Kühlmittel

Optimierung industrieller Prozesse durch richtige Kühlmittelwahl

Ob bei der feinen Arbeit an CNC-Werkzeugmaschinen oder in der robusten Umgebung der Schwerindustrie, überall wo Metall geformt und bearbeitet wird, entstehen Hitze und Reibung. Diese können ohne angemessene Kühlung und Schmierung die Werkzeuge und Werkstücke schnell abnutzen. Daher ist die Auswahl und der Einsatz des richtigen Schmiermittels und Kühlmittels entscheidend.

Definition: Was sind Kühlmittel in der Industrie?

Kühlmittel in der Industrie sind Substanzen, die zum Einsatz kommen, um überschüssige Wärme von Maschinen, Anlagen und Prozessen abzuführen. Sie helfen, die Temperatur innerhalb sicherer Betriebsgrenzen zu halten, indem sie die Wärme aufnehmen und an eine Wärmesenke abgeben, wodurch eine Überhitzung vermieden wird. Kühlmittel können in verschiedenen Formen wie Flüssigkeiten, Gasen oder sogar festen Stoffen vorliegen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Effizienz und Langlebigkeit von Industrieanlagen.

Welche Arten von Kühlmitteln gibt es in der Industrie?

• Wasser: Wasser ist aufgrund seiner hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaften und kostengünstigen Verfügbarkeit das am weitesten verbreitete Kühlmittel. Es besitzt eine hohe spezifische Wärmekapazität, was bedeutet, dass es viel Wärme absorbieren kann, bevor es sich signifikant erwärmt. Wasser wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter in Kühlkreisläufen von Kraftwerken, in der Prozesskühlung und in Kühlsystemen für Rechenzentren. Die Nutzung von Wasser in Kühlkreisläufen erfordert gelegentlich Zusätze zum Schutz vor Gefrieren und Korrosion. Ein Wasser-Glykol-Gemisch wird oft wegen seiner frostschützenden Eigenschaften bevorzugt.

• Mineralöle: Mineralöle-basierte Kühlmittel sind aufgrund ihrer guten thermischen Stabilität und Schmiereigenschaften ideal für Anwendungen, die sowohl Kühlung als auch Schmierung benötigen, etwa in Getrieben oder Hydrauliksystemen. Mineralöle bieten den Vorteil einer reduzierten Korrosionsneigung und sind in Systemen, die mit empfindlichen Materialien arbeiten, oft die bevorzugte Wahl. Außerdem sind sie leise im Betrieb und weisen gute elektrischen Isoliereigenschaften auf, was sie für eine breite Palette industrieller Anwendung qualifiziert. Industriegetriebeöl und Spindelöl fallen ebenfalls unter diese Kategorie und sorgen für eine reibungslose Funktion und Schutz der jeweiligen Komponenten.

• Synthetische Kühlschmierstoffe: Für spezielle Anforderungen, bei denen Standardkühlmittel an ihre Grenzen stoßen, kommen synthetische Kühlschmierstoffe zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit und niedrige Verdampfungsraten aus, was sich positiv auf Bearbeitungsqualität und Werkzeuglebensdauer auswirkt. Sie können genau auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten werden, beispielsweise für eine geringe Viskosität bei kühlen Temperaturen oder ausgezeichnete chemische Beständigkeit. Zudem bieten sie die Möglichkeit, durch Zugabe spezieller Additive, wie etwa Ester in Schneidölen, ihre Leistungsfähigkeit gezielt zu verbessern.

• Emulsionen: Emulsionen sind Kühlmittel, bestehend aus Wasser und Öl, stabilisiert durch Emulgatoren. Sie reduzieren die Reibung und den Verschleiß beim Schneiden, Bohren oder Fräsen von Metallen, indem sie eine stabile Schmierschicht bilden. Emulsionskühlmittel sind typischerweise wasserverdünnbar und können je nach den Anforderungen der Bearbeitung und den Eigenschaften des Werkstücks angepasst werden. Ihr Einsatz kann die Qualität der bearbeiteten Oberflächen verbessern und die Lebensdauer der Werkzeuge verlängern. Sie finden in einer Vielzahl von Maschinen wie z. B. Sägen, Bohrern oder Fräsen Anwendung.

• Luft: Die Luftkühlung nutzt die natürliche oder erzwungene Konvektion, um Wärme von Objekten abzuführen. Durch den Einsatz von Ventilatoren oder Gebläsen kann Luft über die zu kühlenden Oberflächen geleitet werden, wobei Kühlrippen oder Kühlkörper die Effizienz der Wärmeabgabe steigern können. Luftkühlungssysteme sind einfach zu implementieren und benötigen keine Flüssigkeiten, was sie für viele Anwendungen attraktiv macht wie z. B bei der Kühlung von Computern oder in der Elektronikfertigung.

• Hochdruck-Kühlschmierstoffe: Hochdruck-Kühlschmierstoffe wie Bettbahnöl, Bettbahnfett sowie Spannmittelfett und Haftschmierfett werden speziell in der Zerspanungstechnik, eingesetzt, um eine effektive Kühlung und Schmierung direkt an der Schneide des Werkzeugs zu gewährleisten. Der hohe Druck verbessert die Entfernung von Spänen, reduziert die Wärmeentwicklung und kann so die Lebensdauer der Werkzeuge signifikant erhöhen. Diese Technologie führt zu präziseren Bearbeitungsergebnissen, vor allem bei schwer zerspanbaren Materialien.

Wie gelangen Kühlmittel in CNC-Maschinen ans Werkstück bzw. Werkzeug?

Es gibt verschiedene Methoden, wie Kühlmittel an das Werkstück oder Werkzeug gelangen können:

1. Fluten oder Überfluten: Hierbei wird das Kühlmittel direkt über das Werkstück oder Werkzeug geleitet, oft durch einfaches Überfluten der Bearbeitungszone. Dies sorgt für eine direkte Kühlung und Schmierung.
2. Düsen am Werkzeug: Speziell positionierte Düsen sprühen das Kühlmittel gezielt auf die Schneide oder den Bearbeitungsbereich. Dies ermöglicht eine effektive Kühlung und Schmierung direkt an der Kontaktstelle.
3. Innere Kühlmittelzufuhr: Bei dieser Methode wird das Kühlmittel durch Kanäle im Werkzeug direkt zur Schneidstelle geführt. Dies ist besonders effektiv, um Wärme abzuführen und die Schmierung an der Schneidkante zu verbessern.
4. Durch die Spindel: Das Kühlmittel wird durch die Maschinenspindel geleitet und tritt am Werkzeug aus. Diese Methode wird oft in Kombination mit der inneren Kühlmittelzufuhr verwendet und ist besonders effektiv bei tiefen Bohrungen.
5. Hochdruck-Kühlmittel: Diese Technik verwendet Kühlmittel unter hohem Druck, um eine verbesserte Eindringtiefe und Effizienz bei der Kühlung und Spanabfuhr zu erreichen. Hochdruck-Kühlmittel kann durch die Spindel, durch das Werkzeug oder über Düsen zugeführt werden.

Worin bestehen die Vorteile von Kühlmitteln in der Industrie?

Die Vorteile von Kühlmitteln in der Industrie umfassen:

• Wärmeabfuhr: Kühlmittel helfen, die während des Bearbeitungsprozesses entstehende Wärme abzuführen, was eine Überhitzung des Werkzeugs und des Werkstücks verhindert.
• Schmierung: Sie reduzieren die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, was zu geringerem Verschleiß führt.
• Spanabfuhr: Kühlmittel unterstützen die Entfernung von Spänen aus der Bearbeitungszone, was Verklemmungen und Schäden am Werkzeug verhindert.
• Verlängerung der Werkzeugstandzeit: Durch die Reduzierung von Wärme und Reibung tragen Kühlmittel dazu bei, die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern.
• Verbesserung der Oberflächengüte: Eine bessere Schmierung und Kühlung führen zu glatteren Oberflächen am bearbeiteten Werkstück.
• Prozessstabilität: Eine konstante Kühlung und Schmierung tragen zur Prozesssicherheit und zu gleichbleibenden Bearbeitungsergebnissen bei.
• Materialschonung: Kühlmittel helfen, Materialdeformationen durch übermäßige Wärme zu verhindern.
• Korrosionsschutz: Viele Kühlmittel enthalten Zusätze, die das Werkstück und die Maschine vor Korrosion schützen.
• Reduzierung von Gesundheitsrisiken: Sie können auch dazu beitragen, die Freisetzung von schädlichem Staub und Aerosolen in die Luft zu reduzieren, was die Arbeitsbedingungen verbessert.

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