Kühlschmierstoffe gehören zu den unverzichtbaren Bearbeitungsmedien in der modernen Fertigung. Die auch als KSS oder Kühlschmiermittel bezeichneten Flüssigkeiten übernehmen bei spanenden und umformenden Prozessen gleich mehrere Aufgaben: Sie kühlen Werkzeug und Werkstück, schmieren die Kontaktzone und transportieren Späne zuverlässig ab.
Allein in Deutschland verbraucht die metallverarbeitende Industrie jährlich rund 50.000 Tonnen dieser Schmierstoffe. Doch der Einsatz bringt auch Herausforderungen mit sich, denn die entstehenden Nebel und Dämpfe gefährden die Gesundheit der Mitarbeiter und erfordern eine professionelle Absaugung.
Dieser Ratgeber erklärt die verschiedenen KSS-Arten, ihre Anwendung in der Zerspanung und die zentralen Maßnahmen zum Arbeitsschutz.
Was sind Kühlschmierstoffe?
Kühlschmierstoffe sind flüssige oder pastöse Medien, die bei der Metallbearbeitung zwischen Werkzeug und Werkstück eingesetzt werden. Die Hauptaufgabe dieser Bearbeitungsmedien besteht darin, die bei der Zerspanung entstehende Wärme abzuführen und gleichzeitig die Reibung zu verringern.
Nach DIN 51385 (der deutschen Industrienorm für Schmierstoffe) unterscheidet man grundsätzlich zwischen nichtwassermischbaren und wassermischbaren KSS. Während nichtwassermischbare Produkte hauptsächlich aus Ölen bestehen, werden wassermischbare Varianten als Konzentrat geliefert und vor Ort mit Wasser zu einer Emulsion oder Lösung angesetzt. Der Ölanteil bei Emulsionen liegt dabei meist zwischen 5 und 8 Prozent.
Aufgaben von Kühlschmierstoffen in der Fertigung
KSS erfüllen in der industriellen Produktion mehrere Funktionen gleichzeitig. Die Kombination aus Kühlung und Schmierung macht sie zu einem zentralen Element für qualitativ hochwertige Bearbeitungsergebnisse.
1. Kühlung von Werkzeug und Werkstück
Die Kühlwirkung verhindert eine Überhitzung der Bearbeitungszone. Bei wassermischbaren Kühlschmiermitteln wird die Wärmeabfuhr praktisch ausschließlich durch das Wasser bestimmt. Die hohe Wärmekapazität des Wasseranteils sorgt dafür, dass Temperaturen schnell von der Wirkstelle abgeführt werden. Das schützt das Gefüge in den Randschichten von Werkzeug und Werkstoff vor unerwünschten Veränderungen und verbessert die Maßhaltigkeit der gefertigten Teile.
2. Schmierung und Reibungsminderung
Die Schmierwirkung von KSS reduziert die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück erheblich. Dadurch verringert sich der Werkzeugverschleiß und die Standzeit der eingesetzten Werkzeuge verlängert sich deutlich. Nichtwassermischbare Schmierstoffe besitzen aufgrund ihrer höheren Viskosität oft eine bessere Schmierwirkung als wassermischbare Varianten. Die Wahl der Additive bestimmt dabei maßgeblich die Eigenschaften und den Einsatzbereich.
3. Späneabtransport und Oberflächengüte
Kühlschmiermittel übernehmen das Spülen und den Abtransport der Späne von der Bearbeitungsstelle. Dieser Prozess verhindert, dass sich Späne in der Schnittzone ansammeln und das Werkstück beschädigen. Gleichzeitig sorgen saubere KSS für eine bessere Oberflächengüte der bearbeiteten Werkstoffe und verringern die Aufbauschneidenbildung am Werkzeug.
4. Korrosionsschutz
KSS müssen ausgeprägte Korrosionsschutzeigenschaften aufweisen, um Korrosion am Werkstück, Werkzeug und an den Oberflächen der Bearbeitungsmaschine zu vermeiden. Spezielle Korrosionsschutzzusätze bilden einen schützenden Film auf den Metalloberflächen und verhindern so oxidative Schäden.
Arten von Kühlschmierstoffen
Die Hauptunterteilung von Kühlschmierstoffen erfolgt nach DIN 51385 in zwei große Gruppen. Beide Kategorien haben spezifische Vor- und Nachteile für unterschiedliche Anwendungen in der Metallbearbeitung.
1. Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe
Nichtwassermischbare KSS bestehen hauptsächlich aus Ölen wie Schneidölen, Honölen und Schleifölen. Meistens handelt es sich um naphten- oder paraffinbasische Mineralöle, seltener um synthetische Öle wie Hydrocracked-Öle (durch Hochdruck-Wasserstoffbehandlung veredelte Grundöle) oder Esteröle (synthetische Schmierstoffe auf Basis organischer Säuren).
Diese Produkte kommen vornehmlich dann zum Einsatz, wenn eine hohe Schmierwirkung erwünscht ist. Für einfache Bearbeitungen reicht ein reines Mineralöl, meistens werden jedoch Phosphor- oder Schwefeladditive zugesetzt, um die Leistungsfähigkeit zu steigern.
2. Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Wassermischbare KSS werden als Konzentrat ausgeliefert und vor Ort mit Wasser gemischt. Die Eigenschaften dieser Varianten sind gute Wärmeabfuhr bei geringerer Schmierwirkung im Vergleich zu reinen Ölen. Mineralölhaltige wassermischbare Kühlschmiermittel enthalten neben Emulgatoren auch Additive zur besseren Schmierung. Die Stabilität wasserlöslicher Produkte wird von der Wasserqualität beeinflusst.
Innerhalb der wassermischbaren Gruppe unterscheidet man weiter:
- Emulsionen: Öl-in-Wasser-Gemische, die durch Emulgatoren stabilisiert sind
- Semisynthetische KSS: Eine Mischung aus Emulsion und wasserlöslicher Lösung
- Synthetische Lösungen: Wasserlösliche Konzentrate, die mit Wasser eine klare, ölfreie Lösung bilden
Bestandteile und Additive
Neben dem Basisöl oder Wasser enthalten Kühlschmiermittel verschiedene Zusatzstoffe, die ihre Eigenschaften gezielt verbessern. EP-Additive (Extreme-Pressure-Additives, auf Deutsch Hochdruckzusätze) reagieren bei hohen Drücken und Temperaturen mit dem zu bearbeitenden Werkstoff und verhindern dadurch Rauheitsspitzen.
AW-Additive (Antiwear-Additives, also Verschleißschutzzusätze) bilden an der Oberfläche von Werkzeug und Werkstück einen haftenden Film.
Weitere typische Inhaltsstoffe sind Entschäumer, Biozide zur Konservierung, Stabilisatoren und Korrosionsschutzzusätze. KSS und deren Zubereitungen gelten in der Regel als Gemische im Sinne der CLP-Verordnung (europäische Verordnung zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen), daher müssen Sicherheitsdatenblätter zur Verfügung gestellt werden.
Anwendungsbereiche in der Metallbearbeitung
Kühlschmiermittel werden in verschiedensten Bearbeitungsmethoden eingesetzt. Die Wahl des passenden Produkts hängt dabei von Werkstoff, Prozess und Anlagentechnik ab.
1. Zerspanungsoperationen
Bei spanenden Verfahren wie Drehen, Bohren, Fräsen, Räumen und Sägen sind KSS unverzichtbar. Die hohen Schnittgeschwindigkeiten erzeugen erhebliche Wärme, die ohne ausreichende Kühlung zu Werkzeugschäden und Maßabweichungen führt. Beim Schleifen benötigen Kühlschmiermittel eine exzellente Spülwirkung und Korrosionsschutz, um feine Schleifpartikel zuverlässig abzutransportieren. Honen und Läppen erfordern ebenfalls spezielle Schmierstoffe mit angepasster Viskosität.
2. Umformung
Bei umformenden Prozessen wie Tiefziehen, Stanzen oder Walzen reduzieren Kühlschmiermittel die Reibung zwischen Werkzeug und Material. Die Schmierung ermöglicht höhere Umformgrade und schützt empfindliche Werkstückoberflächen vor Beschädigungen.
3. Werkstoffspezifische Anwendung
Die Wahl des geeigneten Produkts richtet sich auch nach dem zu bearbeitenden Material. Aluminium wird häufig mit wasserlöslichen KSS bearbeitet, die gut kühlen und keine Flecken hinterlassen. Stahl und Gusseisen erfordern je nach Bearbeitungsart unterschiedliche Schmierstoffe. Bei der Bearbeitung von Gusseisen, Bronze, Messing und Duroplasten kommt statt flüssiger Kühlschmiermittel generell auch Druckluft zum Einsatz.
Gesundheitsrisiken und Arbeitsschutz
Der Einsatz von KSS geht mit gesundheitlichen Risiken einher, die durch geeignete Schutzmaßnahmen minimiert werden müssen. Für Tätigkeiten mit Kühlschmiermitteln ist gesetzlich eine Gefährdungsbeurteilung vorgeschrieben.
Emissionen am Arbeitsplatz
Durch hohe Werkzeugdrehzahlen und Temperaturen verteilen sich Kühlschmierstoffe als feine Partikel in der Luft. Diese Aerosole und Dämpfe können bei anhaltender Exposition gesundheitliche Beschwerden verursachen. Die Luftbelastung am Arbeitsplatz muss kontrolliert und gegebenenfalls reduziert werden. Für wassermischbare KSS bei der Metallbearbeitung gilt nach dem Stand der Technik gemäß DGUV Regel 109-003 ein Beurteilungsmaßstab von 10 mg/m³ als Summe aus Dampf und Aerosolen.
Hautbelastung und Infektionsrisiken
Kühlschmiermittel können gesundheitliche Beschwerden bei Arbeitern verursachen, die mit ihnen in Kontakt kommen. Neben häufig auftretenden Hautreizungen und Entzündungen kann es auch zu allergischen Reaktionen kommen. Wassermischbare KSS sind besonders anfällig für mikrobiellen Befall mit Bakterien und Pilzen, was zusätzliche gesundheitliche Beeinträchtigungen zur Folge haben kann. Die Biostoffverordnung muss beim Einsatz beachtet werden.
Absaugung als Schutzmaßnahme
Um die Konzentration von KSS-Emissionen unter den Beurteilungsmaßstäben zu halten, ist der Einsatz von Absauganlagen in vielen Fällen unerlässlich. Ölnebelabscheider und Emulsionsnebelabscheider erfassen die belastete Luft direkt an der Entstehungsquelle und reinigen sie durch mehrstufige Filtersysteme.
Diese lufttechnischen Maßnahmen schützen die Gesundheit der Mitarbeiter und verbessern gleichzeitig die Arbeitsplatzqualität. Eine professionelle Ölnebelabsaugung ist besonders bei CNC-Bearbeitungszentren und Fertigungslinien mit hoher Emissionsbelastung erforderlich.
Wartung und Pflege von Kühlschmierstoffen
Eine regelmäßige Prüfung ist unabdingbar, damit KSS lange leistungsfähig bleiben. Die Bandbreite von Wechselintervallen variiert von wenigen Wochen bis zu mehreren Jahren, je nach Einsatzbedingungen und Pflege.
Überwachung und Kontrolle
Aussehen und Geruch der Kühlschmiermittel müssen täglich kontrolliert werden. Gemäß TRGS 611 (Technische Regel für Gefahrstoffe zu Verwendungsbeschränkungen für wassermischbare Kühlschmierstoffe) sind pH-Wert und Nitritgehalt mindestens wöchentlich zu prüfen.
Die DGUV Regel 109-003 empfiehlt zusätzlich die wöchentliche Kontrolle der KSS-Konzentration. Eine Keimzahlbestimmung kann ergänzend sinnvoll sein, ist aber nicht vorgeschrieben. Während längerer Arbeitspausen kann es zu einer Vermehrung von Bakterien kommen, was sich in starker Geruchsbildung bemerkbar macht. Um gesundheitliche Beschwerden zu vermeiden, sollten Biozide eingesetzt oder eine thermische Entkeimung durchgeführt werden.
Filtration und Reinigung
Saubere Kühlschmiermittel ergeben eine bessere Oberflächengüte und verlängern die Standzeit der Werkzeuge. Sinnvollerweise werden die Schmierstoffe gefiltert, um sie länger nutzen zu können. Hierzu werden spezielle KSS-Filter, Absetzbecken, Magnetscheider sowie Skimmer (Ölabscheider zur Entfernung von Fremdöl) eingesetzt.
Entsorgung
Die Verwendung von Kühlschmiermitteln geht mit einer Umweltbelastung einher, daher müssen gebrauchte oder unbrauchbare Produkte fachgerecht behandelt oder entsorgt werden. Die Entsorgung darf nur von spezialisierten Firmen durchgeführt werden und muss nachgewiesen werden.
KAWEHA – Ihr Partner für die Absaugung von Kühlschmierstoffnebeln
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist der Unterschied zwischen wassermischbaren und nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen?
Wassermischbare KSS werden als Konzentrat geliefert und vor Ort mit Wasser zu einer Emulsion angesetzt. Diese Varianten bieten gute Wärmeabfuhr bei geringerer Schmierwirkung. Nichtwassermischbare Schmierstoffe bestehen hauptsächlich aus Ölen und bieten eine höhere Schmierwirkung, kühlen aber weniger effektiv.
Warum müssen Kühlschmierstoffe abgesaugt werden?
Durch hohe Drehzahlen und Temperaturen entstehen KSS-Nebel und Dämpfe, die gesundheitsschädlich sind. Eine professionelle Absaugung hält die Konzentration unter den Beurteilungsmaßstäben, schützt die Mitarbeiter und verhindert Ablagerungen auf Maschinen und Böden.
Wie oft müssen Kühlschmierstoffe gewechselt werden?
Die Wechselintervalle variieren je nach Einsatz von wenigen Wochen bis zu mehreren Jahren. Entscheidend sind regelmäßige Kontrollen von Konzentration, pH-Wert und Nitritgehalt gemäß TRGS 611 und DGUV Regel 109-003. Bei starker Geruchsbildung oder Verfärbung sollte das Kühlschmiermittel zeitnah ausgetauscht werden.
Welche Additive enthalten Kühlschmierstoffe?
KSS enthalten verschiedene Zusatzstoffe wie EP-Additive (Hochdruckzusätze) für anspruchsvolle Anwendungen, AW-Additive (Verschleißschutzzusätze), Korrosionsschutzzusätze, Entschäumer und Biozide zur Konservierung. Die Wahl der Additive bestimmt die Eigenschaften und den Einsatzbereich.
