Schleiföle

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Schleiföle für die Hochleistungsbearbeitung von Hartmetallen und Cermets mit Diamantwerkzeugen

Ing. Ernst Klapp, Rödermark

1. Einleitung

Früher wurden spröde Hartwerkstoffe wie z. B. Hartmetalle und Cermets generell mit kunstharzgebundenen Diamantschleifscheiben bearbeitet, wobei relativ geringe Schnittgeschwindigkeiten (vc = 18 – 22 m/s) und Materialabtragsraten (Q’w = 0,5 – 2,0 mm²/s) angewendet wurden. Die hierbei eingesetzten Kühlschmierstoffe (KSS) waren wässrige Lösungen und wasserbasierte Ölemulsionen, wenn nicht sogar (bei sehr geringen Abtragsraten (Q’w = 0,05 – 0,2 mm²/s) trocken gearbeitet wurde. Auch heute wird noch vielerorts unter solchen unwirtschaftlichen Bedingungen produziert.

Mit der Entwicklung des Hochleistungsschleifens (HLS) und besonders mit der speziellen Entwicklung des HEDG-Verfahrens (High-Efficiency-Deep-Grinding), ergaben sich wirtschaftliche Verfahren für das Schleifen von sprödharten Materialien. Mit der gleichzeitigen Entwicklung  entsprechender Hochleistungs-Schleifmaschinen und Schleifwerkzeugen wurden auch optimal angepasste Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis sowie zugeordnete KSS-Zuführungssysteme entwickelt und mit bestem Erfolg in die Praxis eingeführt.

Ohne die Lösung der zugeordneten Kühlschmierstoff-Problematik wäre die Entwicklung des Hochleistungsschleifens (sowohl bei der Stahl- als auch bei der Hartstoffbearbeitung) wahrscheinlich nicht möglich gewesen. Die MKU-Chemie GmbH war bei der Schaffung dieser grundlegenden Voraussetzungen von Anfang an in vorderster Linie tätig und hat deshalb heute noch einen beträchtlichen Wissens- und Erfahrungsvorsprung bei der Bereitstellung von Kühlschmierstoffen auf allen Gebieten der modernen Hochleistungsschleiftechnik, insbesondere auch für die HEDG-Bearbeitung von spröden Hartwerkstoffen.

2. Kühlschmiermittel für das konventionelle Schleifen von Hartwerkstoffen

Da Hartmetalle und Cermets auch heute noch häufig auf herkömmlichen Maschinen mit konventionellen kunstharzgebundenen Schleifwerkzeugen (bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten und Abtragsraten) bearbeitet werden, müssen für diese konventionellen Operationen weiterhin entsprechende Kühlschmierstoffe auf Wasserbasis angeboten werden. Diese müssen, neben einer hinreichenden Inhibierung gegen das Auslösen von  Kobalt Ionen aus dem zu bearbeitenden Hartwerkstoff, vor allem eine gute Kühlwirkung aufweisen. Wegen der hierbei immer sehr geringen Ausdehnung der Kontaktzone und der niedrigen Schnittgeschwindigkeiten hat der Aspekt der Schmierung in diesen Anwendungsfällen nur eine untergeordnete Bedeutung.

Die MKU-Chemie GmbH empfiehlt für diesen konventionellen Bereich der Hartwerkstoff-Schleifbearbeitung die folgenden vollsynthetischen Lösungskonzentrate, die beide eine optimale Kobaltinhibierung aufweisen und die der jeweiligen Schleifaufgabe durch variable Konzentration angepasst werden können:

  • Rotex® KS V 1767-2
  • Rotex® KS V 1527 BF
  • Rotex® KS V 1527
  • Rotex® KS V 1804-4

Die drei erstgenannten Produkte wurden für die ausschließliche Bearbeitung von Hartmetallen und Hartmetall-Stahl-Kombinationen bei geringen Abtragsraten konzipiert und sollten nur für diesen Zweck verwandt werden. Mit dem Rotex® KS V 1804-4 können neben Hartmetall auch keramische Werkstoffe (Cermets, Schneidkeramik) bearbeitet werden.

3.  Bedeutung der Kühlschmierung beim konventionellen Tiefschleifen von spröden Hartwerkstoffen

Allgemein ist das Tiefschleifen (oft auch Schleichgangschleifen genannt) durch niedrige Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten einerseits und sehr hohe Zustellungen andererseits gekennzeichnet. Damit ist es z. B. möglich, Schaftfräserrohlinge aus Hartmetall mit kunstharzgebundenen Schleifwerkzeugen unter Anwendung folgender Parameter zu bearbeiten, die den Übergang zum Hochleistungsschleifen markieren:

  • Schnittgeschwindigkeit vc = 18 m/s
  • Vorschubgeschwindigkeit vw = 1,6 mm/s
  • Zustellung ae = 13,0 mm

Hieraus resultiert eine relativ hohe Abtragsrate von Q’w = 20,8 mm/s und (bei einem Schleifscheibendurchschnitt von ds = 400 mm) eine Kontaktzonenlänge von lk @ 22 mm. Daraus folgen andererseits einige für den Prozess charakteristische Merkmale, die für die Art des anzuwenden Kühlschmierstoffes von ausschlaggebender Bedeutung sind:

a)  Wegen der großen Zustellung und der relativ großen Abtragsrate ergibt sich eine sehr hohe Gesamtschleifkraft. Deshalb muss zum einen eine steife und antriebsstarke Maschine eingesetzt werden und die Viskosität des Kühlschmierstoffes darf nicht zu niedrig sein. Das bedeutet, Emulsionen und wässrige Lösungen sind nicht geeignet

b)   Wegen der ausgedehnten Kontaktzone und der geringen Vorschubgeschwindigkeit ist die thermische Belastung in den Kontaktzonen relativ niedrig, während die mechanische Belastung (Reibung, spezifische Schnittkraft) im mittleren Bereich liegt. Das KSS-Medium sollte also eine gute Schmierwirkung (bei genügender Kühlwirkung) aufweisen, was am besten mit einem Schleiföl von mittlerer Viskosität erreicht werden kann.

c)   Wegen der geringen Schnittgeschwindigkeiten ist kein spezielles KSS-Zuführungssystem erforderlich. Es muss aber unbedingt sichergestellt sein, dass die Werkzeugoberfläche gut benetzt wird. Hierfür muss der Kühlschmierstoff durch eine geeignete Additivierung ein optimales Gleichgewicht zwischen Viskosität und Adhäsion aufweisen.

Für das Tiefschleifen von Hartwerkstoffen werden von Seiten der MKU-Chemie GmbH mittelviskose Hochleistungsschleiföle der Rotex® Spezial V 1064-Reihe empfohlen, die für alle HLS-Prozesse geeignet sind, die durch eine große Kontaktzone gekennzeichnet sind (s. nachfolgendes Kapitel).

4.  Schleiföle für das Hochleistungsschleifen von spröden Hartwerkstoffen

Das Hochleistungsschleifen wurde ursprünglich für die wirtschaftliche Bearbeitung von Stahl- und Gusswerkstoffen entwickelt. Aber heute werden damit auch spröde Hartwerkstoffe wie Hartmetalle und Cermets sehr vorteilhaft bearbeitet, wobei hohe bis sehr hohe Abtragsraten (Q’w = 30 – 200 mm²/s) bei höchsten Schnittgeschwindigkeiten (vc = 150 – 200 m/s) erzielt werden. Damit sind in jedem Falle auch hohe Schleifkräfte und Antriebsleistungen verbunden, so dass bei derartigen Produktionsverfahren stets die folgenden technologischen Voraussetzungen erfüllt sein müssen:

  • Einsatz von steifen und antriebsstarken Schleifmaschinen mit stabilem und homogenem Führungsverhalten
  • Anwendung von metallgebundenen Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeits-Diamantschleifscheiben
  • Verwendung von Hochleistungs-Kühlschmierstoffen auf Ölbasis sowie von adäquaten KSS-Zuführungssystemen

In Abhängigkeit von den gegebenen Prozessparametern müssen beim Hochleistungsschleifen grundsätzlich zwei technologisch unterschiedliche Verfahrensvarianten differenziert werden. Da diese Gegebenheiten in der Praxis oftmals nicht genügend bekannt sind, kommt es immer wieder, vor allem auch bei der Wahl des richtigen Kühlschmierstoffes, zu schwerwiegenden Fehlern.

4.1.  Hochleistungsschleifen von spröden Hartwerkstoffen mit hohen Zustellungen und mittelgroßen Vorschubgeschwindigkeiten

Das Schleifen von spröden Hartwerkstoffen (aber auch von Stählen) mit hohen Schnittgeschwindigkeiten sowie mit großen Zustellwerten und mittelgroßen Vorschubwerten ist aus entwicklungshistorischer Sicht betrachtet der originäre, mit HEDG (High-Efficiency-Deep-Grinding) bezeichnete Hochleistungsschleifprozess. Er verkörpert die authentische Verbindung von hohen Zustellungen (Tiefschleifen) und hohen Geschwindigkeiten (Hochgeschwindigkeitsschleifen) und ist für die HLS-Bearbeitung von spröden Hartwerkstoffen besonders gut geeignet.

Bei dieser Parameterkonstellation ergeben sich sehr hohe Werte für die Abtragsraten, was hohe Gesamtschnittkräfte zur Folge hat. Das führt zusammen mit den hohen Schnittgeschwindigkeiten zu hohen Werten für die umgesetzte Reibenergie, so dass bezüglich des Kühlschmierstoffes eine gute Schmierwirkung unbedingt erforderlich ist. Da sich andererseits wegen der großen Zustellung eine überproportionale lange Kontaktzone ausbildet (lk = 20-60 mm) und die Vorschubgeschwindigkeit relativ niedrig ist, ergeben sich trotz hoher Werte für das energetische Gesamtniveau des Prozesses niedrige Werte für den spezifischen Energiefluss in der Kontaktzone. Deshalb ist in Bezug auf das Kühlschmiermittel der Aspekt der Kühlung weniger wichtig als die absolut erforderliche hohe Schmierwirkung.

Für das HEDG-Schleifen von Hartwerkstoffen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und Zustellungen wird von der MKU-Chemie GmbH deshalb ein speziell additiviertes Schleiföl empfohlen, das erstens die Reibung in der ausgedehnten Kontaktzone wirkungsvoll herabsetzt und zweitens über eine mittlere Viskosität einen stabilen Schmierfilm in der Kontaktzone herbeiführen kann. Ein solches Hochleistungsschleiföl ist Rotex® Spezial V 1064 AN.

Es besitzt eine mittlere Viskosität bei 40 ° C von 16 mm²/s und ist so additiviert, dass es höchsten Anforderungen gerecht wird. Beim Schleifen von hoch vergüteten Stählen hat dieses Produkt sich sogar bei Abtragsraten von über Q’w = 500 mm²/s bewährt. Bei seiner Entwicklung flossen auch Erkenntnisse von Seiten der einschlägigen Maschinen- und Werkzeughersteller sowie von maßgeblichen universitären Forschungsinstituten ein.

Wenn Kühlschmierstoffe bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und/oder großen Zustellwerten (i.e. große Kontaktzonenlängen) eingesetzt werden, muss das stets unter Anwendung erhöhter Zuführungsdrücke mittels besonderer Zuführungseinrichtungen erfolgen. Anderenfalls kann der Kühlschmierstoff nicht oder nur ungenügend zur Wirkung kommen, was gerade beim Hochleistungsschleifen fatale Auswirkungen hat. In Kapitel 5 wird hierauf näher eingegangen.

4.2.  Hochleistungsschleifen von spröden Hartwerkstoffen mit mittleren Zustellungswerten und sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten

Diese Verfahrensvariante des Hochleistungsschleifens wie sie z. B. beim Quickpoint-Außenrundschleifprozess realisiert ist, wird im auch mit Speed-Feed Grinding bezeichnet. Bei mittleren Zustellungen (pro Hub oder pro Werkstückumdrehung) von ae = 0,2 – 0,5 mm und sehr hohen Werkstückvorschubgeschwindigkeiten von vw = 150 – 400 mm/s bilden sich nur relativ kurze Kontaktzonen mit Längen von lk = 2 – 6 mm aus. Die zugeordnete Schnittgeschwindigkeit der metallgebundenen Diamantschleifscheibe beträgt wie im Falle des HEDG-Hochleistungsschleifens vc = 150 – 200 m/s.

Auch bei diesem Verfahren ergeben sich hohe bis sehr hohe Werte für die Abtragsraten (Q’w = 30 – 200 mm²/s), was aber zu geringeren Gesamtschnittkräften als beim HEDG-Verfahren führt. Da andererseits  der spezifische Energieumsatz in der verkleinerten Kontaktzone deutlich größer als beim HEDG-Schleifen ist, bedeutet das bezüglich der Wahl eines optimalen Kühlschmierstoffes, dass ein Schleiföl angewendet werden muss, das neben einer hinreichenden Schmierwirkung insbesondere einen ausgeprägten Kühleffekt aufweist.

Für diese Variante des Hochleistungsschleifens von spröden Hartwerkstoffen mit sehr hohen Vorschubraten und mittleren Zustellungswerten empfiehlt die MKU-Chemie GmbH ein spezielles Hochleistungsschleiföl, das ebenfalls eine gute Schmierwirkung besitzt, bei dem aber der Aspekt der Kühlung stärker betont ist. Es handelt sich um Rotex® Spezial V 1064 und Rotex® Spezial V 1217.

Diese Schleiföle besitzen eine Viskosität von 8,5 mm²/s bzw 11 mm2/s bei 40°C und sind ebenfalls so konzipiert, dass sie im speziellen Anwendungsbereich höchsten Anforderungen gerecht werden. Als wichtige Anwendungsvoraussetzung muss aber auch hier unbedingt darauf geachtet werden, dass ein geeignetes KSS-Zuführungssystem zur Anwendung kommt.

5.  Auswahl der Schleifölviskosität für die Hochleistungsbearbeitung von Hartwerkstoffen

Die bisher beschriebenen Hochleistungs-Schleiföle basieren auf kernfraktionieren Mineralöl Solventraffinaten von unterschiedlicher Viskosität. Durch die Beimischung, der für die Schmierwirkung nötigen Hochdruck (EP) -Additive steigt die Viskosität noch geringfügig auf den gewünschten Endwert an. Die untere Grenze für die Viskosität ist durch das Produkt Rotex® Spezial V 1734 -2 gegeben, das bei einem relativ niedrigen Additivanteil eine Viskosität von 7,7 mm²/s bei 40 ° C aufweist. Es wird für das Tiefschleifen von spröden Hartwerkstoffen bei mittleren Zustellungen, mittleren Abtragsleistungen und bei niedrigen bis mittleren Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt.

Der Bezeichnungszusatz AN (Antinebel) verweist auf eine spezielle Legierungskomponente, die bei Schleifölen mit niedriger Viskosität zur Reduzierung der Nebelbildung stets vorhanden sein sollte. Auch die oben bereits erwähnten niedrig viskosen Produkte Rotex® Spezial V 1064 und Rotex® Spezial V 1217 werden mit dem AN-Zusatz versehen. Sie sind in Bezug auf die erreichbare Abtragsleistung und die anwendbare Schnittgeschwindigkeit des vorgehend genannten Produktes Rotex® Spezial V 1734 -2 aber deutlich überlegen.

Für das Hochleistungsschleifen von spröden Hartwerkstoffen mit niedrigen Zustellungen und hohen Vorschubwerten (z. B. bei der Bearbeitung von Hartmetall- und Keramikschneideinsätzen) kommen sehr dünnflüssige Schleiföle mit Viskositäten von 4 – 6 mm²/s bei 40 °C zum Einsatz. Hierfür werden bei der MKU-Chemie GmbH als Basisöle keine Solventraffinate verwendet, weil sie geruchsmäßig sehr belastend und nicht ökonomisch sind. Stattdessen werden medizinische Weißöle verwendet die praktisch keinen Aromatenanteil mehr aufweisen und wie sie z. B. in der Kosmetikindustrie nach DAB 10 vorgeschrieben sind. Diese Öle konnten bisher nicht mit EP-Additiven versetzt werden und waren deshalb für die Schleiftechnik unbrauchbar. Der MKU-Chemie GmbH ist es aber als bisher einziger Firma gelungen, dieses Problem mittels eines neuartigen Legierungsverfahrens zu lösen. Somit können EP-additivierte Weißöle mit niedrigsten Viskositätswerten angeboten werden, die völlig geruchsneutral und absolut hautfreundlich sind:

Dionol® V 1519-3 AN (Viskosität 5,6 mm²/s bei 40 °C)

Dionol® V 1519-5 AN (Viskosität 5,3 mm²/s bei 40 °C)

Schleiföle auf  Basis von Poly-a-olefinen haben den Nachteil, dass sie teuer sind, und dass ihre anfangs guten Eigenschaften. nach einigen Monaten Gebrauchsdauer durch Dichtungsangriff bzw. Hautunverträglichkeit und hoher Vernebelung verloren geht. Deshalb haben sich für das Hochleistungsschleifen von dünnen Hartmaterial- und Keramikelementen (auch bei erhöhten Schnittgeschwindigkeiten) Schleiföle auf der Basis von medizinischen Weißölen weitgehend durchgesetzt.

In Abhängigkeit von der vorgegebenen Maschinenanlage und dem zugeordneten KSS-Zuführungssystem können alle niedrigviskosen Schleiföle mit erhöhtem AN-Additiv (Antinebelzusatz) zur Minimierung der Aerosolbildung ausgelegt werden. Das ist auch dann stets zu empfehlen, wenn die KSS-Temperatur (z. B. aufgrund fehlender Kühleinrichtungen) nicht niedrig genug (zwischen 22 und 26 ° C) gehalten werden kann.

6.  Komplementäre Honöle

An das Hochleistungsschleifen von Schneid- und Bauelementen aus spröden Hartwerkstoffen (aber auch aus gehärteten oder hochvergüteten Schnellarbeitsstählen) schließt sich oft als nachfolgender Arbeitsgang das Honen von geraden oder profilierten Flächen an. Dazu werden auf speziellen Hochleistungs-Honautomaten Diamant- und CBN-Werkzeuge eingesetzt, die für ihre volle Leistungsfähigkeit ebenfalls speziell aufgebaute Hochleistungskühlschmierstoffe benötigen. Da beim Honen (im Vergleich zum Schleifen) deutlich niedrigere Schnittgeschwindigkeiten angewandt werden, muss bei der Entwicklung der Honöle generell auf eine hinreichende Additivierung mit AW-Zusätzen geachtet werden, damit der Werkzeugverschleiß im Bereich niedriger örtlicher Temperaturen reduziert wird. Bei hohen Werkzeuganpressdrücken und/oder schmalen Werkzeugbreiten und hohen Arbeitsgeschwindigkeiten muss das Honöl aber auch EP-Additive (zur Aufrechterhaltung der Schmierung bei hohen Abtragsraten und hohen örtlichen Temperaturen) enthalten.

Bezüglich der optimalen Viskosität werden von der MKU-Chemie GmbH zwei unterschiedliche Produkte angeboten:

Dionol® HV 1770 (Viskosität 21,7 mm²/s bei 40 °C)

Dionol® HV 1412 (Viskosität   4,0 mm²/s bei 40 °C)

Dionol® HV 1770 ist ein mittelviskoses Hochleistungshonöl und ist optimal für breite Diamant- oder CBN-Werkzeuge, wenn hohe Abtragsraten und beste Oberflächengüte erreicht werden sollen wie es z. B. auf modernen Sunnen-Maschinen dem heutigen Stand der Technik entspricht. Hierbei kommt es (in Analogie zum HEDG-Schleifen) in erster Linie auf eine gute Schmierung an. Dionol® HV 1412  ist ein niedrigviskoses Hochleistungshonöl und ideal bei schmalen Diamant- und CBN-Werkzeugen (oder auch bei konventionellen Korundleisten), wenn bei hinreichender Oberflächengüte hohe Abtragsraten erreicht werden sollen. Ein großes Anwendungsfeld hierfür ist das Hochleistungshonen auf modernen Honautomaten,  wobei es hier (in Analogie zum Speed-Feed-Grinding) stärker auf den Aspekt der Kühlung gegenüber der Schmierung ankommt.

7.  Einrichtungen für die Zuführung und für die Filterung des Kühlschmierstoffes beim Hochleistungsschleifen spröder Hartwerkstoffe

Ganz allgemein gilt für das Schleifen, dass der Kühlschmierstoff nur wirksam werden kann, wenn er in die Kontaktzone zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück gelangt und wenn die gesamte Kontaktzone mit einem geschlossenen KSS-Film abgedeckt wird. Das ist aber umso schwieriger zu erreichen, je länger sich die Kontaktzone ausdehnt und je höher die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe ist. Aber auch wenn die Viskosität des Kühlschmierstoffes zu hoch oder zu niedrig ist, ist eine korrekte Benetzung der Kontaktzone nicht möglich.

Für die hier betrachteten Fälle des HEDG-Schleifens, des Speed-Feed-Grinding und des Tiefschleifens mit erhöhten Abtragsraten, aber auch bei allen anderen Schleifvorgängen mit erhöhter Schnittgeschwindigkeit und/oder erhöhten Abtragsraten muss zunächst darauf geachtet werden, dass der KSS-Zuführungsdruck ausreichend hoch ist und die Zuführungsdüsen wirklich auf jene Zone gerichtet sind, wo die Schleifscheibe in die Kontaktzone eintritt. Das klingt banal, aber hier werden in der Praxis oft eklatante Fehler gemacht; und schon bei der Frage, ob im Gleichlauf oder im Gegenlauf gearbeitet wird (was entscheidend ist für die Positionierung der Hauptdüse), sind die Einrichter und Maschinenbediener oft nicht richtig im Bilde.

Da das Kühlschmiermittel im Schleifprozess vier Aufgaben erfüllen muss (Schmieren, Kühlen, Reinigen der Scheibenoberfläche und Abtransport des Abschliffs), sind die zugeordneten Techniken und Zuführungseinrichtungen komplex. Bei der Bearbeitung von spröden Hartwerkstoffen existiert aber eine gewisse Erleichterung dahingehend, dass der Materialabtrag nicht in Form von mehr oder weniger langgestreckten Spänen erfolgt, sondern wegen der Werkstoffsprödigkeit in Form kleiner Globulit-Partikel anfällt. Damit ist die Tendenz des Zusetzens der Scheibenoberfläche oder einzelner Zuführungsdüsen relativ gering. Bei höchsten Anforderungen wie z. B. beim HEDG-Schleifen einer profilierten 10 mm tiefen Nut in ein HM-Werkstück mit einer Abtragsrate von 100 mm²/s müssen drei voneinander getrennte KSS-Zuführungseinrichtungen zur Anwendung gebracht werden, damit das Gesamtsystem des Schleifprozesses seiner Aufgabe gerecht werden kann:

a) Hauptzuführungsdüse

Das Problem, die Schleifscheibe ausreichend zu benetzen, ist darin begründet, dass diese sich normalerweise (besonders aber bei erhöhten Schnittgeschwindigkeiten) deutlich schneller bewegt als der aus der Düse austretende Kühlschmierstoff. Wenn dieser nun auf die viel schnellere Scheibenoberfläche trifft, verwirbelt er sich in der Grenzschicht in turbulenter Weise und prallt regelrecht von der rauen Werkzeugoberfläche ab. Man spricht hier fälschlicherweise vom „Luftkissen-Effekt“; aber in Wirklichkeit handelt es sich um eine Druckerhöhung durch Grenzschichtturbulenzen. Wie auch immer, die einzig sinnvolle Gegenmaßnahme ist eine deutliche Erhöhung der KSS-Ausstrittsgeschwindigkeit durch Erhöhung des Zuführungsdruckes auf 15-20 bar (und oft auch noch mehr). Dadurch nähert sich die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffes der Geschwindigkeit der Scheibenoberfläche an, so dass eine geringere Verwirbelung und eine bessere adhäsive Benetzung der Werkzeugoberfläche gegeben ist.  Je höher die Viskosität des Kühlschmierstoffes ist, desto besser ist zwar der Benetzungseffekt, aber umso niedriger ist andererseits die Austrittsgeschwindigkeit. Hier muss also ein Optimum im Bereich mittlerer Viskosität gefunden werden, was den von der MKU empfohlenen Produkten zugrunde liegt.

b) Reinigungsdüse

Wenn die Schleifscheibe beim HEDG-Prozess aus der Kontaktzone austritt, transportiert sie über ihre mit hoher Geschwindigkeit rotierende Oberfläche eine große Menge abgeschliffener Materialteilchen. Die meisten dieser zum Teil rot glühenden Partikel werden durch die Fliehkraft von der Schleifscheibe weg geschleudert und bilden eine Funkengarbe, die auch bei starkem Kühlmitteleinsatz meistens deutlich sichtbar ist. Aber einige Partikel lösen sich nicht von der Werkzeugoberfläche, weil sie beim Durchlaufen der Kontaktzone nicht genügend Freiraum hatten und mit hohem Druck in die Scheibenoberfläche gepresst wurden. Dort „verkrallen“ sie sich so stark, dass diese Partikel nach einer Werkzeugumdrehung erneut in die Kontaktzone eintreten würden. Das aber wäre katastrophal, denn an dieser Stelle würde sich sekundenschnell ein kompakter metallischer Belag bilden, der den Schmierfilm in der Kontaktzone aufreißen würde, so dass es zu einem Metall-Metall-Trockenreibprozess kommen würde. Damit eine solche Störung verhindert wird, werden eine oder mehrere Reinigungsdüsen am Scheibenumfang angebracht, über die mit hohem Druck scharfe Kühlmittelstrahlen normal auf die Scheibenoberfläche gelenkt werden. Bei Drücken, die um ca. 5 bar höher sind als bei den unter Punkt a) beschriebenen Hauptdüsen, lässt sich ein derartiges Zusetzen mit hoher Sicherheit ausspülen.

c) Löschdüse

Wenn die Funkengarbe sehr intensiv ist und/oder wenn sehr viele Abtragspartikel an der Scheibenoberfläche haften bleiben und als Feuerring mit dem Werkzeug umlaufen, wird mittels einer Löschdüse ein breiter KSS-Strahl auf die Scheibenoberfläche kurz nach dem Austritt aus der Kontaktzone gerichtet. Dadurch wird einmal die Funkengarbe gelöscht oder im Ausmaß reduziert und zum anderen werden die an der Scheibenoberfläche anhaftenden Partikel abgeschreckt. Dadurch schrumpfen sie etwas und können von dem nachfolgenden Reinigungsstrahl leichter ausgespült werden. Bei der Löschdüse wird ein wesentlich höherer Druck wie bei der Hauptdüse angewandt, weil sie auch teilweise als Reinigungsdüse eingesetzt wird.

Diese relativ aufwendigen Einrichtungen für die KSS-Zuführung beim Hochleistungsschleifen sind keine nebensächlichen Optionen. Vielmehr sind sie absolut erforderlich für einen störungsfreien Prozessablauf.

Hochleistungsschleifen ist ohne ein entsprechendes hochleistungs-Schleiföl nicht möglich und dieses ist wiederum ohne entsprechende Zuführungseinrichtungen nicht wirksam. Diese Systemkomponenten sind unverzichtbarer Bestandteil der entsprechenden Hochleistungsmaschine und gehören deshalb absolut in den Kompetenzbereich der Maschinenhersteller.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Kühlschmierstoff-Anwendung beim Hochleistungsschleifen ist die rasche und gründliche Ausfilterung der abgeschliffenen Abtragspartikel aus dem KSS. Bei einer Abtragsrate von Q’w = 100 mm²/s beim HEDG-Schleifen wird bei einer 10,0 mm breiten Schleifscheibe pro Minuten ein Volumen von 60 cm³ zerspant, was einer Partikelzahl von ca. 30 Milliarden entspricht (bei einer mittleren Partikelgröße von 25 µ). Würde man diesen Abtrag nicht permanent ausfiltern, dann würde die gesamte KSS-Menge in wenigen Stunden unbrauchbar werden. Die Partikel würden in zunehmender Zahl durch die Kontaktzone gedrückt, womit die Gefahr der Zusetzung der Schleifscheibe ansteigt und das Schleifergebnis qualitativ schlechter wird. Außerdem werden durch diese Verunreinigung die tribologischen Eigenschaften des Kühlschmierstoffes bezüglich der Additivierung und der Viskosität stark beeinträchtigt, so dass das Medium seiner Aufgabe nicht mehr gerecht werden kann.

Der Filterprozess als kontinuierlicher technischer Vorgang ist umso schwierigen je kleiner und kugelförmiger die Partikel sind und je größer ihre Anzahl pro Volumeneinheit ist. Das macht die Angelegenheit für das Hochleistungsschleifen von spröden Hartwerkstoffen problematisch, denn hierbei fällt der Abschliff in sehr kleinen globulitischen Bruchpartikeln mit einem Durchmesser von 3 – 50 µ an. Insofern sind einfache Bandfilter, Magnetabscheider und Zyklotron-Anlagen für die KSS-Filterung in diesem Fall nicht geeignet. In Abhängigkeit von der Viskosität des Kühlschmierstoffes können für das Hochleistungsschleifen von spröden Hartwerkstoffen folgende Filterverfahren empfohlen werden:

a) Niedrige Viskosität (4 – 12 mm²/s bei 40 °C)

Hier eignet sich nur der sogenannte Spaltfilter, der auch bei wässrigen Lösungen bestens geeignet ist.

b) Mittlere Viskosität (12 – 22 mm²/s bei 40 °C)

Hier ist der Einsatz von speziellen Bandfiltern mit Vakuumtechnik oder auch von speziellen Anschwemmfiltern möglich. Als bestgeeignete Methode hat sich aber das Ausfiltern mit sogenannten Turbo-Separatoren erwiesen, die unabhängig von der Partikelform sehr effizient und zuverlässig arbeiten.

In der Praxis muss auch beachtet werden, dass mit dem Filtervorgang stets auch ein gewisser KSS-Austrag und auf Dauer eine Verminderung des Additivanteils verbunden ist. Dem muss durch Nachfüllung und/oder zusätzlicher Additiv Beigabe entgegengewirkt werden. Wenn in dieser Weise eine optimale KSS-Pflege betrieben wird, können Hochleistungsschleiföle über einen Zeitraum von 2 – 3 Jahren im Einsatz verbleiben. In dieser Zeit werden bei Hochleistungsprozessen Gesamtvolumina abgeschliffen, die bis zu 30 Mal größer sein können als das Volumen des eingesetzten Kühlschmierstoffes. Das setzt aber höchste Kühlschmierstoffqualität und optimale tribologische Eigenschaften voraus.

MKU Chemie Gruppe