Welcher Druck ist in Hochdruck-Kühlsystemen normalerweise erforderlich?

Aus ingenieurtechnischer und praktischer Sicht sind die Druckanforderungen für Hochdruckkühlsysteme (HPC) keine festen Werte, sondern werden je nach Werkstoff und den spezifischen Bearbeitungsanforderungen abgestuft. Während herkömmliche Flutkühlsysteme meist mit einem geringen Druck unter 10 bar (150 psi) arbeiten, zeichnen sich echte HPC-Systeme dadurch aus, dass sie diesen Wert deutlich übertreffen. Effektive Druckniveaus lassen sich in verschiedene Leistungsklassen einteilen.

Druckstufen und ihre Anwendungen

Der am weitesten verbreitete und technisch meist genutzte HPC-Bereich liegt zwischen 70 und 140 bar (1.000 bis 2.000 psi). Dieses Druckniveau ist äußerst wirkungsvoll bei der Bearbeitung einer Vielzahl schwer zerspanbarer Materialien. In der Titan-CNC-Bearbeitung und der Superlegierungsbearbeitung (z. B. Inconel) reicht dieser Druck aus, um die sogenannte Dampfbarriere am Werkzeug-Werkstück-Kontakt zu durchdringen und das Kühlmittel direkt an die Schneide zu bringen. Dadurch sinkt die Werkzeugtemperatur deutlich, die Kaltverfestigung wird reduziert, und die Späne werden in handliche „C“-Formen gebrochen – ein entscheidender Faktor, um ein erneutes Zerschneiden der Späne und eine Beschädigung der Werkstückoberfläche zu verhindern. Dieses Druckniveau ist Standard für fortschrittliche CNC-Fräszentren und CNC-Drehzentren in der Luftfahrt- und Medizintechnikfertigung.

Für extrem anspruchsvolle Anwendungen, insbesondere bei Tiefbohrungen oder Bearbeitungen mit sehr hohen Längen-Durchmesser-Verhältnissen, werden Systeme mit 200 bis 350 bar (3.000 bis 5.000 psi) eingesetzt. Bei diesen extremen Drücken dient der Kühlmittelstrahl nicht nur als Kühlmedium, sondern auch als mechanisches Hilfswerkzeug zur Spanabfuhr. Die Kraft reicht aus, um Späne aus tiefen Kavitäten oder Bohrkanälen auszublasen und so ein Verstopfen der Spannut zu verhindern – eine der Hauptursachen für Werkzeugbrüche bei diesen kritischen Bearbeitungen. Der Einsatz solcher Systeme ist ein Merkmal hochentwickelter Full-Service-Fertiger, die komplexe Hochpräzisionsbauteile zuverlässig herstellen können.

Wichtige technische Überlegungen über den Druck hinaus

Es ist wichtig zu verstehen, dass der Druck allein nicht über die Wirksamkeit des Systems entscheidet. Die Durchflussmenge muss zum Druck passen. Ein System mit hohem Druck, aber zu geringem Durchfluss kann weder Hitze noch Späne effizient abführen. Ein leistungsfähiges HPC-System für den allgemeinen Werkstatteinsatz benötigt in der Regel eine Durchflussrate von 40–75 Litern pro Minute (10–20 GPM), um bei seinem Nenndruck effektiv zu arbeiten.

Ebenso sind Düsendesign und Ausrichtung entscheidend. Das Kühlmittel muss gezielt an die Kontaktzone zwischen Schneidkante und Werkstück gelangen. Häufig wird dies durch innere Kühlmittelzufuhr (Through-Tool-Cooling) erreicht, bei der das Kühlmittel direkt durch den Werkzeughalter und über Öffnungen an der Schneide ausströmt. So wird sichergestellt, dass der Kühlstrahl die kritische Zone erreicht – insbesondere bei Innenbearbeitungen. Eine effiziente Kühlung und Spanabfuhr reduziert auch den Bedarf an aggressiven Nachbearbeitungsverfahren wie Gleitschleifen und Entgraten, da sauberere Schnitte mit weniger Graten erzielt werden.

Praktische Auswirkungen auf die Bearbeitungsleistung

Die Implementierung eines richtig ausgelegten HPC-Systems führt zu klar messbaren Produktionsvorteilen. Durch effiziente Wärme- und Spanabfuhr können Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe um 20–50 % erhöht werden, während sich gleichzeitig die Werkzeugstandzeit um 100 % oder mehr verlängern kann. Dies ist ein entscheidender Faktor zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit in der Serienfertigung von Hochleistungsbauteilen. Die gesteigerte Prozessstabilität gewährleistet zudem eine gleichbleibend hohe Teilequalität – vom ersten Prototypen bis hin zur Endfertigung.