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Betrieblicher Umweltschutz in Baden-Württemberg
 
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Minimalmengen-Schmierung (MMS)

Unter Minimalmengen-Schmierung (MMS) versteht man das Aufbringen sehr geringer Schmierstoffmengen direkt auf den Wirkungsbereich Werkzeug/Werkstück. Ziel ist die Reduzierung der Entstehung von Reibwärme bei der Zerspanung. Der Kühleffekt durch das Medium spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle.

Mit minimalen Schmierstoff-Mengen (5 bis max. 50ml/h) kann für die Trockenbearbeitung ein wesentlich breiterer Anwendungsbereich mit erhöhter Prozesssicherheit und deutlich verlängerten Werkzeugstandzeiten erschlossen werden. Die MMS ergänzt daher die Trockenbearbeitung um eine kostengünstige, betriebssichere und universell einsetzbare Technologie.

Der Schmierstoffauftrag erfolgt meist mittels Sprühtechnik entweder von außen auf die Bearbeitungsstelle (äußere Zuführung) oder über die Werkzeugspindel durch das Werkzeug (z. B. bei Bohrern, Fräsern) über eingebrachte Kanäle zur Werkzeugschneide (innere Zuführung). Für beide Anwendungsbereiche stehen geeignete Auftragssysteme mehrerer Hersteller zur Verfügung.

Grafik: Gegenüberstellung äußere und innere MMS-Zuführung

Quelle: Umstellung eines Fertigungsbereichs auf Trockenbearbeitung, Projektbericht ABAG-itm, Pforzheim

Im Gegensatz zur konventionellen Nassbearbeitung ist die MMS eine Verlustschmierung. Um die geringen Mengen im Bereich von 5 bis max. 50 ml/h exakt und bedarfsgerecht dosiert auf die Wirkstelle aufzubringen, werden verschiedene Ausführungen der Sprühtechnik eingesetzt. Mit Luft als Träger- und Führungsmedium (zur Reduzierung der Overspray-Verluste) werden feinste Schmierstofftröpfchen auf die Bearbeitungsstelle aufgebracht. Der Auftragstechnik kommt dabei eine wesentliche Bedeutung zu.

Grafik: Prinzipskizze MMS-System
Prinzipskizze MMS-System
Quelle: IfW, Universität Stuttgart

MMS-Systeme sind in der Regel relativ kompakt und lassen sich auch bei bestehenden Werkzeugmaschinen gut nachrüsten. Bei äußerer Zuführung sollte die Düse dabei im Abstand von 3 bis 15 cm auf den Eingriffsbereich des Werkzeugs gerichtet sein. Bei automatischen Werkzeugwechselsystemen ist auf die Kollisionsgefahr beim Werkzeugwechsel zu achten. Gerade wegen des überschaubaren Investitionsaufwands (Gerätekosten: 1.000 bis 6.000 Euro) und der einfachen Nachrüstmöglichkeit sind MMS-Anlagen auch gut für die Ausrüstung einzeln stehender Maschinen sowie im Werkstattbereich geeignet.

Ein beispielhafter Kostenvergleich zeigt, dass die entscheidenden Kostenvorteile keineswegs aus der entfallenden Beschaffung und der Entsorgung der Kühlschmierstoffe (KSS) resultieren, sondern vielmehr aus den indirekten Kosten, wie z. B. Personal- und Anlagenkosten zur Pflege, Überwachung und Maschinenreinigung. Je nach betrieblicher Situation können die mit dem MMS-Einsatz erzielbaren Vorteile sehr unterschiedlich ausfallen. Hier empfiehlt es sich, sich im Vorfeld einen Kostenüberblick über die eigenen mit dem KSS-Einsatz verbundenen Aufwendungen und Umweltrisiken zu verschaffen.

Grafik:  Vereinfachter Kostenvergleich Nassbearbeitung/MMS-Einsatz bei einer einzelstehenden Maschine mit 200 l KSS-Volumen
Vereinfachter Kostenvergleich Nassbearbeitung/MMS-Einsatz
Quelle: ABAG-itm, Pforzheim

Neben der Auswahl des für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten MMS-Auftragssystems kommt der Wahl des geeigneten Schmierstoffs eine ebenso große Bedeutung zu. Der Schmierstoff muss sowohl an das Auftragsgerät (insbesondere bezüglich der Viskosität) als auch an die Anforderungen des Bearbeitungsprozesses (Schmierfähigkeit) abgestimmt sein. Zur Vermeidung unnötiger Belastungen der Luft am Arbeitsplatz sollte generell auf wassergemischte KSS sowie Schmierstoffe auf Mineralölbasis verzichtet werden. Geeignet sind vorwiegend Ester und Fettalkohole.

Wie bei der Nassbearbeitung wird auch bei der MMS eine Maschinenraumabsaugung zur Vermeidung von Emissionen und Stäuben am Arbeitsplatz empfohlen. Die abgesaugte Luft sollte, falls nötig über geeignete Filter, ins Freie abgeleitet werden.

Gegenüber der vollständigen Trockenbearbeitung ist die MMS mit zusätzlichen Kosten (Geräte und Schmiermittel) sowie geringen Umweltbelastungen verbunden. MMS sollte daher generell nur dann eingesetzt werden, wenn die Möglichkeiten der reinen Trockenbearbeitung vollständig ausgereizt sind (Werkzeug- und Verfahrensoptimierung) und damit keine Prozesssicherheit erzielt werden konnte.

Praxisnah und sehr informativ ist der eNewsletter Umwelttechnik Deutschland 2/2006 Kühlschmierstoffe (s. Literatur im rechten Infoblock). Dort werden Grundlagen und Praxisbeispiele zur Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung erläutert. Weiterhin finden Sie Richtlinien zu Kühlschmierstoffen, Kontaktadressen, Links sowie vertiefende Literatur.

Glossar

Minimalmengen-Schmierung
Als Minimalmengen-Schmierung (MMS) wird die Technologie zum Auftragen minimaler Mengen von Schmierstoffen mittels geeigneter Sprühtechnik direkt auf die Wirkstelle Werkzeug/Werkstück bezeichnet. Bei exakter Dosierung der Schmierstoffe werden in Form einer Verlustschmierung im Vergleich zur konventionellen Kühlschmierung (Nassbearbeitung) erheblich geringere Ölmengen benötigt (ca. 5 bis max. 50 ml/h pro Auftragsstelle). Bei Auftragsmengen von über 50 ml/h redet man von der Mindermengenschmierung. Durch das Aufbringen eines wirksamen Schmierfilms reduziert sich die Reibungs- und Umformwärme. Der Kühlung kommt dabei nur eine untergeordnete Bedeutung zu.

Overspray
Als Overspray bezeichnet man bei Spritz- und Sprühapplikationen den Anteil des verspritzten Mediums, der nicht auf das Werkstück und somit in die Umgebung gelangt. Dies betrifft Lackiertechniken ebenso wie z. B. das Aufsprühen eines Schmierfilms. Overspray wird durch Vorbeispritzen am Werkstück sowie durch seitlich abströmende, feine Lacktröpfchen vor der Werkstückoberfläche verursacht. Die Overspray-Verluste hängen somit sowohl von der Werkstückgeometrie als auch von der verwendeten Sprühtechnologie und deren Handhabung ab. Durch unterstützende Techniken (z. B. elektrostatische Verfahren) und weiterentwickelte Spritztechniken (z.B. HVLP-Technik) kann der Oversprayanteil erheblich reduziert werden.

Trockenbearbeitung
Spanende Metallbearbeitung unter vollständigem Verzicht auf Kühlschnierstoffe. Im praktischen Sprachgebrauch wird häufig auch die Minimalmengenschmierung unter dem Oberbegriff der Trockenbearbeitung mit einbezogen.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe (wm KSS)
Wassermischbare Kühlschmierstoffe müssen vor der Verwendung mit Wasser angemischt werden. Man unterscheidet zwischen Emulsionen (milchiges Aussehen, teilweise vom Hersteller angefärbt) und Lösungen (transparentes Aussehen, teilweise leicht angefärbt). Bei Emulsionen werden die eigentlichen Schmierstoffe (Öle und Additive) beim Anmischvorgang durch ein Emulgatorsystem als feine stabile Tröpfchen im Wasser verteilt (Öl in Wasser-Emulsion). Je nach Anwendung liegen die Einsatzkonzentrationen zwischen 3 und 17%. Bei Lösungen geht das Konzentrat (meist synthetische Kohlenwasserstoffe mit Additiven) vollständig in der Wasserphase in Lösung. Bevorzugt bei Schleifoperationen eingesetzt, liegt die Anwendungskonzentration zwischen 2 und 5%.



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