Ein Kühlschmierstoff auf Wasserbasis, der mit nachwachsenden Biopolymeren und geeigneten Additiven hergestellt wird, bietet Vorteile in der Fertigung – auch von Medizinprodukten. Er kühlt sehr gut, und seine Viskosität lässt sich einstellen.
Die spanende Bearbeitung von Werkstoffen ist ein komplexes Zusammenspiel von Maschine, Werkstück, Bearbeitungswerkzeug, Prozessstellgrößen, Randbedingungen und Kühlschmierstoff. Ein neues wasserbasiertes, mineralölfreies Medium bietet nach Angaben des Herstellers sehr gute Kühleigenschaften und, anders als konventionelle, wassermischbare Kühlschmierstoffe auch die Möglichkeit, die Viskosität nach den Bedürfnissen in der Bearbeitung einzustellen. Entwickelt wurde das Produkt, das von der Hagener Carl Bechem GmbH als Berufluid angeboten wird, im Rahmen eines Forschungsprojektes.
Ergebnisse aus Schleifexperimenten bei Anwendern wie Tyrolit zeigen, dass damit auch in anspruchsvollen Hartmetallanwendungen sehr gute Zeitspanvolumina zu erreichen sind, die über den mit Schleifölen oder Schleiflösungen möglichen Werten liegen. Auch sank der Werkzeugverschleiß.
Beim Nutenschleifen von Schaftfräsern aus Vollhartmetall (K 10) zum Beispiel werden mit Diamantscheiben im allgemeinen prozesssicher Zeitspanvolumina Q’w von 3 bis 7 mm3/mms erreicht. Diese Werte gelten sowohl für wassergemischte als auch nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (KSS), die auch im Experiment keinen signifikanten Leistungsunterschied zeigten.
Verglichen wurden mehrere Emulsionen/Lösungen, Schleiföl und das wasserbasierte Berufluid. Mit Emulsionen oder Lösungen wurde beim Schleifen von 16 Nuten maximal ein Q’w von 5 erreicht. Bei Schleiföl lag der maximale Q’w für 16 Nuten bei 10. Das neue wasserbasierte Produkt Berufluid erreichte im Einsatz an 40 Nuten einen Q’w-Wert von 15. Die Versuche bei den Anwendern zeigten des weiteren sehr niedrige Normalkräfte , einen geringeren Scheibenverschleiß und eine sehr gute Kühlfähigkeit. Auch traten bei Berufluid keine Probleme mit Ölnebel auf.
„Die erzielbaren höheren Zeitspanvolumina tragen zusammen mit der Verlängerung der Werkzeugstandzeit zu einer Optimierung der Prozesswirtschaftlichkeit bei“, erläutert Dr. Heinz Dwuletzki, der bei Bechem den Bereich Labor und Entwicklung Metallbearbeitung leitet. Darüber hinaus können Anwender, die ihre Metallbearbeitungspozesse von ölbasierten auf ölfreie wasserbasierte Systeme umstellen, auf Brandschutzvorrichtungen und Versicherungsaufwendun-gen verzichten. Des Weiteren ergeben sich indirekt Energieeinsparungen durch die Verlängerung der Werkzeugstandzeit und direkte Einsparungen durch geringeren Aufwand bei der Kühlung des Bearbeitungsmediums. Außer beim Schleifen kann der Hagener Hersteller auch beim Zahnradstoßen, Fräsen, Abwälzfräsen, Bohren oder Tiefbohren gute Ergebnisse vorweisen, ebenso in der Umformtechnik.
Einsatzgebiete für die neue Schmierstofflösung gibt es daher auch in der Medizintechnik, beispielsweise bei der Fertigung von Implantaten mit komplexen Bauteilgeometrien. Herausforderungen liegen hier in den schwer zu zerspanenden Materialien, den hohen Ansprüchen an Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit sowie Wiederholgenauigkeit.
Der mineralölfreie Schmierstoff Berufluid ist in einigen Anwendungsfeldern der Branche bereits als Bestandteil der Prozesskette etabliert. Generell bietet er sich für die Bearbeitung von Titan und Titanlegierungen, Edelstahl und Edelstahl-Hartmetall-Kombinationen, Hartmetall und Keramik (Zirkonoxid) an. Gute Erfahrungen wurden auch bei der spanenden Bearbeitung von Kobalt-Chrom-Legierungen gemacht.
Natürlich hat in der Medizintechnik die Entscheidung, die Fertigung auf einen anderen Kühlschmierstoff umzustellen, eine große Tragweite. Der Wechsel von Öl zu Wasser macht Veränderungen in den Bearbeitungsprozessen, bei Maschinen und Arbeitsabläufen erforderlich, die es zu dokumentieren gilt. Aufgrund der Regularien geht damit eine neue Begutachtung aller Prozessschritte durch die zuständige Behörde einher.
Kai-Uwe Vieweg Carl Bechem, Hagen
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Über den neuen Kühlschmierstoff
Berufluid ist ein wasserbasierter, mineralölfreier Kühlschmierstoff mit besseren Kühleigenschaften als Öl und einstellbarer Viskosität. Das unterscheidet ihn von allen Produkten auf dem Markt. Er lässt sich für die spanende Metallbearbeitung und Umformtechnik einsetzen und enthält ölfreie nachwachsende Biopolymere wie Zellulosen, Stärken oder Polysaccharide sowie ein spezielles Additivgemisch. Der Schmierstoff kann anwendungsfertig bezogen werden, mit einer Viskosität, die auf das zu bearbeitende Material und den Prozess eingestellt ist.
Das Produkt haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising, des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig zusammen mit dem Schmierstoffhersteller Carl Bechem GmbH, Hagen, entwickelt. Die Hagener brachten unter anderem ihr Know-how zu industriellen Anwendungen und den Additivierungen ein.
2011 wurde das Gemeinschaftsprojekt mit dem ersten Deutschen Rohstoffeffizienzpreis in der Kategorie „Forschungseinrichtungen“ ausgezeichnet. Damit werden herausragende Unternehmensbeispiele für rohstoff- und materialeffiziente Produkte, Prozesse oder Dienstleistungen und anwendungsorientierte Forschungsergebnisse ausgezeichnet. Darüber hinaus erhielten die Forscher des Fraunhofer IVV für das Projekt einen der Joseph-von-Fraunhofer-Preise 2012.
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