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2.3 MMS-Systeme für die Minimalmengenschmierung

Allgemeine Anforderungen

Die Hauptaufgabe der MMS-Systeme ist die gezielte Zufuhr eines geeigneten Schmierstoffs an die Wirkstelle des Werkzeugs (Werkzeug-Schneide). Hierfür steht eine Reihe verschiedener Gerätetypen zur Verfügung, die den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden.

Für Einzweckmaschinen, z.B. Räumen, Sägen, Umformen, kommen vorwiegend einfache, manuell regulierbare MMS-Geräte zur internen und externen Zuführung mit unterschiedlicher Wirkungsweise zum Einsatz. Dies sind vorwiegend Systeme mit Druckbehälter und Dosierpumpen.

Moderne flexible Fertigungssysteme stellen sehr hohe Anforderungen an die MMS-Gerätetechnik. Um diesen gerecht zu werden, wurden komplexe MMS-Systeme entwickelt, die über integrierte Regelungs-, Steuerungs- und Überwachungskomponenten verfügen.

Bild 8: Gerätetypen für die Minimalmengenschmierung

Bei den Fertigungsverfahren werden je nach Zugänglichkeit der Schneide unterschiedliche Anforderungen an die eingesetzten Geräte gestellt. Aus diesem Grund unterscheidet man heute in äußere und innere Zufuhr des Schmiermediums, die sich deutlich im Aufwand für die Gerätetechnik unterscheiden.

Bei der externen Zufuhr wird der Schmierstoff über Sprühdüsen am Umfang des Werkzeuges aufgebracht. Dieses System eignet sich besonders für den Einstieg bei einfachen Standardprozessen (Drehen, Fräsen, Bohren).

Bei der internen Zufuhr erfolgt der Schmierstofftransport durch das Spindelsystem der Maschine und durch die im Werkzeug eingebrachten Kanäle zur Bearbeitungsstelle. Dieses System kommt vorwiegend bei der Ausstattung von flexiblen Bearbeitungszentren und Neumaschinen sowie bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) zum Einsatz.
Im Folgenden werden die verschiedenen Gerätetechniken mit ihren Einsatzzwecken, sowie Vor- und Nachteilen beschrieben.

Minimalmengenschmiersysteme für externe Zuführung

Geräte zur externen Zuführung fördern den Schmierstoff und die Zerstäubungsluft getrennt bis in die Nähe der Wirkstelle. Dies geschieht in einem koaxial oder parallel geführten Leitungspaket. Am Ende der Leitungen wird der Schmierstoff mit einer Sprühdüse zerstäubt und als Aerosol dem Werkzeug von außen zugeführt.

Geringe Kosten, einfache Nachrüstung und die Möglichkeit, konventionelle Werkzeuge einzusetzen sind wichtige Vorteile dieser Systeme. Alle diese Systeme haben aber auch prinzipbedingte Nachteile, die Ihren Einsatz einschränken. Die Düsen müssen manuell oder über zusätzliche Positionierachsen dem Werkzeug angepasst werden und es treten Verluste durch Streuung und Abschattungseffekte auf.

Als wichtigstes Einsatzgebiete sind Werkzeugmaschinen mit niedrigem Flexibilitätsgrad zu nennen sowie die Fertigungsverfahren Sägen, Fräsen, Räumen, Umformen, Bohren und Gewinden.

Bild 9: Externe Schmierstoff-Zuführung über Düsen

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal in der Gerätetechnik ist die Förderung des Schmierstoffs. Hier sind zwei Technologien verbreitet.

Geräte mit Dosierpumpen

Der Schmierstoff wird vorwiegend durch eine pneumatische Mikropumpe gefördert. Die Dosierung des Schmierstoffs erfolgt über den Hub und die Frequenz des Pumpenkolbens.

Bild 10: Geräte mit Dosierpumpen

Neben der exakten Einstellung des Dosiervolumens sollten diese Geräte gegen unbefugtes Verstellen gesichert sein sowie über ein ausreichendes Behältervolumen und umfangreiches Zubehör (Düsen, Behälter, Nachfüllaggregat) verfügen.

Die wesentlichen Vorteile der Mikropumpensysteme sind die exakte Einstellung des Dosiervolumens und ihr modularer Aufbau, der neben der dezentralen Montage der Pumpenelemente eine nahezu beliebige Anzahl der Pumpenelemente ermöglicht.

Als Nachteile sind der pulsierende Schmierstoffstrom und der Verschleiß der beweglichen Teile zu nennen.

Geräte mit Druckbehälter

Der Schmierstoffbehälter steht unter Druck. Durch diesen Überdruck wird der Schmierstoff aus dem Behälter gefördert. Die Dosierung erfolgt über die Einstellung des Förderdrucks und über Drosselelemente in der Öl- und der Zerstäubungsluftleitung.

Bild 11: Geräte mit Druckbehälter

Um einen optimalen Einsatz dieser Systeme zu gewährleisten, sollten getrennte Einstellmöglichkeiten für Behälterdruck, Zerstäubungsluft und Ölmenge vorhanden sein.
Ein möglichst modularer Aufbau mit mehreren Abgängen, die getrennt geschaltet und reguliert werden können, sowie umfangreiches Zubehör (Düsen, Behälter, Nachfüllaggregat) sollte nicht fehlen.

Im Gegensatz zu den Mikropumpensystemen sind die wichtigsten Vorteile dieser Systeme der gleichmäßige Schmierstoffstrom und das Fehlen beweglicher und dem Verschleiß unterliegender Teile.

Systeme mit Druckbehältern besitzen jedoch auch einige Nachteile. Eine exakte Einstellung des Öl-Dosiervolumens ist nur eingeschränkt möglich und die Zahl der Abgänge ist begrenzt.

Gezielter Beschuss mit Öltropfen

Dieses externe MMS-System schießt über ein Schnellventil einzelne Schmierstofftropfen an die Wirkstelle der Bearbeitung. Dabei kann zwischen Ventil und Werkzeug ein Abstand von bis zu 800 mm überbrückt werden, ohne dass eine Luftvermischung oder eine Vernebelung stattfindet.

Dieses Dosierungsprinzip ermöglicht insbesondere bei schnell rotierenden Werkzeugen oder Werkstücken, z.B. auf Drehmaschinen, weitgehend die Grenzschichtströmung zu durchbrechen, die sich durch die Drehbewegung aufbaut.

Der Schmierstofftropfen trifft exakt die Stelle, an der er benötigt wird. Neben feststehenden Schnellventilen erfolgt die Ausrichtung bei schwenkbaren Schnellventilen auf das jeweilige Werkzeug automatisch.