22.05.2019Kühlschmierstoff-Tests – Leistungsvergleiche bei Kühlschmierstoffen

In meiner Serie ist nachzulesen, welche Faktoren beim Vergleich von Kühlschmierstoffen besondere Beachtung zu schenken ist. Nachdem in den ersten beiden Teilen die Werkzeugpräparation und der korrekte Kühlschmierstoffwechsel thematisiert wurden, geht es im letzten Teil um die Leistungsmessung und den Vergleich unterschiedlicher Kühlschmierstoffe. Was ist bei Standzeitvergleichen besonders wichtig? Alle weiteren Faktoren, nebst dem Kühlschmierstoff (KSS), müssen bestmöglich definiert sein. Für zuverlässige Resultate und einem aussagekräftigen Vergleich ist eine gute Vorbereitung essentiell.

In Teil eins und zwei habe ich bereits viele Faktoren aufgezählt, welche für einen sauberen Vergleich von Kühlschmierstoffen zwingend zu beachten sind. In diesem Teil erläutere ich nun den Ablauf unserer Versuche genauer.

Ablauf des Leistungstests

Nachdem die Werkzeuge und der Kühlschmierstoff vorbereitet und geprüft sind, kann der Leistungstest beginnen. Wir zerspanen im hauseigenen Technologiecenter unter klar definierten Parametern solange Material, bis wir eine vorgängig festgelegte Verschleissmarkenbreite erreicht haben, welche das Ende der Standzeit markiert. Wir unterbrechen den Zerspanvorgang in festen Intervallen, wobei wir die Zunahme des Werkzeugverschleisses mittels Mikroskop dokumentieren. Dabei ist es unerlässlich, dass die Bearbeitungsbedingungen immer so identisch wie möglich sind.

Ablauf eines Kühlschmierstofftests im Blaser-Technologiecenter

Für verlässliche Ergebnisse ist es ebenfalls wichtig, dass möglichst optimale Bearbeitungsbedingungen herrschen. Hierbei gilt das Hauptaugenmerk der Aufspannung des Werkstücks, des Werkzeugs wie auch der Bearbeitungsstrategie. Ein essentieller Faktor ist auch der Druck beziehungsweise der Volumenstrom des Kühlschmierstoffs, welcher vorgängig auf Gleichmässigkeit geprüft werden muss. Sind alle diese Punkte geprüft, kann der Test beginnen.

Was muss bei KSS-Tests in Metallbearbeitungsbetrieben unbedingt beachtet werden?                                                                                       

1.     Prozessanalyse: Nur durch ein strukturiertes Vorgehen und dem vorgängigen identifizieren möglicher Einflussfaktoren lässt sich zuverlässig der reale Unterschied zwischen Kühlschmierstoffen aufzeigen. Schon kleinste Unterschiede bei der Materialqualität oder der Werkzeuge können einen Vergleich stark verfälschen.

2.     Prozessauswahl: Bei der Prozessauswahl ist darauf zu achten, dass ein stabiler Prozess zum Vergleich ausgewählt wird. Andernfalls kann die Prozessstreuung die Beurteilung der Kühlschmierstoffe stark verfälschen.

3.     Los splitten: Bestenfalls wird ein grösseres Produktionslos gesplittet (Material- sowie Werkzeugchargen gleichmässig auf die Kühlschmierstoffe aufteilen). So kann bei den zu vergleichenden Kühlschmierstoffen eine möglichst gleiche Ausgangslage geschaffen werden.

4.     Beurteilungskriterium wählen: Nun kann verglichen werden, mit welchem Kühlschmierstoff die Werkzeuge länger einsatzfähig sind. Hierzu ist vorgängig ein klares Kriterium zu definieren, welches von der vorhandenen Infrastruktur abhängt. Entweder werden beispielsweise die gleiche Anzahl Teile gefertigt und die Werkzeuge anschliessend genau vermessen und verglichen. Oder es wird ein anderes eindeutiges Wechselkriterium festgelegt (zum Beispiel via Lastüberwachung eine Grenze definieren) und im Anschluss wird die gefertigte Stückzahl verglichen.

5.     Repetieren/Wiederholen: Bei Versuchen gilt immer die Devise: ein Test ist kein Test. Wir fahren hierzu bei unseren Prozessen immer mindestens drei Tests um die Streuung der Resultate abzuschätzen. In den Metallbearbeitungsbetrieben ist die Anzahl Versuche Losgrössen abhängig. Es gilt: je mehr Werkzeuge ans Standzeitende gefahren werden umso besser ist das Resultat statistisch abgestützt.

Standzeitvergleich – den Werkzeugverschleiss bestimmen

Werkzeug bei Standzeitende

Bei einem optimal abgestimmten Prozess wird die Standzeit durch den Freiflächenverschleiss begrenzt. Dies ist die natürliche Art der Werkzeugabnützung. Wenn Werkzeuge stark ausbröckeln, oder spontan brechen, muss der Prozess überprüft werden.

Bei unseren genau definierten Tests im Technologiecenter werden die Werkzeuge nach festgelegten Intervallen auf unseren Mikroskopen genau betrachtet und der Freiflächenverschleiss exakt bestimmt. In den meisten Fällen liegt die Verschleissgrenze bei 0.2 bis 0.3 mm. Dies entspricht ungefähr drei bis vier nebeneinander gelegten Haaren. Dies ist vergleichsweise wenig, jedoch nehmen danach die spontanen und unregelmässigen Ausbrüche und Abplatzungen stark zu. In der Industrie bedeutet dies eine schlechte Prozesssicherheit und führt zu Ausschuss.

Genaue Analyse am Mikroskop im Technologiecenter von Blaser Swisslube

Werkzeugverschleiss selber messen?

Falls in der Werkstatt kein Mikroskop zum Vergleichen der Werkzeuge vorhanden ist, kann die Standzeit auch über die Lastüberwachung der Maschine begrenzt werden. Diese Möglichkeit eignet sich vor allem bei Schruppoperationen sehr gut – Prozesse mit kleinen Kräften eignen sich hierfür nicht.

Beispiel der Werkzeugüberwachung mittels App bei DMG MORI’s Celos Oberfläche mit einer Siemenssteuerung, Bildquelle:https://ch-de.dmgmori.com/produkte/digitalisierung/production/technologiezyklen/easy-tool-monitoring-2-0

Weitere wichtige Kriterien

Die Leistung ist unbestritten wichtig, sollte jedoch nicht der einzige Faktor sein, welcher beim Vergleich von Kühlschmierstoffen analysiert wird. Auch die «weichen» Faktoren sind für die Maschinenbediener sehr wichtig, damit die Zufriedenheit mit dem eingesetzten Kühlschmierstoff gegeben ist. Dazu gehören etwa das Schaumverhalten, welches vor allem bei Hochdruckanwendungen berücksichtigt werden muss, sowie die Stabilität und die daraus resultierende Standzeit der Emulsion. Die KSS-Standzeit kann die Betriebskosten stark beeinflussen. Ebenfalls starke Auswirkungen auf die Betriebskosten hat die Häufigkeit, Konzentration und Menge beim Nachfahren (Ergänzen mit Frischemulsion zum Halten des Niveaus und der Sollkonzentration). Auch die Humanverträglichkeit (Geruch, Hautverträglichkeit, Nebelbildung, Toxizität) wie auch die Maschinenverträglichkeit (Korrosionsschutz, Verträglichkeit mit Dichtungen, Lackverträglichkeit etc.) gilt es zu beachten.

Möchten Sie noch mehr über das Technologiecenter und unsere Versuche erfahren? Dann lesen Sie sich den Post von Manfred Schneeberger zu «Vom Zerspanungstest bis zur einfachen Mathematik» oder das Interview mit Nico Jochum zur Minimalmengenschmierung (MMS).

Haben Sie noch Fragen zu Kühlschmierstofftests? Gerne stehe ich für Fragen zu Verfügung.

Marco Kunz
Marco KunzMitarbeiter Fertigungstechnologie

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