Wassergemischte Kühlschmierstoffe (wmb KSS) sind eine unverzichtbare Komponente in der modernen Fertigungsindustrie. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung von Präzision, Effizienz und Langlebigkeit von Fertigungsmaschinen und -prozessen. Die richtige Wahl und Anwendung von Kühlschmierstoffen kann erhebliche Auswirkungen auf die Qualität der hergestellten Teile, die Lebensdauer von Werkzeugen und Maschinen sowie die Gesamtkosten der Produktion haben.
Daher sollte der Kühlschmierstoff stets optimal auf Ihren Fertigungsprozess abgestimmt sein! Dies ist Grundvoraussetzung für Effizienz, Arbeitssicherheit, Umweltschutz und optimierte Produktionskosten.
Was würde es z.B. bringen, wenn Sie ein günstigeres Konzentrat einsetzen im Gegenzug jedoch durch höheren Verschleiß die Werkzeugkosten in die Höhe treiben?

Kosten KSS

Die Preise für ein KSS- Konzentrat variieren je nach Zusammensetzung und Qualität und können zum Teil auch über 10€ pro Liter betragen. Daher lohnt sich ein genauerer Blick auf die Kostenblöcke, um das Kostenbewusstsein zu stärken und Optimierungspotenziale zu erschließen. Dies wollen wir in diesem Beitrag tun.

Kosten wassermischbarer Kühlschmierstoff

• Konzentratkosten
• Kosten für KSS-Pflege und Überwachung
• Schulung Personal
• Kosten für die Systemreinigung
• Entsorgungskosten

Konzentratkosten

Die Kosten für das Konzentrat setzen sich aus dem Einstandspreis, dem Verbrauch für die Neubefüllung und dem Verbrauch für die Nachbefüllungen zusammen. Nehmen wir für unser Beispiel einen Betrieb mit 10 Bearbeitungsmaschinen a‘ 1.000 Liter KSS-Volumen. Die optimale Konzentration der KSS-Emulsion liegt bei 6% für den Produktionsprozess. Pro Monat werden ca. 400l pro Maschine nachgefüllt. Die Konzentration der Nachsetzemulsion beträgt 1,5%, um die Konzentration von 8% in den Bearbeitungsmaschinen zu halten. Der Einstandspreis für das Konzentrat liegt bei 6,40€.

Neubefüllung

Bearbeitungszentren (BAZ)	KSS-Volumen pro BAZ	KSS-Volumen gesamt	KSS-Konzentration	Konzentratverbrauch für die Neubefüllung	Literpreis KSS-Konzentrat	Gesamtkosten KSS-Konzentrat für Neubefüllung
10 Stk.	1.000 Liter	10.000 Liter	6%	600 Liter	6,40€	3.840€

Nachfüllung pro Monat

Monatliches Nachfüllvolumen	Nachfüllkonzentration	Verbrauch KSS-Konzentrat	Literpreis KSS- Konzentrat	Monatliche Kosten KSS-Konzentrat
4.000 Liter	1,5%	60 Liter	6,40€	384€

Kosten für Mitarbeiterschulungen

Selbstverständlich trägt gut geschultes Fachpersonal, welches sicher im Umgang mit Kühlschmierstoffen ist, zur Prozess-, Arbeits- und Umweltsicherheit bei.
Als langjähriger Prozess-Spezialist kann helcotec bestätigen, dass der Mitarbeiter an der Maschine einen extrem hohen Einfluss auf die KSS-Standzeit und den KSS-Verbrauch hat. Aus diesem Grund bieten wir unseren Kunden Schulungen im „sicheren Umgang mit Kühlschmierstoffen“ an und unterstützen Sie bei der Wartung und Pflege des KSS.

Kosten für KSS-Pflege und Überwachung

Ein gut gepflegter und überwachter Kühlschmierstoff sichert den Prozess und bedankt sich mit

• längeren Standzeiten,
• optimalen Arbeitsparametern und Prozesssicherheit
• guter Humanverträglichkeit
• und Umweltschutz.

Überwachung

Kühlschmierstoffe sind in der Anwendung verschiedensten Einflüssen ausgesetzt, die sich alle mehr oder weniger auf den Kühlschmierstoffzustand und den Zerspanungsprozess auswirken.
Aus diesem Grund ist eine regelmäßige Überwachung des Kühlschmierstoffzustands für einen stabilen Produktionsprozess, für die Vermeidung von Gefährdungen und zur Kostenkontrolle wichtig.

Da diese Punkte auch für den Arbeitsschutz relevant sind, gibt es ein umfangreiches Regelwerk sowohl vom Gesetzgeber (Verordnungen, technische Regeln), als auch von den Berufsgenossenschaften (DGUV-Regelwerk).

Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 611: „Verwendungsbeschränkungen für wassermischbare bzw. wassergemischte Kühlschmierstoffe, bei deren Einsatz N-Nitrosamine auftreten können“
Die TRGS 611 beschäftigt sich mit der Gefahr der Bildung von cancerogenen Nitrosaminen und enthält Regelungen zu Inhaltsstoffen von Kühlschmierstoffkonzentraten, zur Anwendung und zu Schutz- und Überwachungsmaßnahmen.
Folgende Parameter hat der Anwender von Kühlschmierstoffen zu beachten (stark vereinfacht):

• Nitratgehalt im Ansetzwasser maximal 50 mg/l
• Wöchentliche Bestimmung von Nitrit in Kühlschmierstoffsystemen
• Wöchentliche pH-Wert-Messung in Kühlschmierstoffsystemen

(DGUV-Regel 109-003: „Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen“) Kapitel 7 der DGUV-Regel 109-003 präzisiert die durchzuführenden Prüfungen von Ansetzwasser und Kühlschmierstoff sowie die Dokumentation der Ergebnisse in einem Prüfplan. Der Mindest- Untersuchungsumfang beinhaltet:

• Wahrnehmbare Veränderungen des Kühlschmierstoffs (Verfärbungen, Schaumbildung, Rückstandsbildung, Emulsionstrennung, aufschwimmendes Fremdöl, Gerüche, sichtbarer mikrobieller Befall)
• pH-Wert
• Gebrauchskonzentration
• Nitritgehalt des wassergemischten Kühlschmierstoffs
• Nitratgehalt des Ansetzwassers

Gerne stellen wir Ihnen ein praxiserprobtes Überwachungsprotokoll, für die Dokumentation Ihrer Messungen, als  › Download  zur Verfügung.

Beschränke wir die Überwachung auf das im Regelwerk beschriebene Mindestmaß, so kann man Kosten von ca. 50€ pro Maschine im Monat ansetzen.

Pflege

Unter Kühlschmierstoffpflege versteht man alle Maßnahmen, die zu einer langen Erhaltung der Produkteigenschaften von Kühlschmierstoffen beitragen.

• Einhaltung der Soll-Konzentration des KSS
• Abscheidung von Fremdstoffen
  • Filtration
    • Filtervlies
    • Magnetfilter
    • Zentrifugen
• Fremdölabscheidung
  • Skimmer
  • Abscheider
• Zugabe von Stellmitteln nach Bedarf
• Ansatzwasserkonditionierung (z.B. Enthärten)
• Konstant halten des KSS-Volumens

Auch wenn die Pflege des KSS einerseits ein Kostenaspekt ist, so erschließen sich durch Pflegeaufwendungen andererseits signifikante Einsparpotenziale z.B. durch Verlängerung des KSS-Wechselintervalls. Ebenfalls zahlt sich gute KSS-Pflege für die Prozesssicherheit, die Maschineninstandhaltung, den Umwelt- und Mitarbeiterschutz aus.

Kosten für die Systemreinigung

Ein wichtiger Aspekt für den wirtschaftlichen Einsatz von Kühlschmierstoffen ist die Standzeit.
Zur Verlängerung der Kühlschmierstoffstandzeiten trägt neben der richtigen Produktauswahl und Pflege auch die Sauberkeit der Anlage bei. Diese Sauberkeit erreicht man durch eine professionelle Maschinenreinigung. Im Zuge dieser bieten sich weitere Wartungsarbeiten an, um die Stillstandzeit effizient zu nutzen. Die Kombination aus mechanischer Reinigung und geeigneter Chemie ist hier der Schlüssel zum Erfolg, besonders beim Einsatz von wassergemischten Kühlschmierstoffen.
Während des Einsatzes der Emulsion bzw. Lösung, reichern sich Fremdeintrage an. Als wasserführendes System steigt zudem häufig die mikrobiologische Belastung mit Alterung des Kühlschmierstoffes. Dadurch lagern sich Biofilme oft an unzugänglichen Ecken ab. Werden diese nicht entfernt, sondern der Kühlschmierstoff nur abgepumpt und neu aufgefüllt, besteht ein hohes Risiko, dass der frische Kühlschmierstoff durch den Biofilm kontaminiert und nach kurzer Zeit mikrobiologisch angegriffen wird. Um diese schwer zugänglichen Stellen effektiv von Verschmutzungen und Biofilmen zu befreien, werden Systemreiniger eingesetzt. Diese werden in der Regel vor dem Austausch des alten Kühlschmierstoffs dem System zugegeben. Die im Reiniger enthaltenen Tenside und Netzmittel sorgen für eine gute Benetzung der vom Kühlschmierstoff umspülten Oberflachen und lösen dadurch Biofilme und festsitzende Ablagerungen zuverlässig auch in den Leitungen. Zusätzlich halten Dispergatoren die Schmutzpartikel in Schwebe und Emulgatoren nehmen das eingeschleppte Öl auf. Biozidhaltige Systemreiniger reduzieren zusätzlich die Bakterien in der Anlage.
Nach einer Wirkzeit von in der Regel 8 bis 24 Stunden wird die Anlage entleert und die Kühlschmierstoffanlage und Peripherie mechanisch gereinigt.
Nun sollte das System sauber gespült werden. Um einen Korrosionsschutz während des Spulvorgangs zu gewährleisten, kann eine 1 bis 2-%ige Frischemulsion verwendet werden. Da die Frischemulsion eine hohe Reinigungskraft hat, nimmt Sie die übrigen Verschmutzungen und Reste des Systemreinigers auf. Nach dem Ablassen der Spülemulsion kann das System mit
der neuen, frischen Emulsion/Lösung befüllt werden.

Nutzen Sie unsere strukturierte Step-by-Step-Anleitung für die effektiven Systemreinigung Ihrer Maschinen.  › Download

Die Kosten für die Systemreinigung setzen sich in erster Linie zusammen aus:

• dem Materialeinsatz,
• dem Personaleinsatz,
• der Maschinenstillstandzeit
• und der Entsorgung.

Entsorgungskosten

Da im Fall von wassermischbaren Kühlschmierstoffen die Lieferung als Konzentrat erfolgt, fallen Lagerkosten nicht so stark ins Gewicht. Dem entgegen wirken sich die Entsorgungskosten für verbrauchte Emulsion stärker auf das Budget aus.
Gebrauchte Kühlschmierstoffe sind gefährliche Abfälle und müssen zum Schutze unserer Umwelt einer geregelten Entsorgung zugeführt werden.
Die Entsorgungskosten variieren je nach Entsorger und Region.
Gehen wir für unser Beispiel vereinfacht von folgenden Entsorgungskosten aus:

145€ pro m³	Entsorgung
zzgl. 61,30€  pro Abholung	Pauschale für Übernahme, Transport, Maut und Nachweisführung

In unserem Beispiel liegt das  gesamte KSS-Volumen bei 10.000 Liter, als 10m³.

In diesem Fall würden mindestens 1.511,30€ Entsorgungskosten anfallen. Sollte im Zuge einer Systemreinigung zusätzlich eine Spülemulsion verwendet werden (empfehlenswert), so erhöht sich die Entsorgungsmenge entsprechend und damit äquivalent die Kosten.
Gehen wir davon aus, dass das niedrigste umpumpfähige Volumen bei 50% liegt, so erhöht sich das Entsorgungsvolumen um 5m³ und die Entsorgungskosten liegen bei 2.236,30€.

Kostenoptimierung KSS

Das KSS-Volumen konstant halten!

Warum müssen wir eigentlich den KSS-Tank nachfüllen?
Die Antwort liegt auf der Hand: Weil sich die Emulsion austrägt!

Schauen wir uns an, welche Faktoren hierbei eine Rolle spielen:

Verdunstung:

Wasserverdunstung findet schon bei Raumtemperatur statt und beschleunigt sich mit steigender Temperatur und der Oberflächengröße.
Da bei der Wasserverdunstung lediglich Wasser aus der KSS-Emulsion an die Umgebung abgegeben wird, bleiben die anderen Bestandteile der Emulsion vollständig erhalten. Das heißt, die Bestandteile des KSS-Konzentrates, die Salze, die im Wasser gelöst sind, etc. bleiben im System und konzentrieren sich auf. Bezogen auf unsere KSS bedeutet das: Hätten wir nur Schwund durch Verdunstung, müssten wir lediglich Wasser nachfüllen, um die Konzentration unserer Emulsion zu halten.

Da die Verdunstung meist einen großen Anteil am Gesamtvolumenverlust hat, liegt die Nachsetzkonzentration in der Regel deutlich niedriger als die Einsetzkonzentration des KSS.

Vernebelung

In dem Moment, in der die KSS-Emulsion mit hoher Geschwindigkeit und Druck auf ein Werkstück trifft, bzw. hohen Beschleunigungs- und Scherkräften ausgesetzt wird, entstehen feinste Tröpfchen (Aerosole), welche sich in der umgebenden Luft verbreiten.
Diese Aerosole entsprechen in ihrer Zusammensetzung der Emulsion im KSS-Tank und werden durch Absaugung bzw. bei offenen Maschinen als Nebel ausgetragen.

Ausschleppung

Ein weiterer Grund für den Volumenschwund im KSS-Tank ist die Ausschleppung der Emulsion. Diese vollzieht sich einerseits durch Anhaften der Emulsion an Span und Werksrück oder durch schöpfende Bauteile.
Das Anhaften am Bauteil und das Schöpfvolumen können durch Abgießen und Abblasen minimiert werden. Der Austrag über den Span kann durch eine Intervallschaltung des Späneförderers verringert werden, in dem man der Emulsion mehr Zeit gibt vom Span abzulaufen bevor dieser in den Spänekorb ausgetragen wird.
Des Weiteren kann eine Emulsion mit besserem Ablaufverhalten die Ausschleppung über den Span verringern. Wie bei der Vernebelung auch entspricht der Schwund über Ausschleppung der Zusammensetzung der KSS-Emulsion im Tank!

Der Volumenschwund im KSS-Tank ist immer eine Kombination aus Verdunstung, Verneblung und Ausschleppung und so individuell wie Ihre Maschine und Ihr Prozess. Was jedoch aufgrund des stets großen Anteils an Verdunstung in jedem Fall feststeht, ist, dass es zu einer Aufkonzentration kommt. Je höher nun die Aufkonzentration im KSS-Tank stattgefunden hat, desto höher ist der Verbrauch an Kühlschmierstoffkonzentrat durch Verneblung und Ausschleppung. Des Weiteren verschlechtert sich das Ablaufverhalten des KSS bei steigender Konzentration, was das Ausschleppungsvolumen durch Anhaftung weiter erhöht.
Füllen wir also häufiger nach und halten den Füllstand konstant hoch, ergeben sich geringere Schwankungen in der Emulsionskonzentration und die Nachsetzkonzentration verringert sich entsprechend. Senken Sie so z.B. die Nachsetzkonzentration um 0,5% ergibt sich bei 48.000l Nachfüllmenge pro Jahr eine Reduzierung des KSS-Konzentratverbrauch von 240 Litern. Bei einem angenommenen Preis von 6,40€ sind das 1.536€.
Zusätzlich erhöhen Sie durch die geringeren Schwankungen in Volumen und Konzentration die Prozesssicherheit signifikant.

›Quick-Tipp
Benutzen Sie für das Anmischen der Emulsion ein Mischgerät. Dieses Mischgerät sorgt für eine perfekte Emulsionsqualität und reproduzierbare Ergebnisse. Insbesondere bei niedrigen Nachsetzkonzentrationen empfiehlt sich die Nutzung eines Mischgerätes.

Mit dem kostengünstigen KSS-Nachfüllsystem helcool^® FluidFill , brauchen Sie Ihre Maschinen nie wieder von Hand zu befüllen und stellen gleichzeitig die optimale KSS-Konzentration sicher. Mehrmals täglich füllt das System kleine Mengen KSS nach, was Konzentrationsschwankungen verhindert.

Damit bietet Ihnen helcool^® FluidFill die Antwort auf die immer größer werdenden Herausforderungen einer kontinuierlichen 24/7-Produktion und erschließt Ihnen Potentiale in den Bereichen KOSTENREDUKTION, PROZESSSICHERHEIT, MITARBEITERSCHUTZ und VERFÜGBARKEIT.

Machen Sie sich keine Sorgen mehr über die korrekte Konzentration, die Qualität und den Füllstand ihrer Kühlschmierstoffe. Hier erfahren Sie mehr: helcool® FluidFill

Die Intervallschaltung des Späneförderers optimal einstellen

Um die Ausschleppung des KSS über die Späne zu verringern, empfiehlt es sich den Intervallbetrieb des Späneförderers, wenn möglich, so einzustellen, dass möglichst viel KSS während des KSS-Abtransports zurücklaufen kann.

Ihr größter Hebel: Die Verlängerung der Wechselintervalle

Wassermischbare Kühlschmierstoffe können nicht unendlich lange in der Maschine bleiben. Mit der Zeit kommt es zu immer größeren Fremdeintragen und einer stärkeren Aufkonzentration von z.B. Salzen und Metallionen etc. Die Zeit zwischen zwei Neubefüllungen bezeichnen wir als Standzeit bzw. Wechselintervall. Die Kühlschmierstoffstandzeit ist dabei von vielen Faktoren abhängig, wie z.B. der Maschine, des Bearbeitungsprozesses, der zu Bearbeitenden Materialien und der Pflegemaßnahmen, die ergriffen werden.
Ein großer Kostenpunkt in Bezug auf wassermischbare Kühlschmierstoffe ist die Reinigung der Anlagen, die Neubefüllung und die Entsorgung der Altemulsion. Die Reinigung, Leerung und Neubefüllung eines Bearbeitungszentrums kann 2 Mitarbeiter mehrere Stunden beschäftigen. Zusätzlich wird die Produktion auf der Maschine unterbrochen. Bei diesem Kostenblock liegt es nahe, den Wechselintervall zu verlängern.
Eine Verlängerung des Wechselintervalls ist grundsätzlich möglich, erfordert jedoch Mehraufwendungen im Bereich der Pflege der Kühlschmierstoffe wie:

• Regelmäßige Prüfung
• Abscheidung
  • Magnetabscheider
  • Ölskimmer
• Filtration (lKühlschmierstoff filtern – Was bringt das eigentlich? – Helcotec)
  • Bandfilter
  • Magnetfilter
  • Unterdruckbahnfilter
  • Zentrifugen
  • Späneförderer
  • Trommelfilter
  • Filterwagen
• Ansatzwasserkonditionierung
  • z.B. Enthärtung bei hohen Wasserhärten
  • Vollentsalzung
• Zugabe von Stellmitteln
  • Biozide
  • Emulgatoren
  • pH-Regulatoren

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