Der Einfluss des Wassers auf die Qualität der KühlschmierstoffEmulsion Markus Kühni, Leiter Kundendienst Blaser Swisslube AG Winterseistrasse 3415 HasleRüegsau Tel: 034 460 01 01 email: contact@blaser.com
Ein paar Zahlen zum Wasser gesamte Wassermenge der Erde: 1.368 Milliarden km 3 davon 97% Salzwasser und 3% Süßwasser die Wassermenge auf der Erde ist konstant Wasser ist ein ausgezeichnetes Kühlmittel 2
Teil 1 Allgemeines zum Thema Wasser Wasser fällt salzfrei vom Himmel und nimmt während seiner Wanderung durch Gesteinsschichten Salze auf. Diese Salze sind vollständig gelöst und daher nicht sichtbar. bei den gelösten Salzen unterscheidet man: Kationen positiv geladen Ca 2 Anionen negativ geladen Cl 3
Welche Salze findet man im Wasser? Kationen Natrium, Kalium Na K Calcium, Magnesium => Wasserhärte Ca 2 Mg 2 Anionen Chlorid Sulfat Nitrat (Nitrit) Cl SO 4 2 NO 3 4
Geographische Unterschiede bezüglich Wasserhärte vorwiegend weiches Wasser Härtegürtel in Europa 5
Wasser in mancher Hinsicht speziell Reines Wasser hat eine schlechte Leitfähigkeit. Die gelösten Salze machen Wasser leitfähig. Wasser hat einen phwert, kann also sauer und alkalisch reagieren oder phwert neutral sein. Wasser zeigt eine Dichteanomalie, d.h. ein Dichtemaximum bei 4 C. Natürliche Gewässer 6
Die elektrische Leitfähigkeit Definition: Summenparameter für die Ionen/SalzKonzentration im Wasser. Je mehr Salze gelöst, desto höher die Leitfähigkeit. Angabe in µs/cm oder ms/cm. Leitfähigkeit verschiedener Wasserqualitäten µs/cm < > ms/cm 0.1 1 10 100 1 10 100 1000 Reinstwasser Vollentsalzung durch Ionentauscher Entsalzung durch Umkehrosmose Trinkwasser Abwasser Meerwasser Säuren und Laugen Leitfähigkeitsmessgeräte 7
Der phwert Definition: Masszahl für die in Lösungen enthaltene Konzentration an Wasserstoffionen, H (Hydroniumionen, H3O). ph = pondus Hydrogenii sauer neutral alkalisch 1 4 5 6 7 8 9 10 11. 14 phwert die Haut KühlschmierstoffEmulsion 8
9 Oktober 08 "Wasser" Aufsalzung in einem KühlschmierstoffKreislauf Eintrag mit Wasser Verdunstung, salzfrei Salzkonzentration Tag 1 Salzkonzentration Tag 100 Eintrag mit Wasser Verdunstung, salzfrei
Hochleistungsmaschinen salzen schneller auf Schnellere Verdunstung heisst stärkerer Anstieg der Salze Maschine Maschine 1: 1: Tankvolumen Tankvolumen 1000 1000 l l Jede Jede Woche Woche muss muss 1000 1000 Liter Liter nachgefüllt nachgefüllt werden werden Maschine Maschine 2: 2: Tankvolumen Tankvolumen 1000 1000 l l Jede Jede Woche Woche muss muss 500 500 Liter Liter nachgefüllt nachgefüllt werden werden In Maschine 1 gelangt die doppelte Menge Salz 10
Salze können die Emulsion destabilisieren ohne ohnezusatz 2ml 2ml 3 ml ml 4 ml ml 5 ml ml Kochsalzlösung 11
Chlorid erhöht das Fleckenrisiko auf Aluminium Konzentration 7% Konzentration 7% Konzentration 7% Chlorid 50 mg/l Chlorid 150 mg/l Chlorid 500 mg/l keine Flecken auf Alu kleiner Flecken auf Alu große Flecken auf Alu Auftropftest auf Alu 7075, Testdauer 12 h, gleicher Kühlschmierstoff 12
Härtesalze können entschäumen oder Emulsionen trennen Wasserhärte (Calcium Magnesium) reagiert oft mit Emulgatoren und bildet Härteseifen Schaum Risiken bei zu hoher oder zu tiefer Härte Verstopfen von Filtern Ablagerungen auf Werkstücken Instabilität tiefe Härte Idealer Bereich hohe Härte 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 dh 13
Einfluss der Härte auf das Schaumverhalten Blasocut 2000 UNI Konzentration 10% 200 Mit steigender Härte Schaumhöhe 150 100 50 bildet sich weniger Schaum fällt er schneller zusammen 0 0 15 30 60 300 Zerfallszeit s 600 900 0 dh 10 dh 20 dh 40 dh unterschiedliche Härte in der Emulsion 14
Was heisst hartes oder weiches Wasser? WASSERHÄRTE hoch mittel tief vollentsalztes Wasser hartes Wasser weiches Wasser >>> 20 35 dh 12 20 dh 5 8 dh 0 dh Natrium Kalium Calcium Magnesium Natrium Kalium Calcium Magnesium Natrium Kalium Calcium Magnesium 15
Hartes, enthärtetes und vollentsalztes Wasser Kationen Anionen Kationen Anionen Kationen Anionen Natrium Kalium Calcium Magnesium Chlorid Sulfat Nitrat Natrium Kalium Calcium Magnesium Chlorid Sulfat Nitrat Trinkwasser Wasserenthärtung Wasser Entsalzung 15 25 dh 6 10 dh 0 5 dh ca. 700 µs/cm ca. 700 µs/cm ca. 0.2 µs/cm hartes Wasser weiches Wasser VE / RO Wasser Härte Leitfähigkeit Bezeichnung 16
Anforderungen an das Ansetzwasser gemäss BIA* *BIA: Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit Parameter Aussehen / Geruch phwert Gesamthärte Nitrat Chlorid Sulfat Mikrobiologie Sollwertbereich Farblos, klar, geruchlos 5.5 8.5 5 20 dh < 25 mg/l < 50 mg/l < 100 mg/l Trinkwasserqualität 17
Teil 3 Beispiele aus der Praxis Folgen des Salzeintrags für den Fertigungsprozess Salze des Wassers führen zu einer kürzeren Standzeit Salze des Wassers führen zu weissen Rückständen Salze aus dem Wasser führen zu Korrosion und fettartigen Rückständen an den Maschinen 18
Salze führen zu einer kürzeren Standzeit 350 300 250 200 150 100 50 0 50 40 30 20 10 0 Chlorid mg/l Sulfat mg/l 0 d 14 d 44 d 68 d 104 d 154 d Härte dh Härte dh 0 d 14 d 44 d 68 d 104 d 154 d Die Grafiken zeigen den Anstieg der Salzkonzentration. Oben Chlorid und Sulfat Unten Härte Nach Tag 68 steigen Chlorid und Sulfat weiter an, die Härte fällt ab, das heisst wird nicht mehr gebunden. Härte scheidet als Härteseifen aus. Härteaufnahmevermögen erschöpft 19
Salze führen zu weissen Ablagerungen auf Teilen Bearbeitung mit Emulsion Reinigen der Teile mit organischem Lösungsmittel Weisse Rückstände auf den Teilen Rückstände verschwinden erst, durch den Einsatz von vollentsalztem Wasser 20
Salze führen zu Korrosion und zu weissen Rückständen weisse Rückstände durch Calcium Rost durch Chlorid 21
Massnahmen gegen die schnelle Aufsalzung Erwärmung der Emulsion verhindern durch: grösseren Emulsionstank nachfahren in kleinen Schüben, Füllstand hoch Kühlaggregat Teilaustausch Niveau absinken lassen und Teil abpumpen Eintrag reduzieren Teilenthärtung oder Vollentsalzung 22
Teil 4: Informationen zum Thema Wasseraufbereitung Wann oder warum rechnet sich eine Wasseraufbereitung? ProzessSicherheit längere Standzeit der Emulsion tiefere Entsorgungskosten tiefere Konzentratkosten sauberere Maschinen weniger Rückstände auf Teilen 23
Wasseraufbereitung im Überblick Verfahren Wasserenthärtung Vollentsalzung durch Umkehrosmose Vollentsalzung durch Ionenaustausch Vor und Nachteile günstiger als Vollentsalzung (geringe Investition, wartungsarm) entfernt die Anionen nicht (Chlorid) wartungsarmes und stabiles Verfahren hoher Wasserverbrauch (Ausbeute ca. 50%) Wasser wird zwischengelagert Druckpumpe für Mischgerät nötig geringe Investition. Kann direkt vor Mischgerät installiert werden Patronen müssen regeneriert werden Empfohlener Einsatz Bei hartem Wasser und tiefen Chlorid und Sulfatwerten Bewährtes Verfahren für die industrielle Anwendung Bei kleinerem Verbrauch 24
Zusammenfassung mit dem Wasser werden Salze in die Emulsion eingetragen (Anionen und Kationen) wenn Wasser verdunstet, dann bleiben die Salze zurück hohe Verdunstung führt zu schneller Aufsalzung viele Kühlschmierstoffe brauchen eine gewisse Wasserhärte als Schaumbremse 25