Fehler im Kühlschmierstoffsystem finden und beheben

Moderne Großserienfertigungen metallischer Bauteile verfügen häufig über große und ebenso komplexe Kühlschmierstoffsysteme, die zur Versorgung der vorhandenen Werkzeug­maschinen eingesetzt werden. Diese Anlagen zählen zur notwendigen Infrastruktur eines Fertigungsbetriebes, etwa vergleichbar mit Elektrizität, Wasser oder Druckluft.

Hieraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit, dass KSS-Systeme ihre Aufgabe, die adäquate Versorgung der angeschlossenen Werkzeugmaschinen mit Kühl­schmier­stoff, in der benötigen Menge und mit dem benötigten Druck, zuverlässig und jederzeit erfüllen müssen. Nicht selten hängt hiervon die Betriebsbereitschaft ganzer Fertigungslinien ab.

Folglich gefährdet z.B. ein Ausfall des KSS-Versorgungssystems die Weiter­produktion, was schlimmstenfalls zu einer Unterbrechung der Bauteilfertigung führen kann. Dann muss der Grund für den Anlagenausfall schnell gefunden werden, denn jede Minuten Ausfallzeit einer Fertigungsanlage, auch wenn diese für die Fehlerbehebung investiert wird, verursacht für den Betreiber immense Ausfallkosten.

Fehlerursachen

Ein KSS-System besteht neben Rohrleitungen, aus vielen mechanischen Komponenten wie Pumpen, Ventilen oder Filtrationselementen. Diese bergen das Potenzial eines Defektes durch Komponentenversagen. Zusätzlich wird ein KSS-System mit einem verhältnismäßig aggressiven Medium, dem Kühlschmierstoff, betrieben. Durch Bearbeitungsrückstände und feinste Verschmutzungspartikel entsteht an nahezu allen Komponenten, die mit dem KSS in Kontakt kommen, sogenannter abrasiver Verschleiß. 

Mit der Größe einer Anlage steigt zwangsläufig auch die Komplexität. Rohrleitungs­netzwerke werden unübersichtlich, die Anlage als Gesamtes nicht mehr überblickbar. In diesem Umstand liegt weiteres Störungspotenzial für KSS-Systeme begründet. Werden zusätzlich Prozessgrößen in einem bestehenden System geändert, z.B. ein höherer KSS-Volumenstrom von einer Werkzeugmaschine aufgenommen, ändern sich innerhalb des Kühlschmierstoffes der Druck und die abhängigen Rohrreibungsverluste. Durch ebensolche Änderungen können an anderen Stellen des KSS-Systems Probleme durch zu geringe KSS-Volumenströme oder -Drücke ausgelöst werden. Die angeschlossenen Werkzeugmaschinen werden nicht mehr optimal versorgt. Außerdem besteht bei Unterschreitung einer gewissen Strömungs­geschwindigkeit innerhalb der Rohrleitung das Risiko von Ablagerungen der im KSS mitgeführten Feststoffe. Die Fließgeschwindigkeit sollte 2 m/s möglichst nicht unterschreiten.

Fehlerursachen finden

Tritt im laufenden Betrieb ein Fehler im KSS-System auf, ist eine zielgerichtete Fehlerfindung und – Behebung häufig nicht möglich (außer der KSS tritt offen an einer Fehlstelle aus). Denn das Auffinden einer Störung wird durch die Komplexität des KSS-Systems erschwert.

Im ohnehin komplexen Rohrleitungssystem des KSS-Systems gibt es viele Einfluss­faktoren, deren Auswirkungen sich über die Zeit, z.B. durch Ablagerung von Bearbeitungsrückständen im Rohrleitungssystem erst ergeben oder sich verstärken. Zudem sind in vielen KSS-Systemen oft nur unzureichende Überwachungs­möglichkeiten vorhanden, die bei der Lokalisierung einer Störungsursache unterstützen könnten. Durchgeführte Änderung, z.B. durch hinzugefügte Rohrstrecken, oder Veränderung der in der Auslegung der Anlage zugrunde gelegten Betriebszustände erschwert eine genaue Fehleranalyse zusätzlich.

Die Folgen sind häufig ähnlich. Die angeschlossenen Werkzeugmaschinen werden nicht, wie bei der Planung der Anlage beabsichtigt, mit der erforderlichen KSS-Menge (Volumenstrom) und dem erforderlichen Druck versorgt. Dabei handelt es sich zwar noch nicht um einen vollständigen Anlagenausfall, deutliche Auswirkungen auf die Betriebszustände der angeschlossenen Werkzeugmaschinen und deren Prozess­parameter treten dennoch auf. 

Störungen, wie der Ausfall einer Kühlschmierstoffpumpe, ein festsitzendes Ventil oder die Zusetzung einer Rohrleitung können schlimmstenfalls zu einer Unterbrechung der KSS-Versorgung führen. Die angeschlossenen Werkzeugmaschinen werden nicht mehr mit Kühl­schmierstoff versorgt, woraus zwangsläufig eine Unterbrechung der Fertigung resultiert. In solchen Fällen ist geboten, die Ursache schnell zu finden, damit zügig weiter produziert werden kann. Das Auffinden der Komponente, die eine vorliegende Störung verursacht, ist jedoch aufgrund fehlender Daten und Erkenntnisse schwierig und nur mit viel Wissen und Erfahrung über das vorliegende KSS-System möglich.

Die Fehlersuche vereinfachen

Die adäquate Fehlerbehebung an einem KSS-System beginnt bereits, bevor ein Fehler aufgetreten ist. Die Ermittlung von Betriebskennwerten im KSS-System (z.B. Drücke, Volumenströme, Temperaturen, uvm.) ermöglicht die Bewertung der Betriebszustände in einer KSS-Anlage über der Zeit. Folglich ist hierdurch möglich, über die Zeit auftretende Veränderungen im KSS-System zu ermitteln. Für auftretende Fehler und Störungen können zudem Erfahrungen gesammelt werden, ob sich diese durch bestimmte Parameter ankündigen. Dann ist ein gezieltes Entgegenwirken vor einem Ausfall möglich.

Bei der Erfassung von Betriebskennwerten in einer KSS-Anlage hilft Messtechnik, die auf die Anwendung in einem KSS-System angepasst, als Coolant-Monitoring-System in die bestehende Anlage implementiert werden kann.

Durch fortlaufende Überwachung und Auswertung der erhobenen Messwerte aus dem KSS-Systems kann jederzeit eine Aussage über dessen Zustand getroffen werden. Weichen Werte von der Regel ab, können schnell und zielgerichtet Maßnahmen zur Behebung eingeleitet werden. Zusätzlich können auch einzelne Komponenten des KSS-Systems messtechnisch überwacht werden. Wird z.B. der erforderliche Zentraldruck in der KSS-Zuleitung nicht mehr erreicht, könnte ein Problem mit der Versorgungspumpe oder den nachgelagerten Rohrleitungen vorliegen.

Eine weitere Möglichkeit die Übersicht über ein KSS-System zu behalten ist die stetige Dokumentation der Anlage. Bei Inbetriebnahme der Anlage wird die Dokumentation vom Hersteller geliefert. Werden im Laufe der Zeit Änderungen am KSS-System vorgenommen, sollten diese in die Dokumentation aufgenommen werden, damit die Funktion einzelner Komponenten und Leitungen jederzeit nachvollziehbar bleiben.

Zusammenfassung

Ein KSS-System ist für die Versorgung der angeschlossenen Werkzeugmaschinen verantwortlich und stellt somit eine Grundvoraussetzung für einen störungsfreien Fertigungsbetrieb dar. KSS-Systeme können je nach Größe komplexe Dimensionen annehmen, die es erschweren, das KSS-System in Gänze zu überblicken. Die Behebung von Störungen innerhalb der Anlage wird hierdurch ebenfalls erschwert und kostet meist viel Zeit, in der auch nicht produziert wird.

Neben der Dokumentation von KSS-System können auch KSS-Monitoring-Systeme unterstützend eingesetzt werden. KSS-Monitoring-Systeme übernehmen die messtechnische Überwachung eines KSS-Systems. Hierdurch können wichtige Betriebskennwerte permanent überwacht werden. Hierzu zählen z.B. Drücke, Volumenströme und Temperaturen, aber auch PH-Wert, Schmutzfracht und weitere relevante Messgrößen. Durch ein KSS-Monitoring-System wird eine ganzheitliche Überwachung des KSS-Systems möglich, wodurch erhebliche Zugewinne bei der Zuverlässigkeit eines KSS-Systems erreicht werden. Eine zielgerichtete Wartung von einzelnen Komponenten des KSS-Systems ist ebenso möglich.