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Innovative Kühlschmierkonzepte

Mit Blick auf die gesundheitlichen Risiken sowie den Ressourceneinsatz bieten die am Markt etablierten Kühlschmierstoffe erhebliche Verbesserungspotenziale. Während das in der unternehmerischen Praxis vorwiegend angewendete Fluten mit maßgeblichen gesundheitlichen und ökologischen Problemen verbunden ist, basieren die herkömmlichen Fluide der Minimalmengenschmierung ausschließlich auf energieintensiv hergestellten Mineralöl-Raffinaten, Hydrocrackölen und synthetische Ölen. Als Vorreiter und Pionier im Bereich der Minimalmengenschmierung haben wir es uns zu Aufgabe gemacht Flüssigkeiten zu entwickeln die für Mensch und Umwelt bedenkenlos einsetzbar sind und trotzdem höchste Bearbeitungsparameter bieten.

Mit Sitz in Münsingen in der Region Neckar-Alb steht der Name HPM Technologie seit über 70 Jahren weltweit für den Bau modernster Anlagen im Bereich Minimalmengensprühauftrag, Tropfenauftrag und Schmierstoffe. Die in eigener Entwicklung hergestellten, hochtechnischen Minimalmengensprühsysteme und Düsen für innere und äußere Schmieranwendungen zeichnen sich durch ihre höchst präzise und gleichmäßige Arbeitsweise aus, um einen sparsamen und umweltschonenden Umgang mit Fluids unterschiedlichster Eigenschaften gewährleisten zu können.

Für den exakten maschinellen Einsatz in Industrie, Handwerk, Land- und Forstwirtschaft sowie private Anwendungen bietet die  HPM Technologie GmbH hochwertige Schmierstoffe an, welche mit hervorragenden Schmiereigenschaften und maximalen Verdunstungsgraden bei geringster Toxizität auch den höchsten Anforderungen gerecht werden. Dabei vertrauen über 1.000 Kunden jährlich unseren Produkten.

Fluids der Minimalmengenschmierung vs. Klassische Kühlschmierung

Kühlschmierstoffe (KSS) werden bei Fertigungsverfahren der umformenden, trennenden und spanenden Be- und Verarbeitung von Werkstoffen mit dem Ziel eingesetzt, das Werkzeug zu Kühlen, die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug zu vermindern, den Verschleiß des Werkzeugs zu begrenzen sowie die Späne abzuführen. Zum Einsatz kommen dabei nichtwassermischbare KSS, insbesondere naphta- oder paraffinbasierende Mineralöle, seltener synthetische Öle, sowie wassermischbare KSS, wie z. B. anwendungsfertige Emulsionen.

Während bei Einzelmaschinen Umlaufschmierungen mit ca. 3 bis 2000 Litern verwendet werden, können sich bei einer zentralen Schmiermittelversorgung Zehntausende Liter in der Versorgungseinheit befinden.

Trotz der umweltrelevanten Belastungen sowie der gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf die Mitarbeiter, insbesondere aufgrund der Aerosolbildung, wird das Fluten nach wie vor fast ausschließlich bei metallbearbeiteten Unternehmen eingesetzt. Dabei zeigen die mit dem Einsatz des Flutens einhergehenden Problemstellungen, insbesondere mit Blick auf die Umweltbelastung, die grundsätzliche Notwendigkeit, innovative Schmierstofftechnologien zu entwickeln und erfolgreich am Markt zu platzieren. Die zunehmende Bedeutung der MMS in der betrieblichen Praxis liefert hier entscheidende Verbesserungsmöglichkeiten.

Dies sind auch die Erfahrungen von Rainer Thumm, welcher bei der HPM Technologie GmbH in der Flüssigkeitsentwicklung mit federführend ist. „Die Mengen, welche bei der Überflutungsschmierung durch Verdunstung oder Zerstäubung beim Aufprall auf das rotierende Werkzeug entstehen sind im Vergleich zu den Verbräuchen der Minimalmengenschmierung exorbitant hoch.“

Dabei ist Minimalmengenschmiertechnik in der spanenden Metallbearbeitung in der Lage, höchste Produktivität mit ökologischen und gesundheitlichen Vorteilen zu verbinden. Allein die deutliche Reduzierung des Verbrauchs an Kühlschmierstoffen bringt in vieler Hinsicht Verbesserungen für die gesamte Metall verarbeitende Branche, Mensch und Umwelt mit sich. Bei dieser Art der Verlustschmierung sind ca. 25 Milliliter Schmiermittel pro Stunde ausreichend, was im Vergleich zur Umlaufschmierung und dem hier anfallenden Systemaustrag von ca. einem Liter pro Stunde eine maßgebliche Verbesserung darstellt. Als Basisflüssigkeiten kommen dabei insbesondere aromatenarme Kohlenwasserstoffgemische (Mineralölraffinate, Hydrocracköle und Polyalphaolefine), Carbonsäureester und Fettalkohole zum Einsatz.

Grundsätzlich gilt es diesbezüglich festzuhalten, dass die Minimalmengenschmierung hinsichtlich der erreichten Umweltentlastung und dem gesundheitlichen Gefahrenpotenzial zwar einen richtigen und zwingend notwendigen Entwicklungsschritt darstellt, zugleich aber in Bezug auf die eingesetzten Basisflüssigkeiten mit Blick auf die Umweltbelastung maßgebliche Verbesserungspotenziale bestehen. Dabei wird die Minimalmengenschmierung zwar am Markt eingesetzt, basiert aber nach wie vor ausschließlich auf Ölen als Grundflüssigkeit beim Einsatz von schwereren Zerspanungen. In Bezug auf die sich hieraus resultierende Umweltbelastung und den erheblichen Ressourceneinsatz ergeben sich insbesondere aufgrund der energieintensiven Herstellungsprozesse der Grundflüssigkeit maßgebliche Verbesserungspotenziale.

Die Veränderung des Kühlschmierstoffes im Prozess

Kühlschmierstoffe unterliegen während ihres Einsatzes verschiedenen Verunreinigungen, deren Entstehung im normalen Betriebsablauf nur zum Teil verhindert werden kann. Durch Abrieb von Metalloberflächen verunreinigen Feststoffe die Kühlschmierstoffe, Hydrauliköle gelangen in den Kreislauf, Zersetzungsprodukte durch thermische Einflüsse oder Bakterien vermindern die Qualität, gesundheitsgefährdende Nitrosamine können entstehen. Um hier entgegenzuwirken, müssen Fremdstoffe durch mechanische, zum Teil sehr energieintensive Maßnahmen entfernt (z. B. Absetzbecken, Zentrifugalabscheider, Filtrationsanlagen, etc.), Fremdflüssigkeit abgetrennt (z. B. Öltrennbehälter, Ringkammerentöler, etc.) sowie der Bildung von biologischen Arbeitsstoffen bzw. Biofilmen entgegengewirkt werden (z. B. Pestizide, Fungizide, Biozide).

Die eingesetzten Umwälzpumpen müssen aufgrund ihrer geringen Lebensdauer in regelmäßigen Abständen getauscht werden.

Die eingesetzten Kühlschmiermittel bilden im Rahmen des Bearbeitungsprozesses Kühlschmierstoff- Aerosole, -Rauche und -Dämpfe. Diese entstehen zum einen mechanisch durch Zerstäubung bei schnell rotierenden Teilen (z. B. Drehen und Schleifen) und zum anderen thermisch durch Cracken und Rückkondensation von verdampften Kühlschmierstoffen an heißen Oberflächen (z. B. Werkstücke, Werkzeuge und Späne). Durch die Aufnahme der Dämpfe und Aerosole über die Atemwege, den Verdauungstrakt sowie Hautkontakt entstehen dabei zahlreiche gesundheitliche Gefahrenpotenziale, wie beispielsweise allergisierende und toxische Wirkungen, irritative und erbgutverändernde Effekte sowie krebserregende Reaktionen. Diesbezüglich kann eine Studie der Berufsgenossenschaft aus dem Jahr 2008 herangezogen werden, welche belegt, dass 30 Prozent der berufsbedingten Hautkrankheiten auf den Kontakt mit KSS zurückgeführt werden können.[1]

Besonders problematisch ist dabei insbesondere die Verwendung von Bioziden und Pestiziden, die bei der Umlaufschmierung aufgrund der Bildung von Mikroorganismen benötigt werden.[2]

Die Rückgewinnung und Wiederverwertung der nassen Späne ist nur durch eine intensive Aufbereitung und Reinigung möglich. Darüber hinaus wird durch die nassen Späne in Verbindung mit der Aerosolbildung der Umlaufschmierung kontinuierlich Schmiermittel entzogen. Dieser Austrag beträgt ca. ein Liter je Stunde, ist aber unter anderem abhängig vom eingesetzten Bearbeitungsverfahren sowie der Anlagengröße.

Verbrauchte Kühlschmierstoffe sind generell als gefährliche Abfälle (Sondermüll) einzustufen und müssen nach Abfallverzeichnisverordnung den verschiedenen Abfallarten zugeordnet und getrennt gesammelt werden.

Aufgrund der vorangehend dargestellten Problemstellungen bietet die Implementierung von MMS-Systemen aus ökologischer und auch ökonomischer Sicht grundsätzlich erhebliche Vorteile.

Während im Bereich der Umlaufschmierung ein Systemaustrag von ca. einem Liter pro Stunde unterstellt werden kann (und somit auch ein Austrag an wertvollen Ressourcen), beträgt der Verlust bei der MMS ca. 25 Milliliter die Stunde. Hiermit einhergehen beispielsweise trockene Späne und somit eine vereinfachte Aufbereitung und Wiederverwertung, trockene Werkstücke, reduzierte Gefahrenpotenziale für Bedienpersonal sowie eine grundsätzlich höhere Ressourceneffizienz beim Betriebsmitteleinsatz. Herkömmliche Schmierstoffe greifen auf Mineralöl- Raffinate, Hydrocracköle und synthetische Öle (insbesondere Polyalphaolefine und Carbonsäureester) als Basisflüssigkeiten zurück.

Je nach Prozess und Anlage substituiert der Einsatz von einer Tonne MMS zwischen 20 und 60 Tonnen herkömmlicher Kühlschmierstoffe. Betrachtet man darüber hinaus das Gesamtaufkommen nichtwassermischbarer Kühlschmierstoffe in Deutschland, wird die maßgebliche Verbesserung der Ökobilanz durch Einsatz des entwickelten wasserbasierten Schmiermittels entlang der gesamten Wertschöpfungskette deutlich.

Innovative Schmierstoffkonzepte der HPM Technologie

Als Vorreiter in der Entwicklung von Fluiden für die MMS entsprechen unsere Schmierstoffe den höchsten ökologischen Standards. Die von uns entwickelten und angebotenen Fluide unterstreichen unser Expertenwissen und Entwicklungs-Know-how, die konsequente Innovationsorientierung sowie unsere gelebte Unternehmensphilosophie, Mensch und Umwelt nachhaltig zu schonen. Unsere seit mittlerweile über 70 Jahre aufgebaute Expertise im Bereich der Fluidentwicklung geht dabei mit zahlreichen Entwicklungsaufträgen einher, wobei Industrie und Forschung auf unser industrie- und branchenübergreifendes Wissen zurückgreifen.

Bereits seit Jahrzehnten setzt die HPM Technologie Flüssigkeiten auf der Basis von hochreinen Kohlenwasserstoffen ein. Diese Flüssigkeiten bieten eine sehr Schmierleistung und gleichzeitig eine bis zu 100%ige Abdunstung. Diese Flüssigkeiten basieren wie schon gesagt auf selektiven Inhaltstoffen und erfüllen daher ihre Anforderung an besonders hochwertige Industrieschmierstoffe.

Die HPM Technologie wollte aber hier ein zusätzliches Portfolio von nicht Kennzeichnungspflichtigen Flüssigkeiten aufbauen die ihren Beitrag für eine bessere und nachhaltigere Zukunft beitragen können. Daher war man bei der HPM Technologie GmbH besonders innovativ und konnte hochwirksame Schmierstoffe auf Wasserbasis entwickeln.

Im Bereich der wasserbasierten und nicht kennzeichnungspflichtigen Schmierstoffe konnten wir mit der Produktreihe SAMNOS erstmalig ein komplett wasserbasiertes Fluid für die äußere Minimalmengenschmierung realisieren. Zielstellung war es, dass dieser Schmierstoff aufgrund der Aerosolbildung keine Gefahrstoffe für Mensch und Umwelt enthalten sollte. Eingesetzt wird dieses Fluid im Wesentlichen für die spanabhebende Bearbeitung von Stahl und Aluminium sowie aufgrund seiner Verträglichkeit auch bei sämtlichen Kunststoffen. Nach unserem Kenntnisstand sind wir in diesem Bereich alleiniger Vorreiter, wobei die Konkurrenzprodukte beispielsweise auf Esterölen oder Fettalkoholen basieren.

Wir wissen natürlich auch, dass nur mit guten Argumenten hinsichtlich der der Umweltverträglichkeit unserer Flüssigkeiten noch lange kein Anwender überzeugt werden kann. Grundvoraussetzung für die Umstellung sind gleiche, wenn nicht sogar weitaus bessere Bearbeitungsparameter. Auch hier hat die HPM Technologie besonders darauf geachtet. Vergleicht man unsere SAMNOS Produkte mit der klassischen Kühlschmierung können teilweise bis zu 30% höhere Standzeiten erreicht werden. Darüber hinaus werden neben den höheren Standzeiten auch weitere wichtige Werte wie z.B. ein bis 30% höherer Vorschub realisiert.

Fazit

Innovative Kühlschmierlösung gibt es. Diese werden jedoch, zumindest was die Minimalmengenschmierung betrifft, aber nicht verfolgt. Es herrscht weiterhin das Denken, „sollen doch die anderen anfangen und wenn es funktioniert dann machen wir mit.“ Oder einfacher gesagt: „Never change a running system.“ Das wir die Grundkonzeption des „Fluten“ seit mehr als 100 Jahren so durchführen trägt ihren Teil ebenfalls dazu bei.

Fakt ist jedoch, weder Fahrrad, Auto, etc. sind heute nicht mehr auf dem Stand wie vor 100 Jahren. Die Materialien und Bearbeitungsverfahren haben sich grundlegend geändert. Warum dann also nicht im Bereich der Kühlschmierung. Die Minimalmengenschmierung in Verbindung mit hoch innovativen Flüssigkeiten ist hier mehr als nur eine Alternative.

Wir finden daher, es ist mehr als Zeit für einen wirklichen Wandel bei den Kühlschmierkonzepten.


[1] BGI/GUV-I 718: Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung

[2]  Vgl. VDMA Fachverband Allgemeine Lufttechnik (2002): Kühlschmierstoffe – Frische Luft am Arbeitsplatz.

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