naar top
Menu
Logo Print
11/07/2019 - ING. M. DE WIT-BLOK

WATERMENGBARE KOEL- EN SMEERVLOEISTOFFEN

Monitoring steeds belangrijker

In de metaalbewerking wordt er voor het koelen en smeren van werkstukken en gereedschappen veelvuldig gebruikgemaakt van watermengbare koelsmeervloeistoffen, zowel oliegebaseerde als volledig synthetische varianten. Maar waarover gaat het bij deze vloeistoffen nu eigenlijk precies? Wanneer zijn ze wél en wanneer niet te gebruiken, en hoe zijn die media in optimale conditie te houden? Kennis van de materie en de laatste ontwikkelingen voorkomt missers.

FUNCTIONELE EIGENSCHAPPEN

Automatische vulinstallatie voor emulsies. Een goed mengapparaat kan het verschil maken bij de aanmaak van stabiele koelsmeervloeistoffen
Automatische vulinstallatie voor emulsies. Een goed mengapparaat kan het verschil maken bij de aanmaak van stabiele koelsmeervloeistoffen

Koelsmeervloeistoffen worden gebruikt bij het bewerken van ferro- en non-ferromaterialen, en hebben verschillende functies. Een eerste bestaat in het zodanig smeren van het contactoppervlak dat de afschuifkrachten die ontstaan bij verspanende bewerkingen, worden verlaagd. Dat draagt bij tot een lagere machinebelasting en het behalen van de beoogde oppervlaktekwaliteit.

Daarnaast hebben deze vloeistoffen een koelende werking; ze voorkomen oververhitting tijdens het verspanen. Het element water is daarbij van belang. Dat verdampt tijdens de bewerking, waarbij het warmte onttrekt aan het proces en dat naar de omgeving afvoert. Koelen van het gereedschap verlengt de standtijd, terwijl koelen van het werkstuk voorkomt dat het werkstukmateriaal chemisch verandert. Een dergelijke verandering hoeft op zich niet meteen een probleem te zijn, maar in de meeste gevallen wordt het beschouwd als een ongewenst effect. Een derde functie van koelsmeervloeistoffen ligt in het beschermen van de machine, de omgeving en de bediener tegen de groei van micro-organismen, het ontstaan van corrosie en schuimvorming. Ook spelen de koelsmeervloeistoffen een rol bij de afvoer van spanen.

SOORTEN

Grofweg zijn watermengbare koelsmeervloeistoffen in te delen in drie varianten. Een eerste is gebaseerd op minerale oliën, een andere op halfsyntheten, en een derde op volledig synthetische stoffen. In alle gevallen bestaan de vloeistoffen voor 90 tot 96% uit water vanwege de goede koelende werking. Een nadeel van water is echter dat het de koelvloeistoffen bederfelijk maakt en bovendien corrosie bevordert.

Speciale toevoegingen (additieven) voorkomen de bijbehorende problemen zoals gezondheidsissues, corrosie op de machine of het werkstuk, kortere standtijden van het gereedschap en een ondermaatse kwaliteit van het product. Bij koelsmeervloeistoffen op basis van minerale olie betreft het altijd een emulsie, omdat olie en water van nature niet mengen tot een homogene vloeistof. Een emulgator helpt dan een maximale menging realiseren.

foto vloeistofSynthetische varianten bevatten doorgaans geen emulgator en vormen van nature een oplossing met water. Een voordeel daarvan is dat zowel het water als het concentraat aan te vullen is om de samenstelling van de vloeistof op niveau te houden. Dat is een belangrijk gegeven, want die samenstelling verandert tijdens het gebruik. Het water verdampt namelijk en de additieven worden opgebruikt. Emulgerende vloeistoffen zijn uitsluitend aan te vullen met de juiste emulsies en niet met de afzonderlijke componenten. In dat laatste geval bestaat de kans dat de vloeistof instabiel wordt. Een ander voordeel van synthetische koelsmeervloeistoffen ligt in de lagere gevoeligheid voor bacteriegroei.

Oliegebaseerde koelsmeervloeistoffen worden over het algemeen gebruikt voor zwaardere bewerkingen, draaibewerkingen van stafmateriaal, tapbewerkingen en precisietandwielfreesbewerkingen. In dergelijke situaties bieden watermengbare koelvloeistoffen onvoldoende smeerfilm en is een pure olie nodig voor voldoende warmteafvoer en smering. De synthetische varianten worden ingezet bij slijpprocessen. De zogenaamde halfsyntheten - die in feite een mix zijn van beide varianten - worden dan weer ingezet bij algemene draai- en freesbewerkingen. De watermengbare koelsmeervloeistoffen zijn níet te gebruiken bij processen die droogverspaning vereisen. Voorbeelden van materialen zijn hout, kunststof, en in sommige gevallen ook messing.

TRENDS

Met betrekking tot watermengbare koelsmeervloeistoffen zijn verschillende trends waar te nemen die van invloed zijn op de samenstelling, de functionele eigenschappen én de invloed van de media op het welzijn van de operator en zijn omgeving. De toenemende aandacht voor de samenstelling van de koelsmeervloeistoffen wordt gevoed door verschillende ontwikkelingen.

detailfotoStabielere koelsmeervloeistoffen

Ten eerste werken machines steeds sneller, waarbij het noodzakelijk is om de koelsmeervloeistoffen met een hoge druk door holle spindels en gereedschappen te persen. Dat stelt eisen aan de stabiliteit van de koelsmeervloeistoffen. Verder brengt het gebruik van de nodige hogedrukpompen een extra uitdaging met zich mee in de vorm van schuimvorming; vooral in gebieden waar het water een lagere hardheid heeft. Om de gewenste stabiliteit te bereiken, verlenen fabrikanten o.m. advies over de aanmaak van de koelsmeervloeistoffen; vooral bij de emulgerende varianten. Belangrijke factoren daarbij zijn de waterkwaliteit en de watertemperatuur, alsook de snelheid waarmee het concentraat wordt toegevoegd aan het water. Een goed mengapparaat kan het verschil maken.

Gevaarlijke stoffen niet langer toegelaten

Qua wet- en regelgeving zijn fabrikanten niet meer vrij in de keuze van componenten voor hun vloeistoffen, vanwege overwegingen op het vlak van veiligheid voor mens en milieu, de gezondheidseffecten op lange termijn. Zo zijn er inmiddels beperkingen ingevoerd met betrekking tot het gebruik van bijvoorbeeld chloor, formaldehyde (afsplitsers), boorverbindingen en nitriet. Voor de fabrikanten van watermengbare koelsmeervloeistoffen betekent het een voortdurende uitdaging om producten te ontwikkelen met de gewenste functionele eigenschappen die toch voldoen aan de wet- en regelgeving.

Monitoring en conditiemeting

Een trend die specifieke aandacht verdient, zijn de beschikbare mogelijkheden voor het monitoren van watermengbare koelsmeervloeistoffen. Via de monitoring van belangrijke parameters zoals concentratie, geleidbaarheid, micro-organismen, verspaningsslib, vreemde (lek)olie en zuurtegraad kan op tijd worden ingegrepen wanneer de vloeistofkwaliteit onder een bepaald niveau dreigt te zakken. Mogelijke maatregelen in dat kader zijn bijvoorbeeld het bijvullen van de vloeistof om de concentratie op niveau te brengen, of het toepassen van reinigingsoplossingen zoals olieskimmers, olieafscheiders of filters. Dat is een proactieve benadering, waarmee gebruikers problemen voorkomen in plaats van toe te zien hoe de standtijd van gereedschappen achteruitgaat of de kwaliteit van het product niet meer aan de standaard voldoet.

Het aanbod aan analyseapparatuur voor de monitoring van koelsmeerstoffen groeit. De gebruiker kan die zelf inzetten, wat betekent dat bedrijven minder afhankelijk zijn van laboratoria en dus minder aangewezen zijn op lange wachttijden. Ze kunnen kritieke metingen zelf ter plekke uitvoeren en beoordelen. De meest geavanceerde systemen meten daarbij online en geven automatisch een melding wanneer de gemeten waarde de vooraf ingestelde grenzen over- of onderschrijdt. Daarbij zijn inmiddels ook systemen beschikbaar die de volledige conditionering van de koelsmeervloeistoffen realiseren: Coolant Management Systemen. Die mengen autonoom, doseren en vullen na op basis van metingen. Ze houden de kwaliteit op niveau door de toepassing van filters, het verwijderen van lekolie en het beperken van bacteriegroei door ozon- en luchtinfusie. Het maken van meer uitgebreide analyses ten aanzien van de exacte samenstelling van de vloeistoffen of het op kweek zetten van monsters in het kader van bacteriegroei blijft echter nog steeds het werk van gespecialiseerde laboratoria.

TIPS EN TRICKS

Als deel van Coolant Management Systemen monitoren sensoren het vulniveau van koelsmeervloeistofvaten

Als deel van Coolant Management Systemen monitoren sensoren het vulniveau van koelsmeervloeistofvaten

Leveranciers en producenten van watermengbare koelsmeervloeistoffen zien in de praktijk veelal dezelfde 'fouten' bij gebruikers die de beoogde werking van hun producten frustreren. Dit is te voorkomen door een goed contact te houden met de gebruikers, te reageren op hun vragen en proactief advies te leveren. Een eerste aandachtspunt is de productkeuze, met name wanneer een bedrijf interne veranderingen doorvoert. Bijvoorbeeld bij de bewerking van nieuwe materialen, de aanschaf van een snellere machine of de keuze voor een ander gereedschap. Nieuwe machines blijken wel eens de kwaliteit van de nieuw aangemaakte koelsmeervloeistoffen te verstoren door de aanwezigheid van conserveringsproducten. De gebruiker kan dergelijke problemen voorkomen door navraag te doen bij de machineleverancier, door de nieuwe machine vooraf te spoelen met reinigingsmiddel vooraleer die te vullen met koelsmeervloeistoffen.

Verder geven fabrikanten aan dat de concentratie van de koelsmeervloeistoffen bij veel bedrijven niet goed wordt gemonitord, waardoor er gewerkt wordt met te lage of juist te hoge concentraties. Dat betekent enerzijds een slechter smerende en koelende werking, maar kan bovendien leiden tot hoog oplopende temperaturen in de tank, wat het koelsmeermiddel sneller doet degraderen en het risico op de groei van schimmels en bacteriën vergroot. In feite ontstaat zo een kettingreactie die de kwaliteit van de koelsmeerstoffen snel doet dalen en de kans op gezondheidsproblemen vergroot. Monitoren en tijdig reageren op de meetresultaten is het devies. Ook laat de kwaliteit van het water voor het mengen van de koelvloeistof in bepaalde gevallen te wensen over, terwijl dat het hoofdbestanddeel van het product uitmaakt. Chlorides en zouten zijn nefast voor de levensduur van de koelsmeermiddelen.

DE ZWAKSTE SCHAKEL

Elk element in de metaalbewerking levert zijn eigen bijdrage aan het eindresultaat wat betreft de oppervlaktekwaliteit, kosten of snelheid. Dat geldt ook voor de watermengbare koelsmeervloeistoffen. Kennis van de benodigde eigenschappen en het monitoren van die eigenschappen voorkomen dat de koelsmeermiddelen de zwakste schakel zijn in het geheel, en dragen bij aan een positief bedrijfsresultaat - zowel in financiële termen áls qua tevreden eindgebruikers. 

Met medewerking van: KSM Benelux, Mavom, Total,Oude Reimer, Petroline, Quaker, usoCore, VanKessel Olie