In diesem Artikel erfahren Sie, weshalb die Überwachung spezifischer Kenngrößen für den effizienten und sicheren Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) entscheidend ist.
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Umfassendes Verständnis der Kenngrößen
Es gibt zahlreiche Kenngrößen, deren richtige Bedeutung und Interpretation für einen sicheren Prozess unumgänglich sind. Andere Kenngrößen wiederum bieten nur in speziellen Fälle Aussagekraft.
In Österreich schreibt die AUVA-Richtlinie, angelehnt an die TRGS 611, eine wöchentliche Messung in der Emulsion vor. (siehe M Plus 369 der AUVA Sicherheit Kompakt).
Wöchentlich sind zu dokumentieren:
• pH-Wert
• KSS-Konzentration
Alle 4 Wochen oder regelmäßiger:
• Nitrit (falls unter 10mg/l)
• Nitrat im Ansetzwasser
Diese Dokumentation soll aber nicht nur dem Arbeitsinspektor dienen, sondern soll Grundlage für die richtige Einstellung des KSS-Systems liefern.
Doch was steckt hinter diesen Zahlen?
Nitritgehalt: Ein Relikt aus der Vergangenheit?
In der modernen Praxis hat die Messung des Nitritgehalts an Bedeutung verloren. Sie bietet Anwendern heute nur begrenzten Einblick in den Zustand der Emulsion. Die Notwendigkeit dieser Messung, basierend auf Arbeitsschutzvorschriften, stammt aus einer Zeit, in der Kühlschmierstoffe empfindlicher gegenüber Nitrit waren. Dies führte zur Bildung von krebserregenden Nitrosaminen.
Moderne Kühlschmierstoffe sind jedoch weitgehend gegen die Bildung solcher Nitrosamine geschützt, sodass höhere Nitritkonzentrationen tolerierbar sind.
Doch wie gelangt Nitrit in den Kühlschmierstoff?
Eine gängige Quelle ist ein vorgelagertes Härtebad, aus dem verschiedene Salze in den wassergemischten Kühlschmierstoff gelangen können. Ist eine solche Quelle ausgeschlossen, sollte nach anderen Ursachen gesucht werden. Nitrit entsteht auch durch den bakteriellen Abbau von Nitrat, das häufig aus dem Ansatz- oder Nachfüllwasser stammt. In Österreich darf der Nitratgehalt im Grundwasser 50 mg/l nicht überschreiten.
Daher sollten Speisereste und Zigarettenstummel nicht in KSS-Tanks gelangen, da sie indirekt die Nitritbildung begünstigen.
Bei einem plötzlichen Anstieg des Nitritgehalts könnte die Ursache ein Bakteriennest in einer Sedimentschicht eines KSS-Tanks sein. Insbesondere anaerobe Bakterien sind hierfür verantwortlich.
Meist lässt sich ein solcher Anstieg nur durch Vernachlässigung anderer Kenngrößen erklären, die biologisches Wachstum früher hätten anzeigen können.
Generell liegt der Grenzwert für Nitrit bei 20 mg/l, doch viele Hersteller moderner Kühlschmierstoffe garantieren Schutz bis zu 80 mg/l. Bei unvermeidbar hohem Nitritgehalt, beispielsweise durch Verschleppung aus einem Härtebad, kann die Bildung von Nitrosaminen im Labor geprüft werden. Bei negativem Ergebnis ist die Verwendung höherer Nitritkonzentrationen im speziellen Fall möglich.
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pH-Wert: Das Gleichgewicht der Emulsion
Die Bestimmung des pH-Wertes ist wichtig, um zu ermitteln, wie sauer oder alkalisch ein Kühlschmierstoff (KSS) ist. Wassergemischte KSS sind in der Regel leicht alkalisch mit einem pH-Wert zwischen 8,5 und 9,5. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit von Korrosion an Metallteilen und schafft ein ungünstiges Umfeld für Bakterien und Pilze in der Emulsion. Die pH-Wert-Skala reicht von 0 bis 14, wobei 7 als neutral angesehen wird, also weder sauer noch alkalisch ist.
Hier ein Überblick über alltägliche Flüssigkeiten und ihre pH-Werte:
| 14 | Starke Basen: Natronlauge (Rohrreiniger) |
| 13 | Bodenreiniger |
| 9 | wassergemischter KSS |
| 8 | Handseifen, Waschmittel |
| 7 | Neutral: reines Wasser |
| 5 | Mineralwasser, Regenwasser |
| 3 | Cola, Fruchtsäfte |
| 1 | Entkalker, Felgenreiniger |
| 0 | starke Säuren: Schwefelsäure (Batteriesäure) |
Es ist jedoch zu beachten, dass der pH-Wert allein keine direkte Aussage über die Aggressivität oder Gefährlichkeit einer Flüssigkeit ermöglicht. Zwei Lösungen mit demselben pH-Wert können unterschiedliche Konzentrationen von Säuren oder Basen enthalten und unterschiedlich auf dieselbe Substanz reagieren.
Moderne wassergemischte KSS haben einen gepufferten pH-Wert, der sich bei Zugabe von Säuren oder Basen kaum verändert. Diese Pufferung hat jedoch ihre Grenzen und kann ab einem gewissen Punkt zusammenbrechen. Wenn der pH-Wert einer Emulsion nicht mehr adäquat ist, liegt er meist zu niedrig, oft bedingt durch mikrobiologische Abbauprodukte. Durchsuchen Sie unser Angebot. Für jeden Geschmack und jedes Budget gibt es eine Vielzahl an Optionen, die online gekauft werden können.
Durch regelmäßige Zugabe frischer Emulsion gemäß den Herstellerempfehlungen wird die Pufferung des pH-Wertes kontinuierlich erneuert. Vernachlässigt man dies oder erfolgen Nachfüllungen unregelmäßig, kann die Pufferung zusammenbrechen, was Bakterienwachstum begünstigt und somit den Effekt verstärkt.
Ein Zusammenbruch der Pufferung und somit ein Kippen der Emulsion kann durch die Messung des pH-Wertes nicht frühzeitig erkannt werden. Oft wird ein Problem erst erkannt, wenn es bereits zu spät ist. Obwohl nicht gesetzlich vorgeschrieben, ist die Messung der Pufferungsreserve für den Anwender oft weitaus nützlicher.
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pH-Teststreifen gibt es mit unterschiedlichen Messbereichen. Bei wassergemischten Kühlschmierstoffen ist jedoch nur ein schmaler Bereich auf der pH-Werte-Skala von relevanz. Die bei uns verfügbaren Teststreifen haben einen Messbereich von pH 7,9-9,8. |
Additive: Die unsichtbaren Helden
Wassergemischte Kühlschmierstoffe setzen sich aus einer Vielzahl verschiedener chemischer Substanzen zusammen. Der Schmierstoffanteil im Konzentrat kann bis zu 50% betragen. Der restliche Teil besteht aus Additiven, welche die Eigenschaften der Emulsion verbessern. Zu diesen Additiven gehören beispielsweise:
• Korrosionsinhibitoren
• Emulgatoren
• Anti-Schaummittel
• Dispergiermittel
• Oxidationsinhibitoren
• Biozide
• pH-Wert-Stabilisatoren
Diese Additive können sich je nach Einsatz unterschiedlich stark abnutzen, ähnlich wie der Schmierstoff selbst, der in der Emulsion in feiner Tröpfchenform vorliegt.
Biozide oder Zusatzstoffe mit bioziden Eigenschaften sind in jedem langlebigen Kühlschmierstoff essentiell, außer es wird unter Reinraum- oder Laborbedingungen gearbeitet. In solchen Fällen sind eine oder mehrere Maßnahmen erforderlich, um biologisches Wachstum einzudämmen. Sind die bioziden Zusatzstoffe aufgebraucht oder fällt ihre Konzentration unter einen wirksamen Schwellenwert, kippt die Emulsion. Gleichzeitig verändert sich der pH-Wert, was oft zu spät erkannt wird, um noch rechtzeitig reagieren zu können.
Es ist daher ratsam, den Additiv-Gehalt regelmäßig zu überprüfen, um einer Entgleisung der Emulsionszusammensetzung vorzubeugen. Die genaueste, aber auch aufwändigste Methode ist die Laboranalyse. LUBOT bietet seinen Kunden der Oemeta-Produkte die Möglichkeit, kostenfreie Laboruntersuchungen nach Bedarf und Notwendigkeit durchzuführen. Dies ist insbesondere bei großen und trägen KSS-Systemen sinnvoll, um tiefere Einblicke in die Beschaffenheit der Emulsion zu erhalten.
Für kurzfristige Überprüfungen empfiehlt sich die regelmäßige Bestimmung des Additiv-Gehalts mittels Additiv-Teststreifen. Dieser Schnelltest ist in wenigen Sekunden durchgeführt und liefert erste Anhaltspunkte darüber, ob ausreichend Additiv in der Emulsion vorhanden ist.
Dies liegt daran, dass der pH-Wert, wie bereits erwähnt, durch die stabilisierende Wirkung der Additive in der Emulsion konstant gehalten wird.
Selbst wenn die Messung des pH-Wertes und der Konzentration unauffällig erscheint, kann die Feststellung eines verminderten Additiv-Gehalts ermöglichen, frühzeitig auf ein potentielles Kippen der Emulsion zu reagieren. So lassen sich der Einsatz starker Chemikalien oder ein kompletter Austausch der Emulsion vermeiden.
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Additiv-Teststreifen sind auf den jeweiligen KSS abgestimmt. Für unsere Oemeta KSS Produkte haben wir den passenden Test im Sortiment. |
KSS-Konzentration
Die Konzentration des Kühlschmierstoffs (KSS) ist für die Effizienz von Zerspanungsprozessen von entscheidender Bedeutung. Bei komplexen Bearbeitungsvorgängen und schwierigen Materialien sind in der Regel höhere KSS-Konzentrationen erforderlich als bei einfacheren Aufgaben. Jedoch kann dieselbe KSS-Konzentration je nach verwendetem Kühlschmierstoff zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen in der Bearbeitung führen. Dies liegt daran, dass nicht jedes KSS-Konzentrat denselben Anteil an Schmierstoff aufweist.
Neben dem Schmierstoff bestehen Kühlschmierstoffe hauptsächlich aus Additiven, die sich meist in der wässrigen Phase der Emulsion befinden. Die Messung der KSS-Konzentration erfasst überwiegend den Schmierstoffanteil. Dies geschieht zumeist mittels eines Refraktometers, das die Lichtbrechung (in °Brix) der Emulsion misst. Die Öltröpfchen in der Emulsion verändern entsprechend ihrem Anteil im Wasser die Lichtbrechung, woraus sich die KSS-Konzentration ableiten lässt.
Wichtig ist jedoch zu beachten, dass der Ablesewert des Refraktometers in °Brix nicht direkt der KSS-Konzentration entspricht.
Die Umrechnung von den abgelesenen °Brix-Werten in die tatsächliche KSS-Konzentration erfolgt über den Refraktometerfaktor, der üblicherweise zwischen 0,9 und 1,2 liegt.
Die Messung der KSS-Konzentration gibt allerdings keinen Aufschluss über den Additivgehalt. Fremdöle, die in die Emulsion gelangen, können die Messung beeinträchtigen. Geringe Anteile des Fremdöls emulgieren in die Emulsion und werden vom Refraktometer wie der eigentliche Schmierstoff erfasst. Dies tritt selbst dann auf, wenn eine sichtbare Fremdölschicht an der Oberfläche der Emulsion schwimmt. Ein erhöhter Fremdölgehalt kann manchmal durch eine unscharfe Trennlinie am Refraktometer erkannt werden, jedoch lässt sich der genaue Fremdölgehalt nur im Labor feststellen.
Für eine ausreichende Schmierleistung bei der Zerspanung ist die Einhaltung der korrekten KSS-Konzentration essenziell. Diese gibt jedoch keinen umfassenden Aufschluss über den Gesamtzustand der Emulsion.
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Refraktometer gibt es in unterschiedlichen Skalen und Ausführungen. Ist der Prozess kritisch, soll beim Refraktometer nicht gespart werden. Ein hervorragendes Preis/Leistungsverhältnis liefert das Atago Master-20T |
Geruch und Farbe: die sinnhaften Indikatoren
Im Vergleich zu Hunden, die etwa 300 Millionen Riechzellen besitzen, verfügen wir Menschen lediglich über 5 bis 6 Millionen Riechzellen. Daher ist unser Geruchssinn relativ bescheiden. In der Praxis bedeutet das, dass die Nase eines Anwenders eine bereits gekippte Emulsion oft erst spät als solche erkennt. Obwohl Spürhunde theoretisch zur Früherkennung von mikrobiellem Wachstum in Emulsionen eingesetzt werden könnten, wäre das laute Arbeitsumfeld für die geräuschempfindlichen Tiere ungeeignet.
Für den Anwender ist der Geruch jedoch ein wichtiger und oft unmittelbarer Indikator dafür, dass Handlungsbedarf besteht. Die wahrgenommenen Gerüche können von fauligen Eiern (Schwefel) über Ammoniak und schimmeligen, muffigen oder modrigen Geruch bis hin zu saurem, stechendem Geruch reichen. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle bakteriellen Belastungen zwingend zu unangenehmen Gerüchen führen.
Die Farbe der Emulsion variiert je nach verwendetem Produkt sowie dem Bearbeitungsprozess und dem Material. Typische Farben und ihre Bedeutungen sind:
• Milchig-weiß bis hellgelb: Oft die normale Farbe einer frischen KSS-Emulsion.
• Dunkelbraun oder Schwarz: Diese Färbung kann auf Verschmutzungen durch Schleifabrieb oder andere metallische Partikel hinweisen. Sie kann auch ein Zeichen für Oxidation oder Alterung des Öls sein.
• Rötlich oder rostfarben: Eine solche Verfärbung kann auf Korrosion im Prozess hindeuten, verursacht durch Eisenpartikel, die in die Emulsion gelangen.
• Grüne und blaue Farbtöne: Diese sind keine guten Anzeichen und deuten häufig auf Unverträglichkeiten mit Buntmetallen hin.
Wasserhärte: Ein Balanceakt
Bei KSS-Systemen, die über mehrere Wochen hinweg genutzt werden, spielt die Wasserhärte eine entscheidende Rolle. Eine zu geringe Wasserhärte führt oft zu übermäßiger Schaumbildung in der Emulsion, während eine zu hohe Wasserhärte Korrosion an Werkstücken und Maschinenkomponenten verursachen kann. In der Regel wird für wassergemischte Kühlschmierstoffe eine Wasserhärte zwischen 5 und 20° dH empfohlen.
Ein wichtiger Aspekt ist die Bilanz zwischen dem ausgeschleppten Wasser und dem nachgefüllten Wasser. Erfolgt hauptsächlich eine Verdunstung, kann die Wasserhärte in der Emulsion schnell ansteigen und Probleme verursachen. Daher ist es wichtig, sowohl die Wasserhärte des Ansetz- als auch des Nachfüllwassers regelmäßig zu überprüfen. In manchen Trinkwassernetzen kann die Zusammensetzung je nach Tageszeit und Auslastung der Trinkwasserversorgung variieren.
Häufig ist der Einsatz einer Umkehrosmoseanlage zur Reduzierung der Salzbelastung im Wasser erforderlich, um längere Standzeiten der Emulsion zu gewährleisten. Die Messung der Wasserhärte in der bereits angesetzten Emulsion mit Teststreifen liefert nur eine grobe Einschätzung, da die Teststreifen durch andere chemische Bestandteile der Emulsion beeinflusst werden können. Es wird empfohlen, das Ansetzwasser direkt zu überwachen und die Salzbelastung der Emulsion durch eine qualitative Analyse im Labor zu bestimmen.