Kühlschmierstoff beim Kernbohren: Auswahl und Anwendung

Ein Kernbohrer arbeitet mit einer schmalen Schneidkante am Umfang und trägt beim Bohren nur einen Ring aus dem Werkstück aus. Auf dieser kleinen Fläche entsteht viel Hitze, die abgeführt werden muss. Der Kühlschmierstoff (KSS) beim Kernbohren übernimmt daher zwei Aufgaben gleichzeitig: Kühlen und Schmieren.

Ohne Kühlmittel verliert das Werkzeug innerhalb weniger Sekunden seine Leistung. Welches Produkt sich eignet, hängt vom Metall des Werkstücks, von der Lage der Bohrung und von der Maschine ab. In der Metallbearbeitung stehen dafür drei Gruppen zur Auswahl.

Aufgaben des Kühlschmierstoffs

Die Kühlwirkung hält die Schneide unterhalb der Temperatur, bei der das Werkzeug seine Härte verliert. Bei HSS liegt diese Grenze bei rund 600 Grad Celsius. Das Schmieren senkt die Reibung im Eingriff, wodurch weniger Wärme überhaupt erst entsteht und die Oberfläche sauberer wird. Beide Wirkungen zusammen entscheiden über die Standzeit des Werkzeugs, da Wärme und Reibung sich gegenseitig verstärken.

Dazu kommen weitere Aufgaben, die im Alltag oft übersehen werden:

·        Spanabfuhr: Der Strahl spült die Späne aus dem Ringspalt und verhindert ein Verklemmen beim Bohren

·        Korrosionsschutz: Wassermischbare Kühlschmierstoffe enthalten Additive, die das frisch bearbeitete Metall am Werkstück vor Rost schützen

·        Auswurf des Kerns: Der Kühlmittelfluss unterstützt den Auswerferstift beim Ausstossen des Bohrkerns

·        Sichtbarkeit: Späne und Bohrmehl werden aus dem Bereich der Schnittstelle gespült

Kernbohren ohne Kühlmittel

Ein Kernbohrer im Trockenlauf zeigt die Folgen schnell. Die Reibung an der Schneidkante erzeugt Hitze, die Schneiden verlieren ihre Härte und runden ab. Der Verschleiss steigt, der Vorschub braucht mehr Kraft, und das Werkzeug rattert im Werkstück. Nach wenigen Löchern ist ein Nachschleifen fällig oder der Kernbohrer unbrauchbar.

Auch die Ergebnisse am Bauteil leiden. Ohne Schmiermittel verschweissen Späne am Werkzeug, das Loch erhält Riefen und der Bohrkern klemmt fest. Bei Grauguss ist der Trockenlauf eine der wenigen Ausnahmen, weil das enthaltene Graphit selbst schmiert und Kühlmittel den Staub zu einer schmierigen Masse binden würde. Für alle anderen Metalle bringt der Einsatz von KSS beim Bohren klare Vorteile und verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs.

Arten von Kühlschmierstoffen im Vergleich

Die Produkte für die Metallbearbeitung lassen sich in drei Gruppen von Schmierstoffen einteilen, die sich in Kühlwirkung und Schmierung unterscheiden.

Wasser leitet Wärme deutlich besser ab als Öl, weshalb Bohremulsionen bei hohen Schnittgeschwindigkeiten Vorteile haben. Öle schmieren dafür besser und verringern die Reibung an der Schneidkante stärker. Wassermischbare Kühlschmiermittel verbinden beide Eigenschaften über einen Emulgator, der das Öl in feinen Tröpfchen im Wasser hält. Für das Kernbohren an der Baustelle ist dieses Mittel die übliche Wahl.

Mischungsverhältnis der Emulsion

Für die meisten Arbeiten in der Metallbearbeitung liegt die Konzentration der Emulsion zwischen 5 und 10 Prozent. Bei zähen Metallen wie rostfreiem Stahl sind 8 bis 12 Prozent üblich, weil dort das Schmieren im Vordergrund steht. Angesetzt wird immer Öl in Wasser, damit die Mischung stabil bleibt.

Die Konzentration lässt sich mit einem Refraktometer prüfen. Zu geringe Werte führen zu Rost am Werkstück und zu einem Bakterienbefall des Bades, zu hohe Werte belasten Haut und Geldbeutel ohne besseres Ergebnis.

Die Haltbarkeit einer angesetzten Emulsion liegt unter guten Bedingungen bei mehreren Monaten. Entscheidend sind vor allem saubere Behälter, eine regelmässige Kontrolle des pH-Werts zwischen 8,5 und 9,5 sowie das Nachfüllen mit vorgemischtem Kühlmittel. Verdunstet nur Wasser und wird reines Wasser nachgefüllt, sinkt die Konzentration mit jedem Liter.

Auswahl nach Werkstoff

Der Werkstoff des Werkstücks bestimmt, ob Kühlung oder Schmierung wichtiger ist. Die Zerspanbarkeit des Materials und die Anforderungen an die Oberfläche geben die Richtung vor. Die folgende Übersicht gilt für Kernbohrer aus HSS und Hartmetall.

Für nichtrostende Werkstoffe gelten dieselben Grundsätze wie beim Spiralbohren mit einem HSS-Co Bohrer nach DIN 338: ein dauerhafter Schmierfilm und ein gleichmässiger Vorschub ohne Unterbrechung. Ein trockener Bohrer verliert dort seine Leistung besonders schnell.

Innenkühlung an der Magnetbohrmaschine

Magnetbohrmaschinen führen den Kühlschmierstoff durch den Schaft des Werkzeugs bis an die Schneiden des Kernbohrers. Ein Behälter am Gerät liefert das Schmiermittel drucklos über die Schwerkraft, ein Ventil regelt die Menge. Diese Innenkühlung erreicht die Schnittstelle direkt und arbeitet mit hoher Effizienz bei geringem Verbrauch. Eine carbidbestückte Ringfräse mit Quick-In Aufnahme nimmt den Zufluss über den Auswerferstift auf.

So läuft eine Bohrung mit Innenkühlung ab:

1.      Behälter mit angesetzter Emulsion füllen und Ventil schliessen

2.      Ringfräse einsetzen, Auswerferstift einführen und Maschine am Werkstück magnetisch fixieren

3.      Ventil öffnen, bis der Kühlschmierstoff sichtbar an der Schneide austritt

4.      Anbohren mit reduziertem Vorschub, bis der Schneidenkranz vollständig im Eingriff ist

5.      Vorschub gleichmässig halten und den Fluss während der gesamten Bohrung aufrechterhalten

6.      Nach dem Durchbruch Kern und Späne entfernen, Werkzeug und Fläche reinigen

Bei Arbeiten über Kopf oder an senkrechten Flächen läuft flüssiges Kühlmittel ab, bevor es wirkt. Dort haftet eine Schneidpaste am Werkzeug und hält den Schmierfilm auch entgegen der Richtung der Schwerkraft. Die Paste wird vor jedem Einsatz neu auf das Werkzeug aufgetragen.

Schmierstoffe bei anderen Verfahren

Die Verwendung von Kühlschmierstoff folgt bei jedem Verfahren derselben Logik: Hohe Schnittgeschwindigkeiten verlangen Kühlung, niedrige verlangen Schmierung.

·        Drehen und Fräsen: KSS über eine Düse, bei Hartmetall auch trocken mit Druckluft

·        Gewindeschneiden: Schneidöl oder Paste, weil die Schnittgeschwindigkeit sehr niedrig liegt

·        Sägen: Wassermischbare Schmierstoffe für Bandsägen und Metallkreissägen, dünnflüssiges Öl für Handarbeit

·        Bohren mit Spiralbohrern: Kühlmittel, bei tiefen Löchern mit Rückzug zum Spülen

Beim Schneiden von Innengewinden mit Maschinengewindebohrern wirkt sich ein hoher Schmieranteil direkt auf das Drehmoment aus. Dasselbe Schmiermittel eignet sich damit für mehrere Arbeitsschritte an einem Bauteil, vom Bohren bis zum Schmieren des Gewindes.

Häufige Fehler in der Anwendung

·        Zu geringe Menge: Ein tropfender Zulauf reicht bei grossen Durchmessern nicht aus, der Verschleiss am Werkzeug steigt sofort

·        Falsche Konzentration: Nachgefüllt wird mit fertig angesetztem Schmiermittel, sonst verdünnt sich das Bad mit jedem Liter Wasser

·        Späne im Spalt: Bleiben Späne im Ringspalt liegen, reiben sie an der Schneide und verschlechtern die Oberflächengüte am Werkstück

·        Altes Bad: Umgeschlagene Emulsion riecht deutlich und verliert ihre Schutzwirkung, ein Wechsel ist dann fällig

·        Fehlender Hautschutz: Handschuhe und Schutzbrille gehören zur Grundausstattung, siehe die Normen für Schutzbrillen

Die Wahl der Schnittgeschwindigkeiten wirkt direkt auf den Bedarf an Kühlung. Wie Drehzahl und Vorschub beim Kernbohren zusammenhängen, beschreibt der Ratgeber zum Einsatz von Kernbohrern.

Kühlschmierstoff beim Kernbohren richtig einsetzen

Für den grössten Teil der Arbeiten in Stahl genügt ein wassermischbares Mittel mit 5 bis 8 Prozent Konzentration, sauber angesetzt und regelmässig geprüft. Zähe Werkstoffe und das Gewindeschneiden verlangen einen höheren Schmieranteil, wofür sich Schneidöl eignet. Die Vorteile zeigen sich unmittelbar in der Standzeit des Werkzeugs. Für die Montage über Kopf bleibt die Schneidpaste die einzige verlässliche Form.

Die Lebensdauer des Werkzeugs hängt an dieser Auswahl. Ein passender Kühlschmierstoff verlängert die Standzeit eines Kernbohrers deutlich, senkt die Reibung im Schnitt und verbessert zugleich die Oberfläche im Werkstück. Der Aufwand für das richtige Mittel steht damit in keinem Verhältnis zu den Kosten eines vorzeitig verschlissenen Werkzeugs. Passende Werkzeuge und Produkte für die Bearbeitung von Metall finden sich in der Kategorie Schneid- und Trennwerkzeug.