Tiefbohren mit Minimalmengenschmierung

28.01.2015

Minimalmengenschmierung: Mit Hochdruck in die Tiefe

M.Ed. Andree Fees, HPM Technologie GmbH, Münsingen

Minimalmengenschmierung – Beim Tieflochbohren mit MMS ist bei kleinen Werkzeugdurchmessern ein erhöhter Aerosol-Druck erforderlich. Nur so erreicht das Medium die Wirkstelle und die Späne können abtransportiert werden. HPM hat dafür eine Sonderlösung entwickelt.

Als Komplettanbieter rund um das Thema Minimalmengenschmierung hat HPM in Münsingen ein weitgefächertes Sortiment für seine Kunden. Das Kundenspektrum reicht vom Ein-Mann-Betrieb bis hin zum Großkonzern. Ob zur Außen- oder zur Innenschmierung – entscheidende Faktoren bei sind bei allen Produkten die Aspekte Ökologie und Ökonomie. „Die in eigener Entwicklung hergestellten, hochtechnischen Minimalmengensprühsysteme und Düsen zeichnen sich durch ihre höchst präzise und gleichmäßige Arbeitsweise aus. Dadurch ist ein sparsamer und umweltschonender Umgang mit Fluids unterschiedlichster Eigenschaften gewährleistet”, sagt Klaus-Peter Barthold, kaufmännischer Leiter bei HPM.

Mit dem HPM-Breeze-Verfahren können Werkstücke in Bearbeitungszentren mit Aerosol nahezu trocken bearbeitet werden. Die Filterung von Schmierflüssigkeiten, teures Recyling und eine aufwändige Entsorgung entfallen. Im HPM-Breeze-Verfahren liegt der Verbrauch bei wenigen Millilitern pro Stunde, die nahezu rückstandsfrei abtrocknen.

Das Aerosol braucht eine hohe Stabilität. Manche auf dem Markt verfügbaren Medien zerlegen sich innerhalb von 10 bis 15 Sekunden. Ein solches Aerosol über eine Strecke von mehreren Metern zu transportieren ist nahezu unmöglich. Die Zeit, bis das Aerosol bei einem Werkzeugwechsel wieder verfügbar ist, muss bei 0,1 bis 0,2 Sekunden liegen. „Alles andere ist für den Bearbeitungsprozess tödlich”, so Barthold. Bei manchen Prozessen liegen die Span-zu-Span-Zeiten bei circa 1 Sekunde. Wenn es dann schon eine Sekunde dauern würde, bis die Minimalmengenschmierung vorne am Werkzeug ist, käme bereits das nächste Werkzeug zum Einsatz.

Bei den Einkanal-Systemen von HPM wird in einem Behälter das Aerosol erzeugt, das dann in der Leitung bis zu einem Kugelhahn steht. Dieser sitzt immer so nah wie möglich an der Wirkstelle. Meistens sitzt er unmittelbar hinter der Drehdurchführung, weil das Aerosol dann bis diesem Bereich stabil bleibt. „Wenn wir Aerosole freigeben, müssen diese mindestens 20 Minuten stabil bleiben, was beispielsweise mit unseren eigenen Kühlschmierprodukten Survos, Sentos und Samnos und dem HPM-Breeze-System problemlos möglich ist. Das Aerosol besteht aus Partikeln, also einzelnen losgelösten Tröpfchen, die frei in diesem Raum stehen. Nach einem Werkzeugwechsel hat der Anwender sofort wieder einen Ertrag an seiner Wirkstelle. Bei normalen Anwendungen wird das Aerosol mit einem Druck von 6 bar bis etwa 8 bar erzeugt”, erklärt Andree Fees, Leiter Forschung und Entwicklung bei HPM.

Als neue Sonderlösung bietet HPM jetzt ein System zur Minimalmengen-Innenschmierung mit einem Druck von 15 bar für Tieflochbohrungen an. Zum Einsatz kam das neue System bereits im Rahmen eines Forschungsprojekts, bei dem Versorgungsbohrungen für Einspritzdüsen in Pumpenkörper gebohrt wurden. Eingesetzt wurden dabei Einlippen-Bohrer, die einen Außendurchmesser von 2,04 mm hatten und eine Länge von 200×D. Die Kanäle für die interne Kühlmittelzufuhr hatten Durchmesser von 1,2 mm. Die Bohrtiefe reichte bei diesem Forschungsprojekt von 84 mm bis 140 mm.

„Es gibt sonst keinen Anbieter auf dem Markt, der solche Problemprozesse lösen kann. Am Werkzeug stehen 15 bar zur Verfügung. Mit 7 oder 8 bar lässt sich bei diesen extrem kleinen und langen Werkzeugen keine Prozesssicherheit erreichen”, beschreibt Andree Fees die Neuentwicklung. Da die Kühlkanäle so klein sind, gibt es fast keinen Luftverbrauch, aber es ist ein so hoher Druck erforderlich, um die Späne heraus zu transportieren.

Bei Aerosolen in diesem Bereich geht es um Partikelgrößen mit weniger als 1 µm im Durchmesser. Notwendig wird dies durch die feinen Kühlmittelkanale in den Werkzeugen. „Das Extremste, was wir bei uns im Haus bisher getestet haben, war ein Bohrer mit einem Außendurchmesser von 0,5 mm und einer internen Kühlmittelzufuhr mit Kühlkanaldurchmessern von 0,05 mm”, erinnert sich Andree Fees. Ein Aerosol, das grobe, große Partikel hat, lässt sich für solche kleinen Werkzeuge nicht verwenden, da es die interne Kühlmittelzufuhr verstopft. Wenn man mit hochviskosen Medien arbeitet, die nicht fein zerlegbar sind, setzten diese die Kanäle ebenfalls sofort zu.

Das Spiralwerkzeug zur Demonstration der Neuentwicklung im Forschungs- und Entwicklungsbereich bei HPM hat Kühlkanäle mit 0,7 mm Durchmesser. Der Kompressor bei HPM ist auf maximal 13 bar ausgelegt. Um den Druck von 15 bar zu erhalten, nutzt das Unternehmen einen Druckübersetzer. Dabei wird der bestehende Druck verdoppelt. Bei einem Luftdrucknetz von 10 bar ließe sich der Druck also mit dem Druckübersetzer auf 20 bar verdoppeln. Laut Andree Fees wäre ein derartiger Druckübersetzer für die Kunden keine große Investition.
„Bei diesem Forschungsprojekt lagen wir im Benchmark zwischen Nassbearbeitung mit klassischem Tiefbohröl und der Trockenbearbeitung mit MMS. Wir konnten die Werte, die durch die Ölbearbeitung vorgegeben war, ebenfalls erreichen, jedoch nur mit einer bestimmten Anlagenkonfiguration. Bei bestimmten Prozessbereichen kommt man an solchen Sonderanlagen nicht vorbei. In diesem Sonderanlagenbereich ist HPM heute Marktführer”, so Andree Fees.

Ein weiterer diffiziler Bereich ist der MMS-Einsatz in der Fertigung auf Transferzentren. Das Maschinenkonzept umfasst dabei mehrere Mehrspindelköpfe. Dabei bewegen sich nur die Werkstücke in der Z-Achse in die Werkzeuge hinein. HPM hat in diesem Zusammenhang einen Kunden, bei dem 48 Spindeln gleichzeitig im Einsatz sind. Die gesamte Anlage verfügt über etwas mehr als 120 Spindeln. „Wir haben uns auf den Maschinenhersteller und den Endanwender eingestellt und speziell dafür einen Prozess und ein Produkt definiert”, erklärt Andree Fees. Hinsichtlich der Minimalmengenschmierung sind hierbei Einkanal- und Mehrkanalsysteme miteinander kombiniert. Dort, wo es möglich ist, werden die klassischen Einkanalsysteme eingesetzt. Wenn jedoch, wie beim Gewindeformen, mehr Menge benötigt wird, kommen Mehrkanalsysteme zum Einsatz. Zu Testzwecken steht in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei HPM ein Modell für 32 Spindeln. Die große Kunst sei dabei, 32 Spindeln mit einer HPM-Breeze-Anlage zu versorgen und dabei das Aerosol physikalisch sinnvoll und gleichmäßig zu verteilen, beschreibt Fees die Herausforderung.

„MMS war lange Zeit gedanklich nur ein Rucksack für die Maschinenhersteller, der noch nachträglich berücksichtigt und untergebracht werden musste”, sagt Andree Fees rückblickend und ergänzt, „Wir haben inzwischen gute Partnerschaften mit Maschinenherstellern, die uns bereits mit in die Projektierungsgespräche mit einbeziehen.”

In Bezug auf die Weiterentwicklung von Werkzeugtechnologien erhält HPM vermehrt Anfragen von Werkzeugherstellern zur Freigabe und Zertifizierung von Werkzeugen für die MMS-Bearbeitung. Das Münsinger Unternehmen verfolgt hier das Ziel, zukünftig gleich mit die Werkzeugentwicklung einbezogen zu werden, um von Anfang an die Kompetenzen im Bereich MMS mit einfließen zu lassen.

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