Kühlschmierstoff-Arten und Auswahl: Schneidöl, Emulsion, halbsynthetisch und vollsynthetisch

Die Auswahl des Kühlschmierstoffs wird in den meisten Betrieben auf den Literpreis reduziert; tatsächlich ist der Kühlschmierstoff jedoch ein Produktionsmittel, das Standzeit, Oberflächengüte, Instandhaltungsaufwand der Maschine und Gesundheit der Beschäftigten gleichzeitig beeinflusst. Dieser Ratgeber teilt die Kühlschmierstoffe im internationalen Klassifizierungsrahmen in vier Hauptgruppen, vergleicht deren technisches Verhalten und stellt die Auswahllogik nach dem Werkstoff des Werkstücks tabellarisch dar. Konzentrationseinstellung, Badpflege und Arbeitssicherheit werden in gesonderten Ratgebern behandelt.

1. Klassifizierungsrahmen

Die internationale Klassifizierung der Metallbearbeitungsmedien erfolgt nach ISO 6743-7. Die Norm definiert innerhalb der Klasse L der Schmierstoffe die der Metallbearbeitung zugeordnete Familie M und teilt die Kategorien in zwei große Zweige. Ohne Wasserzusatz eingesetzte Produkte werden mit Codes gekennzeichnet, die mit MH beginnen (MHA, MHB, MHC, MHD, MHE, MHF und weitere), mit Wasser gemischt eingesetzte Konzentrate dagegen mit Codes, die mit MA beginnen (MAA, MAB, MAC und weitere). Der dritte Buchstabe im Code kennzeichnet den Additivgehalt und die chemische Aktivität. Wie die technischen Spezifikationen zu diesen Kategorien aufgebaut werden, erläutert die technische Spezifikation ISO/TS 12927.

Ein häufiger Fehlverweis: Am Markt wird gelegentlich für Metallbearbeitungsmedien auf ISO 12925 verwiesen. Die Reihe ISO 12925 gehört zur Familie C der Getriebeöle und definiert keine Metallbearbeitungsmedien. Die richtigen Referenzen für die Metallbearbeitung sind ISO 6743-7 und ISO/TS 12927.

Der zweite in Europa verbreitete Rahmen ist die Begriffsnorm DIN 51385. Diese Norm teilt die Medien zunächst in nicht wassermischbare und wassermischbare Produkte; die wassermischbaren werden weiter in emulgierende und lösende Untergruppen unterteilt. Die praxisübliche Vierergliederung geht aus dieser Logik hervor.

2. Die vier Hauptgruppen

Das Kriterium, das die Gruppen voneinander trennt, ist der Anteil an mineralischem oder synthetischem Grundöl im Konzentrat. Die im Handbuch der OSHA zu Metallbearbeitungsmedien angegebenen Bereiche gelten in der Branche als Referenz.

2.1 Schneidöl (neat oil)

Enthält kein Wasser und wird unverdünnt eingesetzt. Es besteht aus mineralischen, hydrogecrackten oder esterbasierten Ölen, denen Schmier- und Hochdruckadditive zugesetzt werden. Die Gruppe mit der höchsten Schmierwirkung und der geringsten Kühlwirkung. Da ohne Wasser kein Bakterienwachstum stattfindet, wird die Badstandzeit in Jahren gemessen.

2.2 Emulgierbares Öl / Emulsion (Makroemulsion)

Das Konzentrat besteht aus etwa 30–85 Gewichtsprozent Grundöl und Emulgatoren. Beim Mischen mit Wasser entsteht eine milchig weiße, opake Makroemulsion mit Tröpfchen über 1 µm. Da der Ölfilm dick ist, ist die Schmierung gut; demgegenüber ist die Emulsionsstabilität begrenzt, die Abscheidung von Fremdöl wird erschwert und die Badstandzeit ist kürzer als bei den übrigen wassermischbaren Gruppen.

2.3 Halbsynthetisch (Mikroemulsion)

Das Konzentrat besteht aus etwa 5–30 % Grundöl und einem fortschrittlichen Emulgatorpaket, das dieses Öl auf eine Tröpfchengröße unter 1 µm hält. Die entstehende Mikroemulsion ist halbtransparent; die Sicht auf die Schnittzone im Arbeitsraum ist der praktische Vorteil dieser Gruppe. Wärmeabfuhr, Korrosionsschutz und Badstandzeit verbessern sich gegenüber dem emulgierbaren Öl, während bei der Schmierwirkung in vertretbarem Maß Abstriche gemacht werden. Die im Shop angebotenen Kühlschmierstoffe ATH-1025 und ATH-1102 gehören zu dieser Gruppe; die Bearbeitung mehrerer Werkstoffe mit einem einzigen Produkt in der allgemeinen Lohnfertigung ist das typische Einsatzfeld dieser Gruppe.

2.4 Vollsynthetisch (Lösung)

Enthält kein Mineralöl. Besteht aus vollständig wasserlöslichen organischen und anorganischen Bestandteilen; die Mischung ist klar oder leicht gefärbt. Die Gruppe mit der höchsten Kühl- und Spülwirkung und der geringsten Schmierwirkung. Die Empfindlichkeit gegenüber hartem Wasser ist gering, und beim Schleifen wird sie bevorzugt, weil sie das Absetzen des Feinschlamms ermöglicht. Demgegenüber erfordern die Schaumneigung und die Aggressivität gegenüber Lacken und Elastomerdichtungen eine sorgfältigere Auswahl.

3. Vergleich der Gruppen

Das in der Tabelle hervortretende Muster lässt sich in einem Satz zusammenfassen: je weiter man von der Schmierung zur Kühlung geht, desto geringer wird der Werkzeugschutz und desto besser werden Wärmekontrolle und Sauberkeit. Weil die halbsynthetische Gruppe im Schnittpunkt dieser beiden Kurven liegt, ist sie in Allzweckbetrieben zur häufigsten Wahl geworden.

Bei wassermischbaren Produkten bleibt die typische Einsatzkonzentration beim allgemeinen Fräsen und Drehen im niedrigen einstelligen Prozentbereich; bei anspruchsvollen Operationen und beim Tiefbohren wird sie deutlich angehoben. Der genaue Bereich wird stets dem technischen Merkblatt des Produkts entnommen. Mess- und Ansetzverfahren sind im Ratgeber zu Konzentration und Ansetzen ausführlich dargestellt.

4. Additive und ihre Funktionen

Das Grundmedium allein genügt nicht; ein Großteil der Leistung stammt aus dem Additivpaket.

• Hochdruckadditive (EP): Bei hohem Kontaktdruck und hoher Temperatur reagieren sie mit der Metalloberfläche und bilden eine Schicht mit geringem Scherwiderstand. Es gibt Typen auf Schwefel-, Phosphor- und Chlorbasis.
• Schmierfähigkeitsadditive (Grenzreibungsbereich): Ester und fettige Bestandteile haften an der Oberfläche, ohne dass eine chemische Reaktion erforderlich ist, und senken die Reibung. Bei Nichteisenmetallen bilden sie eine sicherere Alternative zu EP-Additiven.
• Emulgatoren: Die Ölphase wird stabil im Wasser verteilt. Der Emulgator ist der Bestandteil, der die Tröpfchengröße und damit den makro- oder mikroemulsionsartigen Charakter bestimmt.
• Korrosionsschutzmittel und Alkalireserve: Eisenoberflächen werden geschützt und der pH-Wert im Arbeitsbereich gehalten. Mit steigender Alkalireserve nimmt der Korrosionsschutz zu, ebenso jedoch das Fleckenrisiko bei Nichteisenmetallen.
• Biozide: Das Wachstum von Bakterien und Pilzen wird begrenzt. Da eine Überdosierung das Risiko von Hautreizungen erhöht, sind die im Produktmerkblatt festgelegten Grenzen einzuhalten.
• Entschäumer: Die Schaumbildung in weichem Wasser und bei Hochdruckkühlung wird unterdrückt.

Aktueller Stand zu Schwefel- und Chlorgehalt

Chlorparaffine galten lange als eines der wirksamsten EP-Additive. Kurzkettige Chlorparaffine (SCCP) wurden jedoch 2017 als persistente organische Schadstoffe in die Anlage A des Stockholmer Übereinkommens aufgenommen, in der Europäischen Union im Rahmen der POP-Verordnung beschränkt und als besonders besorgniserregender Stoff in die REACH-Kandidatenliste aufgenommen. Mittelkettige Chlorparaffine (MCCP) wurden 2025 mit dem Beschluss SC-12/10 in die Anlage A desselben Übereinkommens aufgenommen. Aus diesem Grund haben sich aktuelle Formulierungen überwiegend in Richtung chlorfrei entwickelt; an die Stelle des Chlors sind Systeme auf Schwefel-, Phosphor- und Polymerester-Basis getreten.

Schwefeladditive kommen in zwei Formen vor. Aktiver Schwefel wird bei hoher Temperatur frei und ergibt eine starke EP-Wirkung; passiver (gebundener) Schwefel verhält sich moderater. Produkte mit aktivem Schwefel sind bei Eisenwerkstoffen wirksam, bei Nichteisenmetallen dagegen eine Fehlerquelle.

In der Türkei fallen Registrierungs- und Meldepflichten für chemische Produkte unter die KKDİK-Verordnung (türkisches Pendant zu REACH); die Entsorgung gebrauchter Medien unterliegt den Bestimmungen der Atık Yönetimi Yönetmeliği (türkische Abfallverordnung), das Expositionsmanagement dem Rahmen des Gesetzes Nr. 6331 über Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit (İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu).

5. Verträglichkeit der Additive mit Nichteisenmetallen

Nichteisenmetalle reagieren anders auf Additive, die für Eisenwerkstoffe ausgelegt sind. In der Literatur treten drei wiederkehrende Hinweise hervor:

• Aktiver Schwefel führt bei Kupfer und Kupferlegierungen zu gelbbraunen Verfärbungen, bei Aluminium zu Oberflächenflecken.
• Chlorparaffine und einige Phosphorverbindungen erzielen auf Nichteisenoberflächen nicht die erwartete EP-Wirkung; demgegenüber bergen sie ein Fleckenrisiko.
• Aminbasierte Bestandteile der Alkalireserve gewährleisten den Korrosionsschutz auf Eisenoberflächen, führen jedoch in hoher Konzentration bei Aluminiumlegierungen zu dunklen Verfärbungen.

Bei den für Aluminium angegebenen pH-Bereichen bestehen Widersprüche zwischen den Quellen: Ein Teil der technischen Veröffentlichungen empfiehlt den Bereich 7,5–8,5, ein anderer Teil 8,5–9,0. Gemeinsam ist ihnen, dass ein Überschreiten des pH-Werts von etwa 9 das Risiko dunkler Verfärbungen deutlich erhöht. Deshalb ist in Mehrmetallbetrieben die Nichteisenverträglichkeit der Formulierung anhand des technischen Merkblatts des Herstellers zu bestätigen. Die zerspanungsseitige Betrachtung der Aluminiumbearbeitung erfolgt im Ratgeber zum Fräsen der ISO-Gruppe N.

6. Auswahl nach dem Werkstoff des Werkstücks

Bei Gusseisen treten zwei gegenläufige Anforderungen gleichzeitig auf. Kurze spröde Späne und Graphitstaub sollen sich im Behälter absetzen; demgegenüber rostet die bearbeitete Fläche schnell, sobald sie mit einem wassermischbaren Medium in Berührung kommt. Deshalb werden bei Gusseisen Formulierungen gewählt, die sowohl ein gutes Absetzverhalten als auch ein starkes Korrosionsschutzpaket aufweisen.

Bei Edelstahl sind die geringe Wärmeleitfähigkeit und die Neigung zur Kaltverfestigung ausschlaggebend. Die in der Schnittzone angestaute Wärme führt bei unzureichender Schmierung zu Aufbauschneiden und Ausbrüchen an der Schneidkante. Einzelheiten finden sich im Ratgeber zum ISO-M-Fräsen.

7. Randbedingungen auf der Maschinenseite

Die Auswahl des Mediums hängt nicht allein vom Werkstück ab; auch die Werkzeugmaschine geht in die Entscheidung ein.

• Verträglichkeit mit Lack und Dichtungen: Synthetische Produkte mit hoher Alkalireserve können manche Maschinenlacke und Elastomerdichtungen mit der Zeit angreifen. Die Freigabeliste des Maschinenherstellers ist bindend.
• Eintrag von Bettbahnöl: Das Einmischen des Bettbahnöls in das Medium (Fremdöl) ist unvermeidlich. Da synthetische Produkte Fremdöl nicht emulgieren, ist das Abskimmen einfacher; bei emulgierbaren Ölen dagegen geht das Fremdöl in die Emulsion über und bildet Nahrung für Bakterien.
• Wasserhärte: Weiches Wasser verstärkt die Schaumbildung, hartes Wasser die Seifenbildung und Rückstände.
• Hochdruckkühlung: Mit steigendem Druck nehmen Schaum- und Nebelneigung zu; der Entschäumeranteil wird in diesem Fall ausschlaggebend.
• Filtration und Behältervolumen: In kleinen Behältern ermüdet das Medium schneller; die kurze Umlaufzeit erschwert die Kontrolle der Bakterien.

Der eigentliche Faktor für die Badstandzeit ist nicht die Chemie des Mediums, sondern dessen Pflege. Wie die Überwachung von Konzentration, pH-Wert und Bakterien durchgeführt wird, erläutert der Pflegeratgeber. Die britische Arbeitsschutzbehörde (HSE) teilt die Ergebnisse von Tauchnährböden in drei Bereiche ein: unter 10⁴ KBE/ml gute Kontrolle, zwischen 10⁴ und 10⁶ KBE/ml akzeptable Kontrolle, die eine Überprüfung der Medienqualität erfordert, und ab 10⁶ KBE/ml schlechte Kontrolle, die im Normalfall ein Entleeren und Reinigen des Behälters erfordert.

8. Gesundheit und Exposition

Die Auswahl des Kühlschmierstoffs ist eine arbeitsmedizinische Entscheidung. NIOSH empfiehlt, die Exposition gegenüber Aerosolen von Metallbearbeitungsmedien bei einer 40-Stunden-Woche und bis zu 10 Stunden täglich als zeitgewichteten Mittelwert auf 0,4 mg/m³ thorakale Partikelmasse zu begrenzen; der ungefähre Gegenwert dieses Werts sind 0,5 mg/m³ Gesamtpartikelmasse. Da Schneidöle eine höhere Nebel- und Brandlast mit sich bringen, steigt der Bedarf an geschlossener Kabine und wirksamer Lüftung. Bei wassermischbaren Medien stehen dagegen die mikrobiologische Belastung und die Bioziddosierung als Risiken im Vordergrund. Das Thema wird im Ratgeber zu Arbeitsschutz und Sicherheit bei Metallbearbeitungsmedien ausführlich behandelt. Die Minimalmengenschmierung (MMS) und die Trockenbearbeitung, bei denen der Medienverbrauch auf ein Minimum reduziert wird, gelten als Alternativen, die die Aerosolbelastung an der Quelle senken.

9. Reihenfolge der Entscheidung

Die in der Praxis funktionierende Reihenfolge sieht wie folgt aus: zuerst die Werkstoffverträglichkeit (bei Nichteisenmetallen die Vorgabe chlor- und schwefelfrei), dann das Gleichgewicht zwischen Schmierung und Kühlung (Schwere der Operation und Schnittgeschwindigkeit), anschließend die Randbedingungen der Maschine (Lack, Dichtungen, Filtration, Druck) und zuletzt die Kosten. Die Kosten stehen am Ende, denn die Gesamtkosten bestimmen nicht der Literpreis, sondern Badstandzeit, Standzeit der Werkzeuge, Ausschussquote und Entsorgungsaufwand. Die Produktoptionen lassen sich in der Kategorie Chemie einsehen.

Quellen

• ISO 6743-7:1986 — Lubricants, industrial oils and related products (class L) — Classification — Part 7: Family M (Metalworking). iso.org
• ISO/TS 12927:1999 — Lubricants, industrial oils and related products (class L) — Family M (Metalworking) — Guidelines for establishing specifications. iso.org
• DIN 51385 — Schmierstoffe — Bearbeitungsmedien für die Umformung und Zerspanung von Werkstoffen — Begriffe (Unterscheidung der Metallbearbeitungsmedien in wassermischbar / nicht wassermischbar).
• OSHA — Metalworking Fluids: Safety and Health Best Practices Manual. osha.gov
• NIOSH — Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Metalworking Fluids, DHHS (NIOSH) Publication No. 98-102. cdc.gov
• HSE (UK) — Metalworking fluids: bacterial contamination (Kontrollstufen nach den Ergebnissen von Tauchnährböden). hse.gov.uk
• Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants — The New POPs: kurzkettige Chlorparaffine (SCCP), Anlage A, Beschluss SC-8/11 (2017); mittelkettige Chlorparaffine (MCCP), Anlage A, Beschluss SC-12/10 (2025). chm.pops.int
• STLE — Tribology & Lubrication Technology: Current options for machining multi-metal alloys, März 2022. stle.org