Kühlschmierstoff-Filtrationsanlagen - hier kommt es auf µm an!

Man spricht von Einzelanlagen, wenn nur einzelne Bearbeitungsmaschinen oder kleine Maschinengruppen (<3 Maschinen) an die KSS-Filtrationsanlage angeschlossen werden.

Einzelanlagen werden in der Regel eingesetzt, wenn innerhalb eines Fertigungsbereichs verschiedene Bearbeitungsverfahren oder Werkstoffe verwendet werden. So können die KSS-Filtrationsanlagen individuell den Anforderungen der verschiedenen Filtrationsaufgaben angepasst werden.

Von Zentralanlagen spricht man, wenn die KSS-Filtrationsanlagen einen ganzen Fertigungsbereich (>3 Maschinen) versorgen.

Zentralanlagen sind Einzelanlagen vorzuziehen, wenn in einem Fertigungsbereich ähnliche Bearbeitungsverfahren und Werkstoffe zum Einsatz kommen. Sie arbeiten in der Regel wirtschaftlicher (Reduktion der Pumpenanzahl), erzielen oftmals bessere Filtrationsergebnisse und benötigen weniger Platz als die Summe der Aufstellfläche der Einzelanlagen.

In der Praxis hat sich der Vollstrombetrieb durchgesetzt. Hier wird die gesamte KSS-Menge gereinigt. Gleichzeitig ist die Bearbeitungsmaschine durch eine Notversorgung von der Filtrationsanlage entkoppelt. Dadurch wird auch bei einem Ausfall der Anlage eine stabile Versorgung gewährleistet. Um dies zu realisieren, wird die KSS-Filtration in einem separaten Kreislauf betrieben, der in etwa 10% mehr Kühlschmierstoff reinigt, als von den angeschlossenen Bearbeitungsmaschinen benötigt wird.

Im Teilstrombetrieb (auch Bypass-Betrieb genannt) wird die KSS-Filtrationsanlage in einem vom Hauptkreislauf entkoppelten, parallel geschalteten Kreislauf betrieben. Die KSS-Reinigung kann so unabhängig von den Bearbeitungsmaschinen erfolgen. Es wird jedoch nur ein Teil (ca. 10-20%) der gesamten KSS-Menge gereinigt, was einen erhöhten Schmutzpegel im Kühlschmierstoff zur Folge hat. Zudem wird ein Großteil der Verschmutzungen erst nach mehrmaligem Umlauf aus dem KSS-Kreislauf ausgetragen.

Die Abkürzung NAS meint den National Aerospace Standard. Die NAS 1638 beschreibt die Anzahl von festen Schmutzpartikeln bestimmter Größenordnungen in einer Flüssigkeit. Zur Kategorisierung kommt nach dem NAS Standard eine Codierung zum Einsatz, die die zulässige Anzahl von Teilchen einer bestimmten Größe in einer Probe von 100ml Flüssigkeit festschreibt. Nach NAS werden fünf Größenordnungen gebildet: 5-15µm, 15-25 µm, 25-50 µm, 50-100 µm und >100 µm. Die Häufigkeiten dieser Teilchengrößen werden nicht kumulativ sondern differentiell gezählt.

Beispiel:
NAS 5: max. 8000 Teilchen der Größenordnung 5-15 µm, max. 1425 Teilchen der Größenordnung
15-25 µm, max. 253 Teilchen der Größenordnung 25-50 µm, max. 45 Teilchen der Größenordnung
50-100 µm und max. 8 Teilchen der Größenordnung > 100 µm in 100ml Kühlschmierstoff.

Mit Hilfe der Norm ISO 4406 wird ähnlich zur NAS 1638 die zulässige Häufigkeit von Schmutzpartikeln bestimmter Größenordnungen in 100 ml KSS angegeben. Dazu wird eine Einteilung in drei Größenbereiche vorgenommen: >4µm, >6µm und >14µm. Für die einzelnen Bereiche wird die Häufigkeit der Schmutzteilchen kumulativ bestimmt. Ähnlich der NAS 1638 wird auch bei der ISO 4406 eine Codierung verwendet. Die Reinheit wird durch Schrägstriche unterteilte Ordnungszahlen angegeben. Die erste Ordnungszahl gibt dabei den Mengenbereich der Schmutzpartikel >4µm, die zweite den der Schmutzpartikel >6µm und die dritte den der Partikel >14µm an.

Beispiel:
DIN ISO 20/17/13: 500.000-1.000.000 Partikel >4 μm, 64.000-130.000 Partikel >6 μm und 4.000-8.000 Partikel >14 μm in 100 ml KSS 

Damit bei der Feinstbearbeitung (z.B. Schleifen) die geforderte Oberflächengüte (R_z, R_a) erreicht werden kann, muss der Kühlschmierstoff eine entsprechende Reinheit aufweisen. Je nach geforderter Oberflächengüte muss eine entsprechende Filtration angewendet werden. Den benötigten Reinheitsgrad unterteilt man üblicherweise in feinst, fein, mittel und grob. Ein direkter und belastbarer Zusammenhang der KSS-Reinheit zur negativen Beeinflussung der erzielbaren Oberflächenqualität beim Schleifen existiert bisher nicht.

Die mitgeführten Schmutzpartikel haben nicht nur Einfluss auf die Bauteilfertigung, sondern beeinflussen auch in erheblichem Maße die Standzeit von Anlagenkomponenten. Die Schmutzpartikel erzeugen an den Bauteilen und Aggregaten der KSS-Anlage abrasiven Verschleiß. Davon betroffen sind Pumpen, Ventile, Kühlschmierstoff-Kühler, aber auch KSS-Verrohrungen bzw. Rohrleitungen, die bei zu geringer Fließgeschwindigkeit aufgrund einer Sedimentbildung im Rohrinneren verstopfen können. Das Verstopfen mit Bearbeitungsrückständen kann auch bei Kühlschmierstoffdüsen vorkommen. Für einen zuverlässigen und effizienten Betrieb des gesamten Kühlschmierstoffsystems ist daher eine zuverlässige KSS-Filtration von entscheidender Bedeutung. Bei unzureichender Reinigungsleistung drohen hohe Kosten durch einen verschleißbedingt regelmäßigen Austausch teurer KSS-System-Komponenten bis hin zum Ausfall der KSS-Filtrationsanlage oder einer Werkzeugmaschine.

Werden die Prozessparameter einer bereits bestehenden Kühlschmierstoff-Filtrationsanlage in unzulässig großem Maß verändert, kann die Filtrationsleistung davon signifikant verschlechtert werden. Dies kann z.B. dann eintreten, wenn an eine Filtrationsanlage mehr Bearbeitungsmaschinen angeschlossen werden, als ursprünglich in der Dimensionierungsphase vorgesehen. Die zugeführte Schmutzfracht kann von der dann zu klein dimensionierten KSS-Filtrationsanlage nicht mehr zulässig ausfiltriert werden.

Probleme können auch auftreten, wenn Komponenten im KSS-System getauscht werden und sich die geforderte KSS-Reinheit erhöht, z.B. bei einem Pumpenwechsel. In der Folge verschleißt die neue Komponente schneller als vorhergesehen.