Minimalmengenschmierung spart Kosten und CO2

Minimalmengenschmierung (MMS) ist noch in vielen Köpfen als ein schmutziger und klebriger Prozess verankert. Ein Vorurteil, dem Raffael Eberle, der gemeinsam mit seinen Eltern Petra und Günter Eberle die Geschäfte des Werkzeugherstellers HAM Präzision führt, deutlich widerspricht: „Das kann man so nicht sagen. Es kommt auf das richtige MMS-System an. Bei dem von Knoll angebotenen Aerosol-Trockenschmierprozess (ATS) wird beispielsweise ein ultrafeines Luft-Öl-Gemisch erzeugt, das beim Zerspanungsprozess für die erforderliche Schmierung und Kühlung sorgt. Der Verbrauch ist minimal, ein Schnapsglas Schmiermedium pro Stunde genügt. So kann kein Kleben und kein Schmutz entstehen.“

Der studierte Produktionstechniker weiß genau, wovon er spricht: „Schließlich beschäftigen wir uns intensiv mit der Zerspanung als Anwendungsfeld unserer Produkte.“ HAM Präzision – die Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier GmbH in der oberschwäbischen Gemeinde Schwendi – produziert seit 1969 Werkzeuge aus Vollhartmetall und polykristallinen Diamanten (PKD). „Wir haben ein Standardsortiment, das viele Einsatzfälle abdeckt. Aber wir sehen uns in erster Linie als Lösungsanbieter für besonders anspruchsvolle Zerspanungsaufgaben. Wir unterstützen unsere Kunden dabei, ihre Prozesse zu optimieren, Taktzeiten zu minimieren und Werkzeugwechsel einzusparen. Dafür entwickeln wir Sonder- und Kombi-Werkzeuge, die insgesamt rund 70 Prozent unseres Umsatzvolumens ausmachen.“

Raffael Eberles Begeisterung gilt der Prozessanalyse und Optimierung, was nicht nur die eigene Fertigung effizienter macht. „Unsere diesbezüglichen Erfahrungen sind für viele Kunden wertvoll, und sie lassen sich in gemeinsamen Projekten ausbauen“, davon ist der HAM-Geschäftsführer überzeugt. Doch dazu braucht es ein geeignetes Versuchsfeld und Partnerunternehmen, die bereit sind, an einer optimierten Prozesskette mitzuarbeiten. Vor diesem Hintergrund entschloss sich HAM im Jahr 2019, auf Partnersuche zu gehen und mit diesen ein Performance Center einzurichten, das eine solche Prozesskette abbildet – vom digitalen Bauteil über die Simulation bis zur tatsächlichen Zerspanung auf der Maschine.

HAM Performance Center bildet die komplette Prozesskette ab

„Wir haben für das Performance Center geeignete Partner gesucht und gefunden“, berichtet Raffael Eberle. „Heute sind hier renommierte Global Player vertreten, wie zum Beispiel Hermle, Knoll, Zoller, SolidCAM, Lang Technik, Blum, Diebold und viele mehr, mit denen wir die komplette Prozesskette abbilden.“

Gemeinsam mit diesen Unternehmen arbeitet HAM an verschiedenen Projekten und veranstaltet mehrmals im Jahr praxisnahe Technologie-Workshops zur Optimierung der Fertigung. Geschäftsführer Günter Eberle, der sich hauptsächlich um technische Aufgabenstellungen kümmert, ergänzt: „Natürlich nutzen wir selbst das HPC, um Kunden unsere Vollhartmetall- und PKD-Werkzeuge unter Span vorzuführen sowie Schnittverhalten und Prozessstabilität zu demonstrieren. Ebenso steht das HPC unseren Partnern für eigene Versuche zur Verfügung oder für Demonstrationen im Beisein von Kunden.“

Verschiedene Varianten der Kühlung und Schmierung

Zu den zentralen Elementen des Performance Centers zählen ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum Hermle C 12 U und dessen KSS-Versorgung. Diese stellt Knoll Maschinenbau mit einer KSS-Emulsionsfilteranlage und dem modernen MMS-System AerosolMaster 4000 ATS bereit. HAM-Anwendungstechniker Marc Schäfer, der den Aufbau des Performance Center von Anfang an begleitet hat, stellt klar: „Um den aktuellen und zukünftigen Produktionsherausforderungen begegnen zu können, ist es wichtig, dass wir den Zerspanungsprozess mit verschiedenen Kühl-Schmier-Varianten abbilden und vergleichen können. Auf unserer Hermle C 12 U sind wir in der Lage, mit Emulsion zu fahren, aber auch mit Luft – also komplett trocken – zu bearbeiten oder eben mit der Aerosol-Trockenschmierung ATS von Knoll.“

Knoll-Produkte sind schon seit vielen Jahren in der HAM-eigenen Fertigung präsent. Nahezu alle Bearbeitungszentren sind mit Filteranlagen und Späneförderern des Bad Saulgauer Unternehmens ausgestattet. „Wenn es um die perfekte KSS-Versorgung und Filtration geht, dann ist Knoll unser erster Ansprechpartner“, betont Raffael Eberle. Dementsprechend reagierten die HPC-Verantwortlichen gerne auf die Empfehlung von Ralf Spöcker, dem zuständigen Knoll-Gebietsverkaufsleiter, am Hermle-BAZ im Performance Center zusätzlich den AerosolMaster zu installieren. „Das war kein großer Aufwand“, bestätigt Marc Schäfer. „Der AerosolMaster ist nur ein relativ kleiner, beizustellender Kasten. Hermle lieferte die erforderliche Schnittstelle, und der Rest war quasi plug & play.“

Der entscheidende Unterschied

Die Erfahrungen, die HAM mit der Aerosol-Trockenschmierung gemacht hat, sind durchweg positiv. „Das ist eine äußerst innovative Technologie“, urteilt Marc Schäfer. „Sie unterscheidet sich von anderen MMS-Systemen in der besonders feinen Zerstäubung des Schmiermediums.“

Benjamin Hailfinger, Knoll-Produktmanager für den AerosolMaster, präzisiert: „Unser patentiertes Verfahren sorgt dafür, dass aus einem synthetischen Öl und Luft ein sehr feines, stabiles Aerosol entsteht, das wir auch bei hohen Drehzahlen direkt an die Werkzeugschneide bringen. Wären die Öltröpfchen größer – wie es bei manch anderen MMS-Systemen der Fall ist – würden sie durch die Rotation nach außen geschleudert mit dem Effekt, dass sie nicht an der Schneide, sondern an der Maschinenwand landen. Unser feines Aerosol schmiert an der richtigen Stelle und verdampft dabei gewissermaßen.“

Marc Schäfer sieht den Einsatz des Knoll AerosolMaster in vielfacher Hinsicht als wertvoll an: „Zum einen erzielen wir die gewünschte Schmierung an der Werkzeugschneide, was die Standzeit der Werkzeuge erhöht. Durch den Ölverbrauch von nur 3 bis 25 ml/h ist der Prozess ressourcenschonend, nachhaltig und energieeffizient. Ich spare mir außerdem die Reinigung des KSS, brauche keine ph-Wert-Messung und keine Additive, die Pilzbefall vorbeugen.“ Zudem bleibt die Maschine sauber, und die Werkstücke lassen sich oft ohne vorhergehende Reinigung weiterbearbeiten. Schäfers Kollege im HPC, der Anwendungstechniker Michael Schließer, ergänzt ein Beispiel: „Wir hatten ein Bauteil aus der Medizintechnik, das nach konventioneller Bearbeitung zehn verschiedene Reinigungsbecken und Prüfstationen durchlaufen musste. Nach der ATS-Zerspanung waren es nur noch vier Stationen.“

Günter Eberle weist darauf hin, dass „wir in der Lage sind, mit dem Knoll MMS-System fast jede Zerspanung abzubilden, von Aluminium über Stahl bis hin zu Titan – was die meisten Zerspaner kaum glauben können. Aber wir zeigen hier live, dass das vermeintlich Unmögliche durchaus möglich ist.“

Und Knoll unterstützt HAM bei der Prozessoptimierung bis hin zur Auswahl des Öles. ATS-Fachmann Hailfinger erklärt: „Wir haben Breitbandöle im Portfolio, die für Lohnfertiger ideal sind, weil sie ein breites Anwendungsspektrum abdecken. Für Anwender, die höchste Performance wünschen, feinste Oberfläche generieren und hohe Werkzeugstandzeiten generieren wollen, können wir mit entsprechenden Additiven ein aufs Material maßgeschneidertes Öl liefern.“ So geschehen für die Titanbearbeitung.

ATS auch für schwer zerspanbare Werkstoffe

Als HAM eine neue Werkzeug-Produktlinie für diese herausfordernde Titanlegierungen entwickelte, wollten sie auch die Aerosol-Trockenschmierung testen und die Ergebnisse mit KSS-Emulsion vergleichen. Dafür haben die Anwendungstechniker ein spezielles Bauteil ausgelegt mit verschiedensten Bearbeitungen – vom Schruppen mit iMachining, Vollnuten, übers Bohren und Gewinden bis zum Schlichten. „Wir konnten mit ATS die gleichen Schnittwerte fahren wie mit Emulsion und erreichten auch die gleichen Oberflächengüten und Toleranzen“, zeigt sich Raffael Eberle begeistert.

2023 veranstaltete HAM dann einen Workshop zum Thema Titanbearbeitung. Die anfängliche Skepsis der anwesenden Praktiker wich einem Erstaunen, das sich in individuellen Anfragen und weiteren positiven Tests mit anderen schwer zerspanbaren Werkstoffen fortsetzte.

Offen sein für Veränderungen

„Gerade in der aktuellen Zeit, wo Kostendruck herrscht und CO2-Reduktion gefordert ist, sollte jeder Zerspaner diese Kühlschmierstoff-Alternative bedenken“, sagt Raffael Eberle. „Denn wenn man auf Emulsion verzichtet, die immerhin sieben bis zehn Prozent Kostenanteil am Zerspanungsprozess ausmacht, ist mehr Sparpotenzial vorhanden als beim Werkzeug, das mit vier bis sechs Prozent der Zerspanungskosten zu Buche schlägt.“

HAM Präzision hat seine Standard-Katalogwerkzeuge inzwischen generell MMS-tauglich gestaltet. Sie sind zusätzlich zur geometrischen Auslegung mit dem eigens entwickelten HSF (HybridSurfaceFinish) versehen, einer Schneidkantenpräparation sowie Oberflächenpolitur. Das mindert die Krafteinwirkung, reduziert die Wärmeentwicklung, sorgt für einen optimalen Späneabtransport und vermeidet Aufbauschneiden. „Diese Eigenschaften sind bei jeglicher Zerspanung wichtig, bei der Minimalmengenschmierung jedoch besonders“, sagt Raffael Eberle. Außerdem enthalten HAM-Bohrwerkzeuge für die MMS-Bearbeitung eine spezielle Schaftfase, die das Werkzeug gegenüber der Aufnahme komplett abdichtet. Raffael Eberle erklärt: „Der geringe Druck von nur 10 bar, mit dem der AerosolMaster arbeitet, erlaubt kein Ausweichen oder Versacken des Mediums. Durch unsere modifizierte Schaftfase kommt das Aerosol zu 100 Prozent an der Schneide an und erzielt den gewünschten Erfolg.“