Kühlschmierstoffe - Pflege und Überwachung


Kühlschmierstoffe, Einteilung nach DIN 51 385

0

Kühlschmierstoff

S

1

Nicht wassermischbarer Kühlschmierstoff

SN

2

Wassermischbarer Kühlschmierstoff

SE

2.1

Emulgierbarer Kühlschmierstoff

SEM

2.2

Wasserlöslicher Kühlschmierstoff

SES

3

Wassergemischter Kühlschmierstoff

EW

3.1

Kühlschmierstoffemulsion (Öl in Wasser Emulsion)

SEMW

3.2

Kühlschmierstofflösung

SESW



1. Kühlschmierstoffe – Definition


Die Hauptaufgaben des Kühlschmierstoffes bestehen darin, die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug zu verringern, die entstandene Wärme abzuführen und die Späne von der Bearbeitungsstelle abzutransportieren.

Sekundäre Anforderungen sind unter anderem: Korrosionsschutz für Maschine und Werkstücke, gutes Schaumverhalten, niedrige Verdampfung und Vernebelung, gute Hautverträglichkeit, hoher Flammpunkt und hohe Stabilität.



2. Lagerung von Kühlschmierstoffen


2.1. Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe


Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe können 1 – 3 Jahre ohne Qualitätseinbußen gelagert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Lagertemperatur zwischen 5 und max. 40 °C beträgt. Bei einer Außenlagerung von Fässern ist darauf zu achten, dass durch die Fassatmung Wasser in das Gebinde eindringen kann. Fässer daher möglichst liegend lagern oder durch entsprechende Abdeckung ein Eindringen von Wasser verhindern.


2.2. Wassermischbare Kühlschmierstoffe


Wassermischbare Kühlschmierstoffkonzentrate sollten in der Regel nur 6 Monate gelagert werden. Die Behälter müssen sauber und verschlossen sein, ein Eindringen von Wasser muss wie unter 2.1. beschrieben verhindert werden. Die Lagertemperatur sollte keinesfalls unter 5 °C und nicht über 40 °C liegen. Für einen optimalen Kühlschmieremulsionsansatz ist eine Konzentrattemperatur von 15 bis 20 °C zu bevorzugen. Werden für Kühlschmierstoffkonzentrate Lagertanks benutzt, so ist darauf zu achten, dass diese in kurzen Zeitabständen auf Verschmutzung kontrolliert und gegebenenfalls gereinigt werden. Verzinkte Rohrleitungen oder Behälter sind für wassermischbare Konzentrate nicht geeignet.



3. Verwendung von wassermischbaren Kühlschmierstoffen


3.1. Regeln für das Anmischen


Wassermischbare Kühlschmierstoffkonzentrate werden entsprechend der Angaben auf der Produktinformation zu 3 bis 20 % mit Wasser verdünnt eingesetzt. Bei diesem Anmischvorgang ist folgendes zu beachten:


3.1.1. Ansatzwasser


Die Qualität des Ansatzwassers ist von entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften einer Kühlschmieremulsion. Zunächst ist nach TRGS 611 zu beachten, dass das Ansatzwasser einen Nitratgehalt von unter 50 mg/l hat. Bei der Verwendung von Trinkwasser wird dieser Wert eingehalten. Die Wasserhärte in °dH bestimmt unter anderem das Schaumverhalten einer Kühlschmierstoff-Emulsion. Liegt sie unter 8 °dH kann es beim Ansatz der Kühlschmierstoff-Emulsion zu verstärkter Schaumbildung kommen. Bei Wasserhärten deutlich über 20 °dH kann es zur Ausscheidung von Kalkseifen kommen, das Korrosionsschutzverhalten wird verschlechtert, die Stabilität wird reduziert und es kann bei längerem Gebrauch zu Salzabscheidungen an Maschinenteilen kommen. Die optimale Härte des Ansatzwassers liegt zwischen 10 und 15 °dH. Die Einstellung der Wasserhärte kann einerseits bei zu weichem Wasser durch einen „Aufhärter“, wie beispielsweise Calciumacetat erfolgen, bei zu hartem Wasser kann mit vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) gemischt werden. Der Chloridgehalt des Ansatzwassers sollte nicht über 30 mg/l liegen, da eine Anreicherung während der Einsatzdauer in der Emulsion stattfindet und zur Korrosion an Maschinen und Werkstücken führen kann. Die Analysedaten des Wassers sind beim zuständigen Wasserwerk auf Anfrage erhältlich. Bei Verwendung von Brunnenwässern, die nicht der Trinkwasserverordnung unterliegen, sollte vor Einsatz geprüft werden, ob die Keimzahl unter 10³ liegt, weil sonst mit erhöhter bakterieller Belastung gerechnet werden muss. Die Temperatur des Ansatzwassers sollte keinesfalls 10 °C unterschreiten, da dies zu Mischbarkeits-Problemen führen könnte.


3.1.2. Anmischen von wassermischbaren Kühlschmierstoffen


Bei der Verwendung emulgierbarer Kühlschmierstoffe muss bei manuellem Ansatz darauf geachtet werden, dass immer zuerst das Wasser vorgelegt und das Kühlschmierstoffkonzentrat entsprechend der Herstellerkonzentrationsempfehlung nachgegeben wird. Kleine Mengen können in einem sauberen separaten Behälter angemischt werden. Die Konzentration ist mit einem Refraktometer zu überprüfen. Optimal bei größeren Kühlschmierstoff-Emulsionsmengen ist die Verwendung von Mischgeräten. Diese Geräte können fest installiert werden oder auf dem Gebinde (Fass oder Container) aufgesetzt werden. Beim Anschluss an die Trinkwasserleitung muss darauf geachtet werden, dass ein Rohrtrenner den Rückfluss in die Trinkwasserleitung verhindert. (DIN 1988 Teil 4) Auch wenn bei den automatischen Mischgeräten eine bestimmte Einsatzkonzentration vorgewählt werden kann, sollte die Konzentration nach dem Ansatz unbedingt mit einem Refraktometer überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden. Dabei ist der produktspezifische Refraktometerfaktor zu berücksichtigen. Die Daten sind der Produktinformation zu entnehmen.


4. Überwachung von Kühlschmierstoffen


4.1. Wassermischbare Kühlschmierstoffe


Wassermischbare Kühlschmierstoffe können durch unterschiedliche Störfaktoren in ihren anwendungstechnischen Eigenschaften verändert werden. Für den wirtschaftlichen Einsatz und ein möglichst geringes Gefährdungspotenzial für Mensch und Umwelt ist daher eine regelmäßige Überwachung der Kühlschmierstoffe erforderlich. Dabei muss auf jeden Fall die TRGS 611 beachtet werden. Die Untersuchungen und die hieraus resultierenden Maßnahmen sollten mit dem Kühlschmierstoff-Hersteller abgestimmt werden. Um das Ziel eines wirtschaftlichen Einsatzes und der Kostenreduktion eines wassergemischten Kühlschmierstoffes zu erreichen, ist es zwingend notwendig, die Gebrauchseigenschaften der eingesetzten Produkte so lange wie möglich zu erhalten. Die Standzeit eines Kühlschmierstoffes ist neben der Produktqualität und dem Bearbeitungsprozess in starkem Maße von der Überwachung und der eingesetzten Pflegetechnik, deren Umfang und Kontinuität abhängig. Es ist sicherlich heute einfacher, wirtschaftlichere Standzeiten bei Zentralversorgungssystemen zu erreichen, als bei einzelbefüllten Bearbeitungszentren. Man kann jedoch auch feststellen, dass Betreiber einzelbefüllter Systeme unter Zuhilfenahme der Empfehlungen der Kühlschmierstoffanbieter und z. B. auch der Berufsgenossenschaften, bei konsequenter Umsetzung dieser Empfehlungen sehr lange Standzeiten erzielen. Die Überwachung und Pflegemaßnahmen während des Einsatzes in der Fertigung, d. h. die Analytik des Emulsionszustandes und der Einsatz von Pflegegeräten, sind dabei von immenser Wichtigkeit. Dies ist nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Standzeitoptimierung von Bedeutung. Auch seitens des Gesetzgebers ist der Anwender gefordert, im Sinne des Arbeitsschutzes den Kühlschmierstoff in einem einwandfreien Zustand zu halten. Zu diesem Zweck hat der Anwender für die regelmäßigen Prüfungen einen Überwachungsplan aufzustellen, der eine Soll-/Ist-Wert-Dokumentation zulässt. Hilfreiche Hinweise dafür sind z. B. die Unterlagen der BG. Als Beispiel seien hier die berufsgenossenschaftlichen Regeln für die Sicherheit und den Gesundheitsschutz bei der Arbeit – BGR/GUV-R143 „Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen“ oder die VDI Richtlinien 3397 „Kühlschmierstoffe für die spanenden Fertigungsverfahren“ erwähnt.


4.1.2. Prüfmethoden für wassermischbare Kühlschmierstoffe


Analyse

Methode

Empfohlene Häufigkeit

Aussehen und Geruch

Visuell und sensorisch

täglich

pH-Wert

Elektrometrisch DIN 51 369, pH-Stäbchen

mind. wöchentlich – TRGS 611

Kühlschmierstoff-Konzentration

Refraktometer Titraton, Säure abscheidbare Anteile DIN 51 368

täglich, mind. wöchentlich

Nitritgehalt

Teststäbchen, Photometrie

wöchentlich – TRGS 611

Keimzahl, Bakterien, Pilze, Hefen

Dip-Slide-Methode

bei Bedarf wöchentlich

Chloridgehalt

Titration DIN 38 40 Teil 9

bei Bedarf

Wasserhärte

Ca, Mg mit ICP

bei Bedarf

Korrosion

Späne-Filter-Test, DIN 51 360 Teil 2

bei Bedarf

Fremdöl, nicht emulgiertes Öl

Standtest in Anlehnung an DIN 51 367

bei Bedarf

Feste Fremdstoffe

Membranfilter-Verfahren, DIN 51 592

bei Bedarf

Elektrolytgehalt

Leitfähigkeitsmessung

bei Bedarf



4.1.2.1 Vor-Ort-Prüfung


Im Folgenden sollen für den Praktiker vor Ort einige einfache Prüfmethoden beschrieben werden:


Visuelle Kontrollen

Zwei wesentliche Kontrollen, die täglich durchgeführt werden sollten, stehen im Vordergrund. Die erste sollte eigentlich eine Grundvoraussetzung für einen einwandfreien Kühlschmierstoffeinsatz sein und betrifft die Kontrolle des Flüssigkeitsstandes im Kühlmittelbehälter. Da auch heute noch Bearbeitungszentren mit unzureichendem Kühlschmierstoffvolumen zu finden sind, führt eine Unterversorgung der Kühlmittelpumpe zu einem Ansaugen von Luft und in der Folge zu einem Schäumen der Emulsion. Dies kann weitere Folgen nach sich ziehen. Eine Möglichkeit wäre z. B. eine ungenügende Wärmeabführung am Eingriff Werkstück/Werkzeug und damit eine unzureichende Leistung (z. B. Schleifbrand) oder reduzierte Werkzeugstandzeiten.


In einer weiteren Prüfung sollten natürlich die Farbe und der Dispersionsgrad der Emulsion täglich bewertet werden. Sind optische Veränderungen des Kühlschmierstoffes feststellbar, so kann dies meist schon ein Zeichen für eine Veränderung des Kühlschmierstoffzustandes sein. Dies bedarf gezielter Gegenmaßnahmen, die selbstverständlich eine umgehende Ursachenklärung nach sich ziehen sollte. Im Normalzustand muss eine Emulsion vorliegen,

die keine Aufölung oder Aufrahmung aufweist.


Da es oftmals schwierig ist, die Bewertung im Kühlschmiermittelbehälter vorzunehmen, bietet es sich an, eine Emulsionsprobe einfach in einem transparenten Gefäß (Glas, klarer PE-Becher) auf die Seite zu stellen und nach ein paar Stunden den Zustand zu bewerten. Im Normalzustand muss eine Emulsion vorliegen, bei der die Konzentrationsmessung mit dem Handrefraktometer sofort und z.B. nach 8 Stunden nahezu identische Messwerte anzeigt. Ist die Emulsion nicht stabil werden sich erster und zweiter Messwert gravierend unterscheiden.


Veränderungen des Kühlschmierstoffes können viele Ursachen haben und werden meist auch durch andere in der Folge aufgeführten Überwachungsparameter angezeigt.


pH-Wert – Messung

Eine pH-Wert-Messung muss mindestens wöchentlich einmal durchgeführt werden. Die einfachste Möglichkeit besteht in der Verwendung von Teststäbchen, die durch Farbveränderungen den aktuellen pH-Wert anzeigen. Wie bei allen Stäbchen sollte auch hier darauf geachtet werden, dass diese ein Verfallsdatum aufweisen. Sind die Stäbchen zu alt, kann es zu Falschmessungen durch Fehlfarben kommen.


Ein sehr wichtiger Punkt bei der Anwendung aller „Stäbchen-Messmethoden“ ist der richtige Umgang mit diesen. D. h. Eintauchen des Stäbchens in eine saubere Emulsion und nicht durch eine aufgeölte Leckölphase, da dies zu einer Fehlmessung führen kann. Weiterhin ist natürlich auch die Auswertezeit zu beachten, d. h. nach welcher Zeit ist das Farbfeld des Messstreifens abzulesen. Der Vorteil des Testverfahrens liegt in seiner Schnelligkeit, dem einfachen Handling ohne die Verwendung von Zusatzreagenzien. Er ist damit sicher im Sinne reduzierter Fehlereinflussgrößen durch das Handling.


Alternativ zur Stäbchenmethode, und etwas genauer aber nicht so preisgünstig, ist ein elektrisches pH-Messgerät. Ob nun Taschenmessgerät auf Batteriebasis oder Labormessgerät, wichtig ist, das notwendige Wissen eines pfleglichen Umgangs mit der pH-Elektrode und die Notwendigkeit einer wiederkehrenden Kalibrierung vor der Messung.


Auch ist bei der Messung mit einer pH-Elektrode darauf zu achten, dass der „Messkopf“ (Diaphragma) nicht durch Leckageöl überzogen wird und dann unweigerlich Fehlmessungen durchgeführt werden. Wesentlich bei der pH-Wert-Messung und deren Dokumentation ist, die Entwicklungstendenz des pH-Wertes über die Emulsionsstandzeit in der Maschine zu beobachten, um frühzeitig Steuermaßnahmen durchführen zu können.


Konzentrationsmessung

Mindestens wöchentlich einmal, bei extrem kleinen Emulsionsvolumina oder stark belasteten Bearbeitungszentren mit hoher Ausschleppungsrate ggf. täglich, ist die Konzentrationsmessung angebracht. Hierzu stehen sehr einfach praktizierbare kostengünstige Verfahren zur Verfügung. Ein Werkzeug zur Konzentrationsmessung, das heute in keinem metallbearbeitenden Betrieb fehlen darf, ist der Handrefraktometer.


Handrefraktometer

Hierbei handelt es sich um eine Investition von ca. 200 €. Unter Berücksichtigung des kühlschmierstoffspezifischen Refraktometerfaktors (hinterlegt in der Produktinformation) erfolgt die Konzentrationsbestimmung, ähnlich der Bestimmung des Öchsle-Grades bei Most, über die Veränderung der Lichtbrechung durch das zu messende Medium. Dies ist erkennbar durch eine Trennung in eine klare graue (blaue) und eine klare helle Zone. Der Ablesewert auf der Messskala muss dann noch mit dem kühlschmierstoffspezifischen Faktor multipliziert werden. Damit ist die Emulsionskonzentration festgestellt.


Wichtig bei der Handhabung eines Handrefraktometers ist die Null-Punkt-Einstellung mit reinem Wasser vor der eigentlichen Konzentrationsmessung. Eine starke schmutz- oder leckölbelastete oder eine weniger stabile Emulsion führt dazu, dass der Trennstrich nur diffus erkennbar ist und dann zu einer unsicheren Konzentrationsbestimmung führen kann


Digitaler Handrefraktometer

Im Unterschied zum Handrefraktometer handelt es sich beim digitalen Handrefraktometer um ein batteriebetriebenes optoelektronisches Messgerät. Für die Konzentrationsbestimmung werden nur einige Tropfen Emulsion benötigt. Die Messung dauert wenige Sekunden, die gemessene Konzentration wird als Zahlenwert angezeigt.


Nitritgehalt

Eine weitere Messgröße, die bei der Kühlschmierstoffüberwachung gefordert wird, ist der Nitritgehalt. Im Sinne der Vermeidung einer Gefährdung von Mitarbeitern durch eine Nitrosaminbelastung, ist die Bestimmung des Nitritgehaltes wöchentlich vorzunehmen. Nitrit ist eine Reaktionskomponente, die mit sekundären Aminen zur Entstehung kanzerogener Nitrosamine führen kann. Nitrit kann entstehen über das durch das Ansatzwasser eingebracht Nitrat und befindet sich nicht als Inhaltsstoff in den Kühlschmierstoffen. Da für den Einsatz von sekundäraminhaltigen Kühlschmierstoffen ein Verwendungsverbot vorliegt, ist die Anwesenheit dieser zweiten Reaktionskomponente (z. B. Diethanolamin) zur Nitrosaminbildung weitestgehend ausgeschlossen. Eine Einschleppung und Kontamination über andere Medien kann jedoch nie ganz ausgeschlossen werden.


Messungen des BIA haben gezeigt, dass bei der Einhaltung von Konzentrationen von < 20 ppm Nitrit eine hinreichende Sicherheit besteht, dass der zulässige MAK-Wert von 5 ppm Nitrosodiethanolamin in der Emulsion nicht erreicht wird. Bei höheren Messwerten als 20 ppm ist zwingend eine Ursachenklärung über die Herkunft von Nitrit herbeizuführen. Sollte eine Kontaminationsquelle (z. B. Härtesalze) vorliegen, ist diese zu vermeiden bzw. auszuschließen.


Weitere Maßnahmen zur Nitritreduzierung können ein Teilaustausch oder Neuansatz des Kühlschmierstoffes sein. Derzeit liegen Erfahrungen aus der Praxis vor, dass die Wirksamkeit geeigneter Inhibitoren bis in den Konzentrationsbereich von ca. 80 mg/l Nitrit ausreichend ist. Bei noch höheren Nitritkonzentrationen ist eine Einzelfallprüfung notwendig.


Nitratgehalt

Da Nitrit wie erwähnt auch aus dem Nitrat des Ansatzwassers gebildet werden kann, ist es notwendig, auch dieses in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Auch hierzu stehen entsprechende Stäbchen zur Verfügung. Gemäß den Vorgaben der Trinkwasserverordnung sind max. 50 ppm Nitrat im Trinkwasser zulässig. In der Regel liegen die Nitratwerte im unteren Konzentrationsbereich von 10-20 ppm. Besonders in landwirtschaftlich stark genutzten Regionen sind aber auch deutlich höhere Konzentrationen als 20 ppm möglich.


Die Nitratüberwachung muss nicht wöchentlich durchgeführt werden. Es empfiehlt sich aber diesen Wert mindestens halbjährlich zu prüfen oder auch beim Wasserversorger zu erfragen und zu dokumentieren. Neben der einfachen visuellen Bewertung der Messstreifen gibt es auch die Möglichkeit mit dem so genannten „Reflektoquant“ den Messstreifen automatisch auszuwerten. Dies dürfte vor allem dann von Interesse sein, wenn viele einzelbefüllte Bearbeitungszentren zu überwachen sind.


Wasserhärte

Eine weitere Kontrolle, die speziell bei einzelbefüllten Systemen mit sehr hohen Nachsatzmengen von Vorteil sein kann, aber nicht zwingend vorgeschrieben ist, ist die Bestimmung der Wasserhärte. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn für das Ansatzwasser eigenes Brunnenwasser verwendet wird. Auch hier besteht die Möglichkeit mit den recht einfach zu handhabenden Wasserhärtestäbchen in einem einfachen und wirtschaftlichen Verfahren das Aufhärtungsrisiko zu kontrollieren. Insbesondere durch hohe Verdampfungsverluste können sehr hohe Wasserhärten erreicht werden.


Der Einfluss auf die Emulsionsstabilität, also das Ladungsgefüge der Mizelle einer Emulsion, ist bei der überwiegenden Zahl der modernen Kühlschmierstofftypen als unkritisch zu bewerten. Vielmehr besteht aber hier die Problematik, dass es in den Bearbeitungsmaschinen zu härtebedingten Ablagerungen und Verklebungen kommen kann, die einen hohen Reinigungsaufwand nach sich ziehen. In der Summe der Belastungen leidet aber auch durchaus die Emulsionsstandzeit unter der entsprechenden Aufhärtung. Weit gravierender kann aber auch der Einfluss der Wasserhärte auf den Korrosionsschutz sein, der dann nicht mehr in seinem Optimum gesichert ist und insbesondere bei unbeabsichtigten Unterkonzentrationen zu kostenträchtigen Nachbearbeitungen angerosteter Teile führen kann.


Wenn durch die Gesamtwasserhärtekontrolle und die Möglichkeit eines VE-Wassernachsatzes ein Belastungsparameter ausgeschlossen werden kann, kann diese Maßnahme die Emulsionslebensdauer erheblich steigern.


4.1.2.2. Überwachungsplan / Dokumentation


Allen Überwachungen sollte ein Überwachungsplan zugrunde liegen, der Informationen über die zu überwachende Größe, die Prüfmethode, die Prüfintervalle, entsprechende Messmaßnahmen und ggf. kühlschmierstoffspezifische Informationen enthält. Die Dokumentation der Überwachungsdaten lässt sich am schnellsten und einfachsten vor Ort in einer sogenannten Maschinenkarte realisieren. Auf einen Blick lassen sich dann die Entwicklungen der ermittelten Kennwerte und die Tendenzen im Emulsionszustand feststellen.

Auf eine etwas elegantere Weise ist die Darstellung über eine entsprechende Software umsetzbar, die heute unter anderem von den meisten Kühlschmierstoffanbietern zur Verfügung gestellt werden kann.


4.1.2.3. Aufbewahrung der Prüfergebnisse


Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass die Prüfergebnisse und die durchgeführten Maßnahmen in einem Prüfbuch oder in einer Datei dokumentiert werden. Die Aufzeichnungen sind mindestens drei Jahre aufzubewahren.


4.1.2.4. Korrekturmöglichkeiten für wassermischbare Kühlschmierstoffe


Messwertabweichung

Mögliches Folgeproblem

Maßnahme

pH-Wert zu niedrig


Korrosion, Instabilität

Kühlschmierstoffkonzentrat zugeben oder pH-Wert erhöhendes Additiv

pH-Wert zu hoch

NE-Metallkorrosion, Hautprobleme

Konzentration kontrollieren und ggf. reduzieren. Einschleppung alkalischer Reiniger verhindern

Wasserhärte zu hoch

Instabilität der Emulsion, Ablagerungen

Emulsionsnachsatz mit VE – Wasser durchführen, Emulgator nachsetzen

Konzentration zu hoch

Hautprobleme, Schaumprobleme

Konzentration durch Zugabe von 0,5 % Kühlschmierstoff-Emulsion oder Wasser reduzieren

Konzentration zu niedrig

Instabilität, Korrosion, Werkzeugstandzeitprobleme, Qualitätsprobleme

Kühlschmierstoff-Konzentrat zugeben bis die Sollkonzentration erreicht ist

Chloridwert zu hoch

Korrosionsprobleme

Nachsatz mit VE-Wasser oder Einschleppung über Teile verhindern

Bakterienbefall zu hoch

Geruch, pH-Wert-Abfall, Hautprobleme

Geeignetes Bakterizid nach Rücksprache mit dem Hersteller von sachkundiger Person zugeben

Pilzbefall

Filtrationsprobleme, verstopfte Leitungen

Geeignetes Fungizid nach Rücksprache mit dem Hersteller von sachkundiger Person zugeben

Nitritgehalt >20 ppm

Kühlschmierstoff-Wechsel

Kontaminationsquelle abstellen z. B. Härtesalze, Teilaustausch

Leitfähigkeit zu hoch

Instabilität, Korrosion

Ursache klären: zu hartes Wasser? Magnesium? Einschleppung von Härtesalzen? Nachsatz mit VE-Wasser

Verschmutzung zu hoch

Schlechte Bearbeitungsergebnisse

Filtration verbessern



4.2. Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe


Nicht wassermischbare und wassermischbare Kühlschmierstoffe sind auf der Basis von aromatenarmen Mineralölen, Weißölen, Syntheseölen oder synthetischen Estern auf Basis nachwachsender Rohstoffe aufgebaut. Ausgewählte Additive verbessern die Anwendungseigenschaften wie z. B. Korrosionsschutzmittel, Antinebelzusätze, EP-und AW-Additive, Emulgatoren, Netzmittel u.v.m.


Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe haben im Gegensatz zu wassermischbaren Kühlschmierstoffen bei guter Pflege eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Ein bakterieller Befall tritt bei Abwesenheit von Wasser nicht auf. Wichtig für den Einsatz ist eine Badtemperatur unter 40 °C, optimal sind Temperaturen unter 30 °C. Feste Fremdstoffe sollten kontinuierlich über Filtersysteme ausgetragen werden. Nachteilig bei nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen ist die irreversible Vermischung mit Hydrauliköl-, Spindelöl- und Bettbahnölleckagen. Daher sollten bevorzugt Fluidfamilien oder Multifunktionsöle eingesetzt werden


5. Pflege von Kühlschmierstoffen


5.1 Systemreiniger für wmb KSS


Eine entscheidende Rolle im Bezug auf die Lebensdauer eines wassergemischten Kühlschmierstoffes liegt in der gründlichen Reinigung und Desinfektion des Kühlschmierstoffsystems. Erst durch die sinnvolle Kombination durch Reinigung und Desinfektion der Anlage vor der Neubefüllung werden gute Standzeiten erreicht.


Während der Kühlschmierstoffbehälter, Späneförderer und der Bearbeitungsraum, je nach Anordnung, mit dem Hochdruckreiniger gereinigt werden können, ist die Reinigung der Rohrleitungssysteme mit mechanischen Verfahren nur unter großem Aufwand möglich. So gereinigte Systeme sind aber noch nicht desinfiziert. Um auch die unzugänglichen Stellen zu reinigen und zu desinfizieren werden Systemreiniger eingesetzt. In diesen Produkten bewirken spezielle Netzmittel eine gute Benetzung auch schwer zugänglicher Stellen. Sie lösen die festgesetzten Ablagerungen, Pilzfladen und Bakteriennester vom Untergrund ab. Die eingebauten Emulgatoren verteilen aufgerahmtes Öl und tragen den gelösten Schmutz im System. Die im Systemreiniger enthaltenen Mikrobiozide sorgen für eine „Desinfektion“.


Zu beachten ist beim Systemreiniger die richtige Einsatzkonzentration und die Einsatzdauer.

Die Angaben des Herstellers sind unbedingt zu beachten.


Folgende Vorgehensweise hat sich bewährt:

  • Systemreiniger vor Entleerung in den Kühlschmierstoff zugeben
  • Umpumpen 8 bis 24 Stunden
  • Behälter absaugen
  • Mechanische Reinigung des Behälters/ Späneförderer, etc.
  • Kühlschmierstoffsystems mit Frischemulsion spülen
  • Absaugen
  • Kühlschmierstoffsystem neu befüllen


Erwähnt sei an dieser Stelle die Pilzproblematik. In einigen Fällen werden auch nach dem Einsatz von Systemreiniger Pilze nachgewiesen. Ein Problemfaktor können pilzbasierte Biofilme darstellen, die durch den Systemreiniger nicht vollständig abgelöst werden und durch die nach wie vor noch vorhandenen Pilzsporen eine Neubefüllung kontaminieren. In diesen Fällen und in Abstimmung mit dem KSS-Lieferanten empfiehlt es sich, nach der Neubefüllung noch einige Male eine gezielte Konservierung mit Fungiziden vorzunehmen.


5.2 Konservierungsmittel für wmb KSS


Viele wassermischbare Kühlschmierstoffe beinhalten stickstoffhaltige Verbindungen, die unter anderem eine Nahrungsquelle für Bakterien darstellen und daher während der Einsatzdauer mit Mikroorganismen kontaminiert werden. Mikroorganismen können die Lebensdauer des Kühlschmierstoffes erheblich verkürzen. Zur Eindämmung des Wachstums der Mikroorganismen enthalten die meisten Kühlschmierstoffe Konservierungsmittel. Während des Einsatzes kann es von Fall zu Fall notwendig sein, zusätzlich Konservierungsmittel einzusetzen.


Beim Einsatz von Konservierungsmitteln ist besonders auf die richtige Einsatzkonzentration und ihre Wirkungsbandbreite zu achten. Die Handhabung sollte vom geschulten Personal nach genauer Voruntersuchung der Emulsion erfolgen. Die Empfehlungen des Herstellers beim Umgang mit diesen Stoffen sind unbedingt zu befolgen.


Bakterizide:

Konservierungsmittel gegen Bakterien


Fungizide:

Konservierungsmittel gegen Pilze


Biozide:

Konservierungsmittel gegen Bakterien und Pilze


5.3 Entschäumer


Der Einsatz von Entschäumer ist nur empfehlenswert, wenn die Ursache für den Schaum nicht bekannt ist, oder sie ist bekannt, kann aber kurzfristig nicht gelöst werden, z. B. schwankende Wasserqualität, Einschleppung von Fremdprodukten durch Änderung des Fertigungsablaufs, Änderung des Kühlschmierstoffes etc.

Die Zugabe sollte dort erfolgen, wo eine gute Vermischung gewährleistet ist. Vermieden werden sollte die Zugabe vor dem Filter, da Entschäumer über den Filter ausgetragen werden.

Die vom Lieferanten empfohlenen Einsatzkonzentrationen sind unbedingt zu beachten. Bei Überdosierung kann der Entschäumer das Luftabscheidevermögen negativ beeinflussen und den Schaum stabilisieren.

Vor der Zugabe in wassergemischte Kühlschmierstoffe sollte der Entschäumer mit Wasser verdünnt und erst dann dem Kühlschmierstoffkreislauf zugegeben werden. So wird die optimale Wirkung erreicht, weil sich der Entschäumer so viel besser verteilen kann.


5.4 Sonstige Service-Produkte


Zu dieser Kategorie gehören alle Spezialprodukte die auf die Bedürfnisse des Anwenders zugeschnitten sind und entsprechend der Empfehlung des Kühlschmierstoffherstellers eingesetzt werden, z. B. Produkte zur Steigerung der Schneidleistung, pH-Wert Anhebung, Erhöhung des Korrosionsschutzes usw.


5.5 Vorbeugende Maßnahmen


Um den Pflegeaufwand beim Einsatz von Kühlschmierstoffen zu reduzieren und zu erleichtern, kann bereits im Vorfeld, bei der Maschinenbestellung, darauf Einfluss genommen werden.

Es sind meistens einfache, konstruktive Lösungen, die in vielen Fällen keinen oder nur einen geringen zusätzlichen Kostenaufwand bedeuten, aber den späteren notwendig werdenden Überwachungsaufwand während des Einsatzes erheblich reduzieren und erleichtern.


Art des Kühlschmierstoffes

Im Vorfeld sollte Klarheit herrschen über die Art des Kühlschmierstoffes, der zum Einsatz kommen soll. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, zu wissen, ob der Kühlschmierstoff vom Hersteller A oder B ist, sondern ist es ein wassermischbarer Kühlschmierstoff oder ein nicht wassermischbarer Kühlschmierstoff. Bereits diese Entscheidung bestimmt den späteren Überwachungs- und Pflegeaufwand.


Standort des KSS - Behälters

Bereits beim Bestellen der Maschinen sollte der Anwender darauf achten, dass der Kühlschmierstoffbehälter und der Rückpumpbehälter für die späteren Pflege- und Reinigungsmaßnahmen gut zugänglich bleiben.


Größe des KSS- Umlaufsystems

Ein ausreichendes KSS - Behältervolumen ist ein entscheidendes Kriterium für den späteren schaumfreien Betrieb der Werkzeugmaschine. Empfehlungen dazu stehen in der VDI Richtlinie 3035 und sollten unbedingt beachtet werden.


Ruhezonen im KSS - Behälter

Für den Einsatz von Pflegegeräten bei wassergemischten KSS kann es sinnvoll sein, im Kühlschmierstoffbehälter Ruhezonen zu schaffen, damit das aufsteigende Lecköl sichtbar wird und entfernt werden kann.


Innenwände des KSS - Behälters

Die Innenwände sollten keine Beschichtungen (Lackierung/Verzinkung etc.) haben, die angegriffen und abgelöst werden und zu Filterproblemen führen können.



6. Pflegegeräte für Kühlschmierstoffsysteme


Eine Gesamtübersicht verschiedener Pflegegeräte gibt die VDI-Richtlinie 3397 Blatt 2. Die Eignung der jeweiligen Verfahrenstechnik ist abhängig vom Bearbeitungsprozess und ist im Einzelfall zu klären. Im Wesentlichen geht es darum, Verschmutzungen wie z. B. Feststoffe (Metallpartikel/Schleifabrieb) aus dem KSS zu entfernen.


6.1 Feststoffabtrennung


Übersicht der am häufigsten eingesetzten Geräte zur Feststoffabtrennung


Anlage

Wirkung/

Abscheidungsgrad

Wartungsaufwand

Bandfilter

mittel/hoch

einfach

Anschwemmfilter (hauptsächlich für mineralölfreie Emulsionen und Öle)

hoch

hoch

Magnetabscheider

mittel

einfach

Sedimentations- /Absetzbecken

mittel

einfach

Trommel- oder Spaltfilter

hoch

mittel

Hydrozyklone

mittel

einfach



6.2 Filtration


Die Filtration stellt innerhalb der mechanischen Trennverfahren das am häufigsten angewendete Verfahren dar. Die überwiegende Anzahl der Maschinen ist bereits mit Pflegeeinrichtungen für die Filtration ausgerüstet. Mit der Filtration können sowohl magnetische als auch nicht magnetische Feststoffe entfernt werden. Das Filterverfahren ist im Wesentlichen abhängig von der Kühlschmierstoffart (wassermischbarer Kühlschmierstoff oder Öl), der notwendigen Reinheit des Kühlschmierstoffmediums im Fertigungsprozess und der anfallenden Feststoffmenge.


6.2.1 Bandfilter


Aufgrund ständig steigender Entsorgungskosten werden zunehmend Filtrationssysteme zum Einsatz gebracht, bei denen der Filter im System gereinigt und wiederverwendet wird. Dadurch werden die Entsorgungskosten für gebrauchtes Filtermaterial erheblich reduziert. Als Beispiel können Endlosband- Kunststofffliese genannt werden, bei denen der Metallabtrag über Abstreifer oder Spültechniken von Filtern entfernt werden.


Bei der Filtration von wassermischbaren Kühlschmierstoffen ist zu berücksichtigen, dass zu feine Filter nicht nur Festpartikel aus dem Fluid entfernen, sondern auch Kühlschmierstoffbestandteile. So können Entschäumer sowie schaumreduzierende, über die Wasserhärte gebildete, feindispergierte Seifen etc. ausgetragen werden. Dadurch kann sich das Kühlschmierstoffverhalten verändern.


6.2.2 Anschwemmfilter


Bei Anschwemmfiltern wird auf die Filterkerze zusätzlich ein Filterhilfsmittel (Kieselgur, Zellstofffasern etc.) angeschwemmt. Dieses Hilfsmittel baut einen sehr wirkungsvollen Filterkuchen auf, mit dem sehr hohe Filterfeinheiten erzielt werden. Die Systeme sind überwiegend für KSS-Lösungen und nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe geeignet. Durch die hohen Investitionskosten und die aufwendigen Systeme werden Anschwemmfilter primär in Zentralanlagen eingesetzt, dort wo hohe Anforderungen an den Reinheitsgrad des KSS gestellt werden. Nachteilig ist die zusätzliche Entsorgung des Filterhilfsmittels.


6.2.3 Magnetabscheider


Diese Verfahrenstechnik ist gegenüber den anderen Trennverfahren auf ferromagnetische Verunreinigungen beschränkt und kann als kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitendes System eingesetzt werden. Ein diskontinuierliches Verfahren wäre der Einsatz eines Permanentmagneten, der in Stillstandszeiten gereinigt werden muss. Wirtschaftlicher sind kontinuierlich arbeitende Band- oder Trommelmagnetabscheider. Erfasste Schmutzpartikel werden dabei permanent über Abstreifer vom Band oder von der Trommel entfernt.


6.2.4 Trommel- oder Spaltfilter


Die Filtration erfolgt über ein fest installiertes Gewebe oder Spaltsystem, wobei die Filtrationsleistung im Wesentlichen durch den sich aufbauenden Filterkuchen erfolgt. Die Einsatzmöglichkeiten sind daher im Einzelfall zu prüfen. Ein Vorteil dieses Systems ist der hilfsmittelfreie Schlamm, der jedoch einen sehr hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen kann und u.U. zusätzlich entwässert werden muss.


6.2.5 Hydrozyklone


Die Flüssigkeit wird in eine Rotationsbewegung versetzt. Die im KSS enthaltenen Feststoffe werden durch die Zentrifugalkräfte an die Zyklonwand gedrückt, reichern sich hier an und werden unten als Dünnschlamm abgezogen. Die Schlämme haben einen hohen Feuchtigkeitsgehalt und müssen vor der Entsorgung nachbehandelt werden. Das Verfahren wird ausschließlich bei wassergemischten KSS eingesetzt.


6.3 Fremdöl-Abscheidung bei nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen


Der heutige Markt bietet dem Anwender eine Fülle von Geräten die entweder fest in der Anlage installiert oder als mobile Geräte eingesetzt werden können. Bei der Auswahl der Geräte sollten neben den Investitionskosten und dem spätere Wartungsaufwand auch die Gefahr der Ausmagerung der Emulsion und die Menge der Emulsion, die mit dem Fremdöl ausgetragen wird, berücksichtigt werden. Um spätere unangenehme „Überraschungen“ zu verhindern, empfiehlt es sich, im Vorfeld ein Test unter Praxisbedingungen an den Anlagen durchzuführen. Die nachstehende Übersicht zeigt die am häufigsten eingesetzten Geräte:


6.3.1 Ölskimmer


Zur Entfernung von Fremdölen gibt es die verschiedensten Techniken. Als relativ einfache und wirtschaftliche Technik bietet es sich an, Band-, Scheiben- oder Schlauchskimmer einzusetzen. Das separierte Öl haftet z. B. an einer in der Emulsion laufenden Scheibe (Scheibenskimmer), wird bis zu einem Abstreifer mitgenommen und ausgetragen. Wichtig beim Einsatz solcher Systeme ist das Vorhandensein einer Ruhezone im Kühlschmierstoffbehälter, damit das Fremdöl aus der Emulsion separieren kann. Bei hoher Turbulenz wird das Fremdöl in die Emulsion eingebunden und der Ölskimmer trägt nur Emulsion aus dem System aus. Hier bietet es sich an, die Skimmertechnik bei Maschinenstillstandszeiten zum Einsatz zu bringen.


6.3.2 Koaleszenzabscheider


Der Kühlschmierstoff wird aus dem KSS-Behälter in ein Nebenaggregat gepumpt und hat Zeit, sich zu beruhigen. Die nicht emulgierten Fremdöltröpfchen agglomerieren zu größeren Einheiten, schwimmen auf der Oberfläche auf und werden abgezogen. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Bauformen am Markt, als Festinstallation oder mobile Geräte. Mobile Geräte eignen sich insbesondere für einzelbefüllte Anlagen.


6.3.3 Zwei-Phasen-Separator


Der Kühlschmierstoff wird im Zwei-Phasen-Separator auf hohe Beschleunigungen gebracht. Durch den Dichteunterschied Emulsion/Öl erfolgt eine Abtrennung vom Fremdöl. Bei grobdispersen Emulsionen besteht die Gefahr der Ausmagerung, d.h. neben dem Fremdöl können auch KSS-Bestandteile ausgetragen werden. Daher sollte im Vorfeld ein Versuch vor Ort durchgeführt werden. Die relativ hohen Anschaffungskosten rechnen sich nur, wenn die Geräte als mobile Anlagen für einen größeren Maschinenpark oder als Bypass-Separator für Zentralanlagen genutzt werden.


6.4 Gleichzeitige Fremdöl- und Feststoffentfernung


6.4.1 Drei-Phasen-Separator


Der Drei-Phasen-Separator stellt eine Weiterentwicklung des oben beschriebenen Zwei-Phasen-Separators dar. Als Dritte Phase werden die Feststoffpartikel abgeschieden. Die an die Außenwand des Separators abgeschiedenen Partikel sammeln sich dort und müssen manuell entfernt werden (nicht selbst reinigender Separator) oder werden automatisch ausgeschleudert (selbst reinigender Separator).


6.4.2 Sedimentationsbehälter mit Ölskimmer


Hier handelt es sich um eine Kombination der zuvor beschriebenen Verfahren. Die Geräte können als mobile Einheit oder Festinstallation vorwiegend für einzelbefüllte Maschinen eingesetzt werden.


6.4.3 Flotationsanlage


Der Kühlschmierstoff wird in einen separaten Behälter gepumpt und über ein feines Düsensystem mit Luftblasen durchströmt. Die Luftbläschen steigen nach oben. Neben dem Öl werden auch sehr feine Festverschmutzungen mitgetragen, z. B Graphit. Die Oberfläche wird abgelassen. Grobe Partikel müssen über einen vorgeschalteten Filter entfernt werden.


6.4.4 Lammellenschrägklärer (Drei-Phasen-Trenner)


Nach dem Absaugen der verunreinigten Emulsion in die Einlaufkammer des Lammellenschrägklärers wird die Emulsion durch die im Behälter schräg angeordneten Bleche geführt. Durch die Ausnutzung der Gravitations- und Koaleszenzeffekte steigen die sich bildenden Fremdöltröpfchen auf der unteren Blechseite nach oben und werden abgeskimmt. Die Feststoffe koagulieren und sinken in Schlammräume, wo sie konzentriert abgelassen werden. Der Reinigungsgrad ist von der richtigen Auslegung und Beibehaltung der Durchströmungsgeschwindigkeit abhängig. Der ausgetragene Schlamm ist üblicherweise sehr nass und muss entwässert werden.


6.5 Pflegewagen/ Reinigungswagen


Bei einer großen Zahl von einzelbefüllten Werkzeugmaschinen kann es auch wirtschaftlich sein, sogenannte Emulsionspflegewagen einzusetzen. Im Prinzip handelt es sich hierbei um ein an allen Maschinen flexibel einsetzbares Pflegesystem, das sowohl mit Filtertechnik (Band-, Kerzenfilter) als auch mit Zentrifugalseparationstechnik ausgerüstet sein kann. Ein Einsatz ist sowohl kontinuierlich im Bypass, als auch diskontinuierlich in Stillstandszeiten der Bearbeitungszentren denkbar. Beim Einsatz dieses Systems sollte aber immer eine gewisse Hygiene beachtet werden. Der Emulsionspflegewagen ist regelmäßig zu reinigen und ggf. mit Bioziden zu behandeln. Insbesondere bei diskontinuierlichem Einsatz kann es beim Stillstand zu einem unkontrollierten Bakterien oder Pilzwachstum kommen.


Lohnt sich Pflege?


Die Überwachung und Pflege führt zu einer Standzeiterhöhung des Kühlschmierstoffes und damit zum reduzierten Verbrauch bzw. reduzierter Abfallmenge. Einen positiven Einfluss erfährt neben verbesserten Werkzeugstandzeiten und höherer Werkstückqualität (Oberflächengüte, Maßhaltigkeit) auch der Gesundheitsschutz des Arbeitnehmers beim Umgang mit dem Kühlschmierstoff. Die erzielten Kostenreduzierungen leisten einen Beitrag zur Wettbewerbs- und Zukunftssicherung des Unternehmens.



7. Entsorgung von Kühlschmierstoffen


7.1. nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe


Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe haben bei geeigneter Kontrolle und Pflege eine sehr hohe Lebensdauer. Trotz Pflegemaßnahmen kann es Gründe geben, die im Verlauf des Einsatzes zur Entsorgung führen. Nachstehend einige allgemeine Entsorgungsgründe:

  • Vermischung mit anderen Schmierstoffen
  • Eintrag von Reinigungsmitteln oder wassergemischter Emulsionen
  • zu hoher Feststoffanteil
  • Alterung durch Oxidation bei zu hohen Systemtemperaturen


7.2. wassermischbare Kühlschmierstoffe


Wassermischbare Kühlschmierstoffe werden vor ihrer Anwendung mit Wasser gemischt und als Kühlschmierstoffemulsion/-Lösung in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Werden im Laufe der Einsatzdauer die zulässigen Gebrauchskriterien nicht mehr erfüllt oder der Kühlschmierstoff aus anderen Gründen nicht mehr verwendet werden kann, muss dieser Kühlschmierstoff behandelt werden. Die Gebrauchskriterien sind abhängig vom Einsatz und den Anforderungen an den wassermischbaren Kühlschmierstoff. Werden diese Anforderungen nicht mehr erfüllt, obliegt es dem Anwender zu entscheiden, ob ein wassermischbarer Kühlschmierstoff das Ende der Einsatzdauer erreicht hat und entsorgt werden muss. Nachstehend einige allgemeine Gebrauchskriterien die zu Entsorgung führen können:

  • zu hoher oder zu niedriger pH-Wert
  • zu hohe Wasserhärte
  • zu hohe Verschmutzung mit Feststoffen
  • schlechtes Schaumverhalten
  • zu hohe Bakterien-/Pilzbelastung
  • zu hohe Fremdölbelastung
  • Phasentrennung
  • Kontamination mit Fremdstoffen
  • usw.


7.3. Gesetzliche Grundlagen


Der Gesetzgeber hat die Entsorgung von Kühlschmierstoffen in zahlreichen rechtlichen Vorgaben und Gesetzen geregelt. Besonders zu beachten sind Rechtsbereiche aus dem Wasser- und Abfallrecht. Vor allem bestimmt das Abfallrecht auf Grundlage des Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetzes mit den untergesetzlichen Regelwerken den Rahmen der Kühlschmierstoff-Entsorgung.

In der Altöl-Verordnung (AltölV) wird die Zuordnung von verbrauchten und unbrauchbaren Kühlschmierstoffen geregelt. Die nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffe sind der Altölkategorie 2 zugeordnet.


Die wassermischbaren Kühlschmierstoffe sind von der Altöldefinition ausgenommen.


In der Verordnung zur Umsetzung des Europäischen Abfallverzeichnisses (AVV) sind die unbrauchbaren und verbrauchten Kühlschmierstoffe als besonders überwachungsbedürftige Abfälle eingestuft. In der Bestimmungsverordnung überwachungsbedürftiger Abfälle zur Verwertung (BestüVAbfV) werden diese Kühlschmierstoff-Abfallstoffe der Verwertung zugeordnet. Das hat zur Folge, dass für Kühlschmierstoff-Abfälle in Begleitscheinen und Entsorgungsnachweisen die vorgegebenen Abfallschlüsselnummern zu verwenden sind.