10 - 20 mm2/s
Nockenwelle16MnCr5ReibenD = 7 H8N = 690 min-11 200 ReibungenFettalkohol
    Vf = 152 mm/min Visk: 10 - 20 mm2/s
Kurbelwelle38MnVS5AufbohrenHSS-BohrerN = 330 min-1500 BohrungenFettalkohol
   D = 14,5 mmVf = 52,8 mm/min Visk: 20 mm2/s
Kurbelwelle38MnVS5SenkenHSS-SenkerN = 90 min-1960 SenkungenFettalkohol
   90Vf = 5,2 mm/min Visk: 20 mm2/s
Kurbelwelle38MnVS5GewindenGewindebohrerN = 90 min-1500 GewindeFettalkohol
   M16 x 1,5Vf = 135 mm/min Visk: 20 mm2/s
ZylinderkopfAl Si 7 MgSägenBandsäge > 2 000 TeileFettalkohol
     mit einem BandVisk: 10 - 20 mm2/s
ZylinderkopfAl Si 7 MgFräsenPlanfräser ca. 6 000Fettalkohol
      Visk: 10 - 30 mm2/s
KreuzgelenkgabelCK 45BohrenHSS-BohrerN = 200 min-1100 - 150 BohrungenSynth. Ester
  (Wuchtbohrung)D = 14 mmVf = 40 mm/min Visk: 20 - 30 mm2/s
Antriebswelle20MoCr4WalzenWalzstangen 40 - 50-TausendSynth, Ester
  DIN-Profil   Visk: 20 - 35 mm2/s
ZylinderkopfAl Si 10 MgFräsenFormfräser fürN = 4 000 min-1ca. 105 000Synth, Ester
   LagergasseVf = 1 200 mm/min Visk: 30 mm2/s
ZylinderkopfAl Si 10 MgFräsenScheibenfräser ca. 3 500Synth, Ester
      Visk: 50 mm2/s
ZylinderkopfAl Si 10 MgSägenScheibenfräser ca. 4 500Synth, Ester
      Visk: 50 mm2/s
Pleuel GewindefurchenGewindefurcherN = 190 min-11 500 GewindeSynth, Ester
   M16 x 1,5Vf = 285 mm/min Visk: 10 mm2/s
KurbegehäuseAl Si9 Cu3TiefbohrenTiefbohrer 5 000 BohrungenSynth, Ester
      Visk: 40 - 50 mm2/s