Dipl.-Biol. Bettina Huck, Dipl.-Chem. Michael Rocker
Die Tribologie ist die Lehre von der Reibung. Bewegen sich Oberflächen aufeinander, so verhaken sich vorhandene (auch mikroskopische) Unebenheiten ineinander – das bedeutet zusätzlichen Energieverbrauch. Wenn Sie einen Tisch einmal über Teppichboden und über Parkett ziehen, können sie den Unterschied fühlen. In einer Werkzeugmaschine werden etwa 75 % der eingesetzten Energie in Wärme umgesetzt – vor allem durch Reibung! Und bei der Bearbeitung von Metallen durch Fräsen, Drehen, Bohren oder Schleifen gibt es viele Berührungspunkte und viele Unebenheiten, denken Sie an Werkzeug, Werkstück und Span.
Also benötigt man ein Schmiermedium, das die Reibung vermindert. Der physikalische Prozess ist höchst anspruchsvoll: Im Prinzip werden durch Schmiermedien Oberflächen "geglättet", sodass sie leichter aneinander abgleiten können. Da sich nur bei wenigen Prozessen die Schmierung von selbst ergibt – denken Sie z. B. an den Wasserfilm, auf dem der Schlittschuhläufer gleitet – muss dem KSS eine Schmierkomponente zugegeben werden, die sich genau an den kritischen Berührungsflächen zwischen Werkstück und Werkzeug und zwischen Werkzeug und Span legt. Dazu muss der KSS diese Berührungsfläche sehr schnell erreichen. Immer schnellere Bearbeitungsverfahren (Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten) bedingen so immer höhere Zuführdrücke. Dabei muss der KSS die Oberfläche möglichst effizient benetzen (Abb. 2). Wird der KSS nicht wieder abgewaschen, ist die Schmierleistung ganz schnell verbraucht und der KSS "magert aus".
Abb. 2: Schema für die Benetzung einer Oberfläche mit Schmiermedium (Quelle: BGHM)
Die Hauptarbeit der Schmierung erledigen Komponenten wie Mineral- oder Esteröle, die mit zunehmender Viskosität zunehmende Schmierleistung haben – aber der Schmierfilm muss auch wieder ablaufen! Deshalb ist der Viskosität nach oben eine Grenze gesetzt, die vom Bearbeitungsverfahren abhängt. Bei Verfahren wie Schleifen oder Honen wird nur geringe Schmierleistung benötigt, da sonst gar kein Abtrag mehr möglich ist (dies hängt mit der "Länge" und der Geometrie des Schleifkorns zusammen). Hier wird die Schmierleistung meistens durch synthetische Glykol-Verbindungen bewirkt.
Bei sehr hohen Schmieranforderungen werden "extreme pressure – EP"-Zusätze benötigt. Es handelt sich hier um Phosphor- und Schwefeladditive, vereinzelt noch Chlorparaffine. Im Prozess entstehen dabei an der Schneide 400–700 °C. Bei dieser Temperatur zersetzen sich die EP-Wirkstoffe und bilden (kurzfristig) flüssige Metallsalze (Phosphide, Sulfide und Chloride). Diese gehen in Lösung, der EP-Zusatz führt bestimmungsgemäß zu einer Verbrauchsschmierung. Die Folgen dieser unvermeidbaren Veränderung der KSS-Zusammensetzung werden noch beschrieben.
Natürlich werden in einer modernen Werkzeugmaschine alle beweglichen Teile wie z. B. Spindel, Bettbahn und auch Hydraulik ebenfalls geschmiert. Grundsätzlich können sich alle Schmiermedien miteinander mischen. Die Abhandlung der dabei möglichen technischen Probleme würde diesen Beitrag sprengen.