Was sind Kühlschmiermittel?

Der unterschätzte Held der modernen Fertigung

In einer Produktionshalle geht es heiß her – im wahrsten Sinne des Wortes. Wenn ein Fräser mit hoher Drehzahl in einen Stahlblock eintaucht, entstehen an der Schneidkante Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen würde das Werkzeug innerhalb kürzester Zeit verschleißen, das Werkstück sich verziehen und die Maßhaltigkeit – also die Einhaltung der geforderten Abmessungen – wäre dahin. Genau hier kommen Kühlschmiermittel ins Spiel: unscheinbar, oft im Hintergrund, aber absolut unverzichtbar.

Was ist ein Kühlschmiermittel?

Ein Kühlschmiermittel – in der Fachsprache auch Kühlschmierstoff (KSS) genannt – ist ein Bearbeitungsmedium, das beim Trennen und Umformen von Werkstoffen auf Werkzeugmaschinen eingesetzt wird. Es erfüllt gleichzeitig zwei zentrale Aufgaben: Kühlen und Schmieren. Im Volksmund sind auch die Begriffe „Bohrmilch" oder „Schleifmilch" geläufig – Bezeichnungen, die auf das milchig-weiße Aussehen wassermischbarer Varianten zurückgehen.

Die normative Grundlage für Kühlschmierstoffe bildet die DIN 51385, die „Bearbeitungsmedien für die Umformung und Zerspanung von Werkstoffen" regelt. Ergänzend dazu gibt die VDI-Richtlinie 3397 Empfehlungen zu Aufgaben und Arten der KSS in spanenden und umformenden Fertigungsverfahren.

Die vier Hauptfunktionen im Überblick

Kühlschmierstoffe sind weit mehr als eine einfache Kühlflüssigkeit. Sie übernehmen im Fertigungsprozess gleich mehrere Aufgaben gleichzeitig:

1. Kühlung

Die Wärme, die beim Zerspanen durch Reibung und Spanbildung entsteht, muss schnell und zuverlässig abgeführt werden. Bleibt sie unkontrolliert, verändert sich das Gefüge (die innere Struktur) des Werkstoffs in den Randschichten – mit negativen Folgen für Festigkeit und Maßhaltigkeit. Bei wassermischbaren KSS trägt vor allem der hohe Wasseranteil zur Kühlung bei: Wasser besitzt eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität und kann große Wärmemengen aufnehmen, bevor es sich erwärmt.

2. Schmierung

Zwischen Werkzeugschneide und Werkstück entsteht Reibung. Der Kühlschmierstoff bildet einen dünnen Schmierfilm, der diese Reibung reduziert. Das schont das Werkzeug, verlängert dessen Standzeit (die Nutzungsdauer bis zum nächsten Schärfen oder Wechsel) und verbessert die Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstücks. Die Schmierwirkung wird durch die Ölkomponente im KSS erzeugt.

3. Spanabtransport

Bei der Zerspanung fallen Späne an – kleine Metallpartikel, die aus dem Werkstück herausgetrennt werden. Bleiben sie an der Bearbeitungsstelle, können sie Werkzeug und Werkstückoberfläche beschädigen. Der KSS spült diese Späne zuverlässig weg und hält die Schnittzone sauber.

4. Korrosionsschutz

Metallische Werkstücke und Maschinenteile sind anfällig für Rost und Oxidation. Kühlschmierstoffe enthalten Additive (Zusatzstoffe), die eine schützende Schicht auf den Metalloberflächen bilden und so Korrosion verhindern.

Arten von Kühlschmierstoffen nach DIN 51385

Die DIN 51385 unterscheidet grundsätzlich zwischen zwei Hauptgruppen:

Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (Schneidöle)

Diese Variante besteht überwiegend aus Mineralölen, kann aber auch auf synthetischen Estern oder Polyalphaolefinen (PAO – vollsynthetische Basisöle) basieren. Sie werden gebrauchsfertig geliefert und direkt eingesetzt – ohne Verdünnung mit Wasser.

Stärken: Hervorragende Schmierwirkung dank hoher kinematischer Viskosität (Zähflüssigkeit), hohe Druckaufnahmefähigkeit, guter Korrosionsschutz, lange Standzeit von 1–3 Jahren.

Schwächen: Geringere Kühlwirkung im Vergleich zu wassermischbaren KSS, Gefahr der Ölnebelbildung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, Brandgefahr durch niedrigeren Flammpunkt.

Einsatz: Bevorzugt bei Bearbeitungsverfahren, bei denen die Schmierung im Vordergrund steht – z. B. Gewindeformen, Räumen oder Tiefbohren.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe

Diese Gruppe wird als Konzentrat geliefert und vor Ort mit Wasser angemischt. Der fertige KSS besteht zu 90–95 % aus Wasser. Man unterscheidet zwei Untergruppen:

• Emulsionen (emulgierbare KSS): Das Konzentrat enthält Emulgatoren, die beim Mischen mit Wasser eine stabile Öl-in-Wasser-Emulsion bilden – ähnlich wie Milch. Je nach Mineralölgehalt (20–60 %) variiert die Balance zwischen Kühl- und Schmierwirkung.

• Lösungen (wasserlösliche KSS): Diese bilden mit Wasser eine klare oder leicht trübe Lösung ohne Ölanteil. Sie bieten maximale Kühlwirkung, aber kaum Schmierung – ideal für Schleifprozesse.

Stärken: Überlegene Kühlwirkung, kostengünstiger im Verbrauch, geringere Brandgefahr.

Schwächen: Anfälliger für Bakterien- und Pilzbefall, regelmäßige Pflege und Überwachung erforderlich, kürzere Standzeit (Konzentrate sollten maximal 6 Monate gelagert werden).

Additive: Die unsichtbaren Leistungsträger

Sowohl wassermischbare als auch nichtwassermischbare KSS enthalten Additive – Zusatzstoffe, die gezielt bestimmte Eigenschaften verbessern. Typische Additivgruppen sind:

• EP-Additive (Extreme Pressure): Schützen unter Hochdruckbedingungen vor Verschleiß

• Korrosionsinhibitoren: Verhindern Rost an Werkstück und Maschine

• Biozide: Hemmen das Wachstum von Bakterien und Pilzen in wassermischbaren KSS

• Antischaummittel: Verhindern störende Schaumbildung im Kühlkreislauf

• Emulgatoren: Stabilisieren die Öl-Wasser-Mischung

Einsatzgebiete in der Praxis

Kühlschmierstoffe kommen in nahezu allen spanenden Fertigungsverfahren zum Einsatz:

• Drehen, Fräsen, Bohren: Die hohen Schnittgeschwindigkeiten erzeugen erhebliche Wärme – KSS sind hier unverzichtbar.

• Schleifen: Wasserlösliche KSS mit maximaler Kühlwirkung dominieren, da beim Schleifen besonders hohe Temperaturen entstehen.

• Räumen und Tiefbohren: Nichtwassermischbare Schneidöle mit hoher Schmierwirkung sind bevorzugt.

• Umformverfahren (Tiefziehen, Stanzen, Walzen): KSS reduzieren die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück und ermöglichen höhere Umformgrade.

Gesundheit und Arbeitsschutz

Der Umgang mit Kühlschmierstoffen ist nicht ohne Risiken. Wassermischbare KSS können im Betrieb von Bakterien und Pilzen befallen werden – mit potenziellen Gesundheitsfolgen für die Beschäftigten. Ölnebel und Aerosole, die bei der Bearbeitung entstehen, können die Atemwege belasten. Zudem ist Feuchtarbeit – also der regelmäßige Hautkontakt mit KSS – ein anerkanntes Berufsrisiko.

Der gesetzliche Rahmen ist klar geregelt:

• Die TRGS 611 (Technische Regeln für Gefahrstoffe) schränkt die Verwendung bestimmter wassermischbarer KSS ein, bei denen krebserregende N-Nitrosamine entstehen können.

• Die DGUV Regel 109-003 „Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen" legt Schutzmaßnahmen für Betriebe fest und fordert den Einsatz von Fachkundigen für die Prüfung und Pflege der KSS.

• Wassergemischte KSS müssen gemäß TRGS 611 wöchentlich auf pH-Wert, Nitritgehalt und Konzentration geprüft werden.

Verbrauchte Kühlschmierstoffe gelten als Sonderabfall und müssen fachgerecht entsorgt werden.

Trends: Nachhaltigkeit und Minimalmengenschmierung

Die Anforderungen an Kühlschmierstoffe steigen – nicht nur technisch, sondern auch ökologisch. Zwei Entwicklungen prägen die Branche besonders:

Biologisch abbaubare KSS

Hersteller setzen zunehmend auf Basisöle aus nachwachsenden Rohstoffen – etwa Rapsöl, Sojaöl oder synthetische Ester. Diese Produkte sind schnell biologisch abbaubar (nach OECD 301: mindestens 70 % in 28 Tagen), verdampfungsärmer als Mineralöle und belasten Mensch und Umwelt deutlich weniger. Schneidöle auf Esterbasis können die Ölemissionen am Arbeitsplatz um bis zu 80 % reduzieren.

Minimalmengenschmierung (MMS)

Die Minimalmengenschmierung – kurz MMS – ist ein Verfahren, bei dem weniger als 50 ml Kühlschmierstoff pro Stunde eingesetzt werden. Das Schmiermittel wird als feines Aerosol (Öl-Luft-Gemisch) direkt an die Werkzeugschneide gebracht. Die Vorteile sind erheblich: Wegfall aufwendiger KSS-Aufbereitungsanlagen, nahezu trockene Späne (die direkt recycelt werden können), geringere Gesundheitsbelastung und deutliche Kosteneinsparungen.

Allerdings: Eine vollständige Ablösung der klassischen Nassbearbeitung ist nicht in Sicht. Schätzungen zufolge machen Nassbearbeitungen mit konventionellen KSS noch immer über 85 % aller Zerspanungsprozesse aus. MMS und Trockenbearbeitung ergänzen das Spektrum – ersetzen es aber nicht.

Fazit

Kühlschmiermittel sind weit mehr als eine Kühlflüssigkeit. Sie sind ein hochkomplexes Betriebsmittel, das gleichzeitig kühlt, schmiert, reinigt und schützt – und damit maßgeblich über Werkzeugstandzeit, Werkstückqualität und Wirtschaftlichkeit eines Fertigungsprozesses entscheidet. Die Wahl des richtigen KSS hängt vom Werkstoff, dem Bearbeitungsverfahren und den geforderten Eigenschaften ab. Und mit dem wachsenden Druck zu mehr Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz entwickelt sich auch die KSS-Technologie weiter – hin zu umweltverträglicheren, leistungsfähigeren und gesünderen Lösungen.