Reinigung von Kühlschmierstoff

Kühlschmierstoff (KSS) ist ein wichtiger Bestandteil industrieller Fertigungen mit CNC-Werkzeugmaschinen. Der Kühlschmierstoff (KSS) kühlt und schmiert die Bearbeitungsaufgabe und ermöglicht so einen wirtschaftlichen und zuverlässigen Fertigungsbetrieb. Da der Kühlschmierstoff (KSS) aber direkt in den Bearbeitungsspalt eingebracht wird, um möglichst gut zu kühlen, wird er dabei auch verunreinigt. Bearbeitungsrückstände wie Metallspäne, Schleifstaub und Werkzeugabrieb sammeln sich im Kühlschmierstoff (KSS). Diese Bearbeitungsrückstände schaden im Kühlschmierstoff den KSS-Systemaggregaten (wie Pumpen, Ventilen, Kühlern oder Düsen) durch abrasiven Verschleiß oder Zusetzung. Außerdem kann mit verunreinigtem Kühlschmierstoff (KSS) unter Umständen das gewünschte Bearbeitungsergebnis z.B. bei einer hohen geforderten Oberflächengüte nicht mehr erreicht werden. 

Damit Kühlschmierstoff (KSS) von diesen Verschmutzungen - mit der erforderlichen Reinheit - befreit werden kann, werden Kühlschmierstoff-Filtrationsanlagen eingesetzt. Kommt in einer Fertigung eine entsprechend leistungsfähige Filtrationsanlage zum Einsatz, reduziert dies den Verschleiß von Anlagenkomponenten und verlängert die Kühlschmierstoff-Standzeit. Besonders positiv wird durch KSS-Filtration die Zuverlässigkeit der Bearbeitungsaufgabe beeinflusst. Eine korrekt dimensionierte KSS-Filtration ist wichtig für eine reibungslose Fertigung mit gleichbleibender Bearbeitungsqualität, geringem KSS-Systemkomponentenverschleiß und geringe Fertigungsausfälle.

Herausforderungen bei der Kühlschmierstoff (KSS)-Reinigung

Das Filtrieren von Kühlschmierstoffen bringt dabei ganz eigene Herausforderungen mit sich. Die wichtigste Anforderung an die Filtration ist in erster Linie den geforderten Volumenstrom in der nötigen Reinheit zur Verfügung zu stellen. Die Reinheit von Kühlschmierstoff (KSS) wird anhand der NAS 1638 bzw. der ISO 4406 angegeben. Die Schwierigkeit bei der Kühlschmierstoff-Filtration ist die Gewährleistung der geforderten Reinheit trotz schwankender Schmutzfracht, unterschiedlicher Volumenströme und sich zusetzenden Filterstoffen.

Zur Einhaltung dieser Ziele ist schon bei der Planung einer Fertigungslinie die korrekte Dimensionierung der Filtrationsanlage grundlegende Voraussetzung. Eine regelmäßige Überwachung der Reinigungsleistung der KSS-Filtrationsanlage im laufenden Betrieb ist ebenso unerlässlich.

Möglichkeiten zur Reinigung von Kühlschmierstoff (KSS)  

Um Kühlschmierstoffe zu reinigen stehen verschiedenste Verfahren zur Auswahl. Maßgeblich für die Auswahl einer Filtrationsmethode sind dabei die notwendige KSS-Reinheit sowie der benötigte Volumenstrom (l/min). Einige gängige Filtrationsverfahren sind im Folgenden kurz dargestellt:

Sedimentieren

Beim Sedimentieren wird der verschmutzte Kühlschmierstoff (KSS) in einem Behälter gesammelt, in dem sich die festen Verschmutzungspartikel durch die Schwerkraft am Boden absetzen. Der so gereinigte Kühlschmierstoff (KSS) kann an der Oberseite entnommen werden, während der sedimentierte Schmutz mittels eines Kratzbandförderers an der Unterseite des Behälters ausgetragen wird.

Zentrifugieren

Beim Zentrifugieren wird der verschmutzte Kühlschmierstoff (KSS) in eine rotierende Trommel gegeben, in der durch die Fliehkräfte die festen Verschmutzungspartikel vom flüssigen KSS getrennt werden. Häufig eingesetzte Zentrifugen zur KSS-Reinigung sind z.B. Tellerseparatoren.

Filtrieren

Beim Filtrieren wird der verschmutzte Kühlschmierstoff (KSS) durch ein poröses Filtermedium geleitet, das die festen Verschmutzungspartikel bindet und den flüssigen Kühlschmierstoff (KSS) durchströmen lässt. Dabei kann das Filtermedium als Band, Trommel oder Kerze ausgeführt sein. Bei der Verwendung von Rückspülfiltern kann es allerdings zu einem Austrag von Kühlschmierstoff aus dem KSS-System kommen. Diese Verlustmengen müssen gelegentlich ersetzt bzw. aufgefüllt werden.

Magnetabscheiden

Beim Magnetabscheiden werden die festen Verschmutzungspartikel magnetisiert und so aus dem flüssigen Kühlschmierstoff (KSS) getrennt. Damit dieses Verfahren anwendbar ist, muss es sich bei den Verschmutzungsteilchen um magnetisches Material handeln. Der hochabrasive Abrieb der Schleifscheibe muss ebenfalls aus dem Kühlschmierstoff ausfiltriert werden, ist jedoch nicht magnetisch.

Die genannten Filtrationsverfahren haben wir in unserem Magazinartikel „Kühlschmierstoff-Filtrationsanlagen“ noch ausführlicher beschrieben.

Kosten bei der Reinigung von KSS

Die Pflege von Kühlschmierstoff (KSS) ist teuer, denn es sind einige Schritte in verschiedenen Anlagen notwendig um den Kühlschmierstoff (KSS) für eine erneute Verwendung wieder aufzubereiten. Die größten Betriebskosten, neben der Anschaffung der KSS-Filtrationsanlage, sind im Folgenden aufgeschlüsselt:

Energie

Kühlschmierstoff (KSS) wird von der Filtrationsanlage zur Bearbeitungsmaschine und zurück durch Rohleitungen gepumpt. Diese Aufgaben übernehmen entsprechend leistungsfähige Pumpen, die den geforderten Druck und Volumenstrom zur Verfügung stellen. Diese Pumpen werden durch Elektromotoren angetrieben, die entsprechend ihrer Leistung einen großen Energieverbrauch aufweisen. In der Filtrationsanlage selbst sind ggfs. weitere Motoren notwendig, z.B. zum Antrieb von Zentrifugen.

Filterhilfsmittel

Filterhilfsmittel sind Hilfsstoffe, die zum Erreichen des gewünschten Filtrationsergebnisses eingesetzt werden. Filterhilfsmittel werden verbraucht und müssen entsprechend neu beschafft werden. Beispielsweise bei Filterkerzen ist nach einer gewissen Benutzungszeit ein Austausch erforderlich.

Pflege und Wartung

Wie bei allen Anlagen ist auch bei der Kühlschmierstoff (KSS)-Filtrationsanlage Pflege und Wartung notwendig. Im Bedarfsfall müssen Pumpen, Ventile und andere teure Komponenten ausgetauscht werden, was erhebliche Kosten verursacht.

Austausch, Entsorgung und Neubeschaffung von KSS

Auch bei der besten Pflege und Filtration ist der Kühlschmierstoff (KSS) einer Alterung unterworfen und muss nach einer gewissen, von der Beanspruchung abhängigen, Nutzungsdauer ausgetauscht werden. Neben der Neubeschaffung von KSS muss der alte Kühlschmierstoff (KSS) teuer entsorgt werden.

Um oben genannte Kosten zu reduzieren empfiehlt es sich, den gesamten Durchsatz von Kühlschmierstoff (KSS) zu reduzieren. Dadurch werden Filter weniger belastet, Pumpen verbrauchen weniger Energie auf und es wird ggfs. eine geringere Gesamt-KSS-Menge benötigt. Fast in jeder Fertigung gibt es Optimierungspotenzial. Langfristig können bei einer bedarfsgerechten KSS-Versorgung und –Filtration viele Kosten eingespart werden.

Zusammenfassung

Die Kühlschmierstoff-Filtration (bzw. -Aufbereitung) ist ein unverzichtbarer Bestandteil des KSS-Systems zur Aufrechterhaltung der Kühlschmierstoffversorgung in geforderter Reinheit und Volumenstrom. Zur Filtration des Kühlschmierstoffs stehen verschiedene Verfahren zur Auswahl, die anhand der vorliegenden Anforderungen in der Fertigung ausgewählt und dimensioniert werden müssen. Die Filtration von Kühlschmierstoff (KSS) verursacht als Aufbereitungsmaßnahme einen erheblichen Anteil der kühlschmierstoffbezogenen Kosten, da Energie und Filterhilfsmittel verbraucht werden.

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