Die enorme Reduzierung der Schmierstoffmenge gegenüber den verwendeten Umlaufmengen herkömmlicher Kühlschmierstoffsysteme ist das wesentliche Merkmal der Minimalmengenschmierung. Im Gegensatz zur konventionellen Überflutungsschmierung werden bei der Minimalmengenschmierung nur wenige Milliliter (ml) pro Stunde an Schmierstoff für den Zerspanprozess benötigt.
Bild 2 "Schmierstoffzentrallager" bei Minimalmengenschmierung
Bild 3 Schmierstoffbedarf einer Arbeitsschicht bei Minimalmengenschmierung
Minimalmengenschmierung wird heute in der Anwendung so gezielt dosiert, dass das Schmiermittel weitgehend verbraucht wird. Typische Dosiermengen liegen bei ca. 5 ml bis 50 ml pro Prozess-Stunde (Werkzeug im Eingriff ).
Die extreme Verringerung der Schmierstoff-Menge bewirkt nahezu trockene Werkstücke und trockene Späne. Verluste durch Verdampfung und Verschleppung, die bei Emulsionsschmierung je nach bearbeitetem Werkstück beträchtlichen Umfang erreichen können, sind bei der Minimalmengenschmierung von untergeordneter Bedeutung. Die Gefährdung durch Kühlschmierstoff-Emissionen in der Atemluft und auf der Haut der Mitarbeiter an den Arbeitsplätzen wird hierdurch stark reduziert.
Durch den Einsatz der Minimalmengenschmierung können kostentreibende Faktoren bei der konventionellen Überflutungsschmierung entfallen. Dies bewirkt:
Die Zufuhr des Schmierstoffes erfolgt über ein Minimalmengenschmiersystem (MMS-System). Durch die gezielte Zufuhr des Schmierstoffes unmittelbar an die Wirkstelle werden Reibstellen zwischen Werkzeug, Werkstück und Span geschmiert. Der Schmierstoff wird entweder von außen als Aerosol mit Druckluft aufgebracht oder auch als Tröpfchen ans Werkzeug "geschossen".
Eine weitere Möglichkeit besteht in der inneren Schmierstoff-Zufuhr durch die rotierende Werkzeugmaschinenspindel und innere Kanäle im Werkzeug. Bild 4 zeigt die grundsätzlichen Unterschiede zwischen äußerer und innerer Zufuhr.
Bild 4 Äussere und innere Schmierstoff-Zuführung
Bild 5 Äußere Zufuhr über Düsen
Äußere Zufuhr für Standard-Prozesse
MMS-Systeme für die äußere Zufuhr eignen sich zur Nachrüstung von Werkzeugmaschinen, da die erforderlichen Sprühdüsen mit wenig Aufwand am Spindelkopf angebracht werden können. Dieses System eignet sich besonders bei einfachen Standardprozessen, z. B. Sägen, Bohren, Fräsen und Drehen.
Allerdings ist diese Art der Schmierstoffzufuhr eingeschränkt durch verschiedene Werkzeuglängen und -durchmesser als auch durch eine begrenzte Zugänglichkeit der Werkzeugschneide, z. B. beim Tiefbohren. In Tabelle 1 sind einige wesentliche Vor- und Nachteile der Außenschmierung zusammengestellt.
Tabelle 1 Einsatz der Minimalmengenschmierung mit äußerer Zufuhr
| Äußere Zufuhr |
| Vorteile |
Nachteile |
- Einfache Adaption
- Geringe Investitionskosten
- Geringer Nachrüstaufwand an konventionellen Werkzeugmaschinen
- Schnelles Ansprechverhalten
- Keine speziellen Werkzeuge erforderlich
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- Begrenzte Einstellmöglichkeit der Düsen durch unterschiedliche Werkzeuglängen und -durchmesser
- Mögliche Abschattungseffekte des Sprühstrahles beim Zerspanen
- Mögliche Streuverluste des Sprühstrahles
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Innere Zufuhr für anspruchsvolle Prozesse
Der Einsatz von MMS-Systemen mit innerer Zufuhr ermöglicht die präzise Zuführung des Aerosols direkt an die Wirkstelle durch das Werkzeug hindurch. Der Schmierstoff steht während des gesamten Bearbeitungsvorganges an den kritischen Stellen kontinuierlich zur Verfügung. Dadurch lassen sich sehr große Bohrungstiefen und sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten realisieren. Da das Medium durch die Maschinenspindel hindurch geführt werden muss, ist eine Umrüstung auf dieses System unter Umständen mit hohen Kosten verbunden.
Einige Systeme lassen sich direkt über die Werkzeugmaschinensteuerung steuern, um die Einstellung des Schmiersystems bei Werkzeugwechsel automatisch auf die erforderlichen Werte von Ölmenge und Druckluft vorzunehmen. Eine manuelle Einstellung von Systemparametern kann bei diesen Schmiersystemen in der automatisierten Fertigung entfallen. Eine Übersicht über die Vor- und Nachteile der inneren Zufuhr ist in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2 Einsatz der Minimalmengenschmierung mit innerer Zufuhr
| Innere Zufuhr |
| Vorteile |
Nachteile |
- Optimale Schmierung der Eingriffsstelle (für jedes Werkzeug, auch bei schwer zugänglichen Bearbeitungsstellen)
- Keine Streu- oder Sprühverluste (siehe äußere Zuführung)
- Schmierstoffmenge für jedes Werkzeug optimierbar
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- Spezielle Werkzeuge erforderlich
- Höhere Investitionskosten
- Eignung der Maschine ist Voraussetzung
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Definitionen:
Eine Definition der Minimalmengenschmierung ist bislang weder in Normen noch in Richtlinien festgelegt. Auf Grund zahlreicher Veröffentlichu...