16.11.2022

Green tools protect resources

Minimum quantity lubrication with MAPAL

With the advent of machining with minimum quantity lubrication (MQL) nearly 30 years ago, the appeal of this technology was its potential cost savings. Today, protecting resources, energy efficiency and an improved carbon footprint take centre stage. The use of MQL is particularly appealing for new manufacturing lines, such as for e-mobility.

The picture shows a group of tools from MAPAL that are designed for minimum quantity lubrication.
  • The picture shows a group of tools from MAPAL that are designed for minimum quantity lubrication.
  • The diagram breaks down the cost blocks of machining production.
  • The picture shows a MAPAL fine boring tool for machining stator bores of electric motors, which has been designed for MQL machining.

To successfully implement MQL, all parts must be coordinated in the production process. The machine, MQL system, medium, workpiece material, clamping fixture, process sequence, extractor system, tool and clamping technology form one unit. MAPAL offers almost all its tools in versions for MQL too. The Aalen-based manufacturer marks tools and clamping tools suitable for this resource-saving use with a green label.

In these “green tools”, the MQL connections and cooling channels are modified in such a way that the MQL medium is transported to the cutting and guide elements of the tools in a constant and flow-oriented manner. The outlets are closer to the cutting point and have steeper outlet angles than in tools for wet machining. To assist with chip removal, chip spaces in tools suitable for MQL are twisted, polished and made larger where necessary.
 

Weniger Schmierstoff, weniger Energieverbrauch

Ein MMS-Prozess liegt laut Definition dann vor, wenn der Gesamtölverbrauch aller in einem Zerspanprozess eingesetzten Werkzeuge, auf die Prozessstunde gerechnet, maximal 50 ml/h beträgt. Dabei kommen einzelne Bearbeitungsschritte mit weitaus kleineren Mengen aus. So benötigt zum Beispiel ein Vollhartmetallbohrer für eine Bohrung gerade mal eine Ölmenge von 0,002 ml. Beispiele aus der Großserienfertigung zeigen, dass durch den konsequenten Einsatz der MMS-Technologie der Verbrauch ölhaltiger Fluide um bis zu 98 Prozent gesenkt werden kann. Damit verringert sich in der Fertigung auch die Belastung durch Kühlschmierstoffe mit den entsprechenden positiven Auswirkungen auf die Luft und die Arbeitsumgebung. Als MMS-Öl werden insbesondere Fettalkohole und synthetische Ester verwendet. Beide sind als nichtwassergefährdend eingestuft, sodass Umweltauflagen bei diesen Ölen geringer sind als bei den üblichen wassergemischten Kühlschmierstoffen.
Das Diagramm schlüsselt die Kostenblöcke der zerspanenden Fertigung auf.
Bearbeitungen mit Minimalmengenschmierung stellen einen nennenswerten Stellhebel dar, um in der Produktion Ressourcen zu schonen.   © MAPAL

Beim Einsatz herkömmlicher Kühlschmiertechnik in einem Bearbeitungszentrum entfallen auf deren Komponenten Hochdruck, Niederdruck, Rückpumpe und Hochdruckfilter insgesamt rund 50 Prozent des ganzen Energieverbrauchs. Auch wenn durch den Einsatz der MMS-Technologie der Verbrauch von Druckluft steigt, bleibt in Summe eine mögliche Energieeinsparung von bis zu 40 Prozent – eine wesentliche Verbesserung der CO2-Bilanz in der Produktion. Zur Ressourcenschonung gehören auch nachweislich längere Standzeiten der Werkzeuge im MMS-Einsatz vor allem bei der Bearbeitung von Aluminium. Belegbar ist dies vor allem durch die Vermeidung des Thermoschock-Effektes, welcher bei der Nassbearbeitung auftritt.

MAPAL stellt derzeit eine höhere Nachfrage nach Prozessen mit Minimalmengenschmierung vor allem aus asiatischen Ländern fest. Dabei ist hier die Schonung von Ressourcen von Anfang an ein Argument. Dass Späne nicht mehr aufbereitet werden müssen, sondern ohne Reinigungsprozesse weiterverarbeitet werden können, erleichtert zudem die Abläufe.

In Deutschland forcieren Automobilhersteller seit einigen Jahren den Umstieg auf MMS. Komplett gelang die Umstellung allerdings nicht. Zum einen sprechen in manchen Bereichen wirtschaftliche Gründe dafür, vorhandene Maschinen, Kühlpumpen und Aufbereitungsanlagen weiter zu betreiben. Unter Umständen sind es auch etablierte Prozesse, die fortgeführt werden.

Wenn es aber um die Einrichtung neuer Fertigungslinien geht, kommt MMS von Anfang an ins Spiel. Das gilt insbesondere für die Elektro­mobilität. Die Industrie hat großes Interesse daran, gerade auch die Bauteile für umweltfreundliche Fahrzeuge möglichst ressourcenschonend mit niedrigen CO2-Emissionen herzustellen. MAPAL ermöglicht inzwischen auch den MMS-Einsatz für komplexe Präzisionswerkzeuge, die anfangs noch nicht dafür ausgelegt waren. 

Werkzeuge für die E-Mobilität

Das Bild zeigt ein MAPAL Feinbohrwerkzeug für die Bearbeitung von Statorbohrungen von E-Motoren, das für die MMS-Bearbeitung ausgelegt wurde.
Feinbohrwerkzeug für die Bearbeitung der Statorbohrung mit komplexer, für die MMS-Bearbeitung optimierter Kühlkanalführung.   © MAPAL

Ein Beispiel ist das Werkzeug für die Bearbeitung der Statorbohrung eines Elektromotors. Sein großer Bearbeitungsdurchmesser bedingt eine komplexe Kühlkanalführung im Werkzeug und einen an die Wirkstelle anpassbaren Anströmwinkel des MMS-Mediums. MAPAL konnte die entsprechende Kühlkanalführung im Werkzeug unter anderem mithilfe der additiven Fertigung realisieren. Der 3D-Druck und angepasste Übergabeelemente innerhalb des Werkzeuges macht eine gleichbleibend gute Versorgung aller Schneid- und Führungselemente mit MMS möglich. Weil mit sehr geringen Ölmengen und großen Längen-Durchmesserverhältnissen gearbeitet wird, sind Abdichtungen der Übergabestellen, sowie versackungsfreie und strömungsoptimierte Kühlkanäle im Grundkörper besonders wichtig. Die additive Fertigung, die auch für andere MMS-Werkzeuge eingesetzt wird, ermöglicht zudem angepasste Durchmesser für die Druckluft, was sich mit einem niedrigeren Luftmengenverbrauch ebenfalls günstig auf die Energiebilanz auswirkt.

Die MMS-Technologie wird laufend weiterentwickelt. Neue, qualitativ hochwertige Gerätegenerationen der MMS-Systemhersteller in Kombination mit hochwertigen Medien gewährleisten immer feinere Aerosole beziehungsweise Öl-Luft-Gemische. Darüber hinaus wird die Abstimmung zwischen MMS-System und den einzelnen Werkzeugen optimiert, um für jede Anwendung eine genau dosierte, bedarfsgerechte Ölmenge zur Verfügung stellen zu können. So liefert die Zerspanung mit Minimalmengenschmierung einen noch größeren Beitrag zur Nachhaltigkeit in fertigenden Unternehmen.
 


Kathrin Rehor, PR Project Manager bei MAPAL

Kontakt

Kathrin Rehor Public Relations Kathrin.Rehor@mapal.com Tel.: +49 7361 585 3342


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