Messgeräte zur Überwachung von Kühlschmierstoff (KSS)

Wassergemischte Kühlschmierstoffe ständig unter Kontrolle

Bei der spanenden Fertigung von Werkstücken werden zur Kühlung und zur Schmierung oft ölhaltige Kühlschmierstoffe (KSS) verwendet. Speziell die Zusammensetzung von wassergemischten KSS kann sich während des Gebrauchs stark verändern. Um möglicherweise auftretende Beeinträchtigungen im Bearbeitungsverfahren zu vermeiden, sind regelmäßige Qualitätsprüfungen vorzusehen.

Zudem muss eine Gefährdung der Beschäftigten durch KSS verhindert werden, weshalb gemäß „DGUV Regel 109-003“ der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) für die Prüfung sowohl des Neuansatzes als auch die Prüfung während des Gebrauchs wassergemischter KSS ein Prüfplan aufgestellt werden muss. Folgende Angaben müssen mindestens enthalten sein:

  • wahrnehmbare Veränderungen
  • pH-Wert
  • Nitritgehalt
  • Konzentration Öl-Emulsion
  • Nitratgehalt/Nitritgehalt des Ansetzwassers

Der pH-Wert und der Nitritgehalt eines wassergemischten KSS sind gemäß „Technischer Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 611“ mindestens wöchentlich zu überprüfen. Ebenso ist wöchentlich die Ölkonzentration im KSS zu ermitteln.

Für den pH-Wert und die Ölkonzentration bietet GIMAT einfach zu bedienende Handmessgeräte an. Mit dem digitalen pH-Handmessgerät PAL-pH Amine und dem digitalen Handrefraktometer PAL-102 S von ATAGO können die Messwerte ohne Hilfsmittel direkt an der Maschine bestimmt werden.

Darüber hinaus ist mit fest in das KSS-Kreislaufsystem integrierten inline-Geräten eine kontinuierliche, automatische Überwachung des KSS möglich. pH-Messgeräte bzw. Prozessrefraktometer bieten die Möglichkeit, die Messwerte in Echtzeit an die Maschinensteuerung oder ein Prozessleitsystem zu übertragen. Einer weiteren Automatisierung und IoT (internet of things) steht somit auch beim KSS zukünftig nichts mehr im Wege.

zum Handrefraktometer PAL 102S

zum pH-Handmessgerät PAL-pH

zum inline-Refraktometer CM-Base α

zum Tauchrefraktometer für Behälter PAN-1DC

zu den pH-Prozesssonden

Video: Anwendungsmöglichkeiten Refraktometer an Werkzeugmaschinen

Echtzeit-Überwachung hilft, KSS-Standzeiten zu verlängern

Die neue Kompakteinheit LUBRI-CONT ermöglicht eine wirtschaftliche Echtzeit-Kontrolle von wassermischbaren Kühlschmierstoffen (KSS). Das System besteht im Kern aus

  • einer speziellen pH-Elektrode, beständig gegen Öle
  • einem pH-Messumformer
  • einem Prozessrefraktometer zur Konzentrationsmessung
  • einer Mikropumpe

Alle Komponenten sind so ausgelegt, dass eine Wartung schnell erfolgen kann und die Wartungsintervalle sehr lang sind. Alles ist fertig montiert auf einer Montageplatte, diese kann nah am KSS-Vorlagebehälter angebracht werden und ist anschlussfertig.

Das LUBRI-CONT ist für den Dauerbetrieb geeignet, alle Messwerte werden vor Ort angezeigt und ständig aktualisiert. Der Anwender kann somit sofort reagieren, z. B. durch Zugabe von Konzentrat und/oder Zusätzen. Zusätzlich werden die Messwerte als 4-20 mA ausgegeben. Angebunden an eine Steuerung kann die Zugabe von Ansetzwasser und frischem Öl damit problemlos automatisiert werden. Optional steht für das LUBRI-CONT auch ein Modul zur Datenfernübertragung (DFÜ) zur Verfügung, wodurch die Messwerte kabellos übertragen werden können.

Ständige, konsequente Überwachung kann die Standzeit eines wassergemischten Kühlschmierstoffs beträchtlich verlängern. Das spart dem Unternehmen Kosten für den Neuansatz der KSS-Emulsion und die teure Entsorgung von KSS. Zusätzlich leistet eine höhere Standzeit einen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit, reduziert den Ressourcenverbrauch und dient damit dem Umweltschutz.

Das LUBRI-CONT bietet Anwendern somit die Vorteile eines modernen Fluidmanagements: Immer ein einwandfreier KSS-Zustand, dadurch hohe Qualität der Bearbeitung bei gleichzeitiger Kostenersparnis.

Wie rechne ich von Brix in die KSS-Konzentration um?

Wenn KSS mit einem Refraktometer (Brix-Messgerät) gemessen wird, empfiehlt sich die Erstellung eines Diagramms und/oder die Ermittlung eines Umrechnungsfaktors, um aus dem Brix-Wert die korrespondierende KSS-Konzentration bestimmen zu können. Im Folgenden wird eine Methode beschrieben, wie Sie dabei vorgehen können. Hierzu verwenden Sie am besten das digitale Handrefraktometer PAL-1 von ATAGO.

① Zur Erstellung des Umrechnungsdiagramms werden KSS-Emulsionen mit Konzentrationen von 5,0 %, 10,0 % und 15,0 % angesetzt. Überprüfen Sie vorher, ob die Konzentration in g/100 g, g/100 ml oder ml/100 ml angegeben wird.

Bei der Angabe in g/100 g (Gewichtsprozent), entspricht eine Konzentration von 10,0 % einer Mischung aus 10,0 g unverdünntem Schneidöl und 90,0 g Wasser, gemessen mit einer Waage.

Bei der Angabe in ml/100 ml (Volumenprozent) entspricht eine Konzentration von 10,0 % einer Mischung aus 10,0 ml unverdünntem Schneidöl und 90,0 ml Wasser, gemessen mit einem Messzylinder.

Es werden entweder 100 g oder 100 ml von der Probe hergestellt.

② Nullstellung des Refraktometers (Brix-Messgeräts).

③ Messen Sie das Trinkwasser und danach die KSS-Emulsionen mit 5,0 %, 10,0 % und 15,0 % und lesen Sie die Brix-Werte ab. Tragen Sie diese paarweise in eine Tabelle ein.

KSS-Konzentration [%]                        Brix-Messwert [%]

      0,0 (Trinkwasser)                                       0,0

      5,0                                                                3,5

    10,0                                                                7,1

    15,0                                                              10,4

Die Werte können mit einem Tabellenkalkulationsprogramm in ein Diagramm umgewandelt werden, dieses gibt auch den mathematischen Zusammenhang beider Werte in Form einer Gerade an. Danach können unbekannte KSS-Konzentrationen anhand der Brix-Messwerte aus dem Diagramm abgelesen oder ganz einfach berechnet werden. Wenn beispielsweise die Messung einen Brix-Wert von 6,0 % ergibt, kann die KSS-Konzentration in dem Diagramm bestimmt werden (siehe orange Pfeile). Oder Sie multiplizieren die Brix-Werte immer mit dem fixen Faktor (hier: 1,43). In beiden Fällen ergibt sich in diesem Beispiel eine KSS-Konzentration von 8,6 %.

Bei Verwendung eines inline-Refraktometers CM-Base oder CM 800 können die Messwerte in Echtzeit an eine externe Steuerung übertragen werden. Programmiert man in einer SPS oder Prozessleitsystem (PLS) die Verrechnung der Brix-Werte mit dem Umrechnungsfaktor, werden die Messwerte für den Anwender direkt als KSS-Konzentrationen ausgegeben und dokumentiert.

Umrechnungsdiagramm Brix-KSS

Umrechnungsdiagramm Kühlschmierstoff

Mit Füllstandsmessung KSS-Menge auch zentral im Blick

Die Überwachung der in einem KSS-System vorhandenen Menge kann aufwendig sein. Anwender können den Füllstand in der Regel zwar an der Maschine ablesen, in Altanlagen ist der KSS-Füllstand aller Anlagen aber selten zentral einsehbar. Das bedeutet viele, häufig unnötige Wege für die Instandhaltung und im Extremfall droht ein Maschinenstillstand wegen niedrigem KSS-Stand. Der berührungslose Füllstandssensor USS 80 hilft dabei, die notwendige KSS-Menge auch zentral immer im Blick zu behalten.

zum Füllstandssensor USS 80