Lösung des Problems übermäßiger Schaumbildung bei Bearbeitungsflüssigkeiten: Praktisches Vorgehen für metallverarbeitende Betriebe
Übermäßige Schaumbildung bei Bearbeitungsflüssigkeiten verringert die Kühl- und Schmierwirkung, erhöht den Werkzeugverschleiß und beeinträchtigt die Bearbeitungsqualität. Wie lässt sich das Problem erkennen und effektiv lösen?
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In metallverarbeitenden Betrieben gehören Kühlschmierstoffe zu unverzichtbaren Helfern – sie gewährleisten Kühlung, Schmierung und Späneabfuhr. Ihre Wirksamkeit kann jedoch durch übermäßige Schaumbildung erheblich beeinträchtigt werden, die beispielsweise durch unsachgemäßes Mischen, Kontamination oder ungeeignete Auswahl von Additiven entsteht. Schaum verschlechtert nicht nur die Wärmeübertragung und erhöht die Reibung, sondern kann auch zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß, Verschmutzung der Arbeitsumgebung und erhöhtem Verbrauch der Flüssigkeit führen. Wie erkennt man die Ursache der Schaumbildung und welche Maßnahmen können ergriffen werden, um sie zu minimieren? Sehen wir uns konkrete Lösungen aus der Praxis an.
Warum übermäßige Schaumbildung die Metallbearbeitung erschwert und wie sie entsteht
Übermäßiges Schäumen von Bearbeitungsflüssigkeiten ist ein häufiges Problem in metallverarbeitenden Betrieben, das die Produktionseffizienz erheblich beeinträchtigen kann. Schaum entsteht vor allem durch das mechanische Vermischen der Flüssigkeit mit Luft während der Bearbeitung, wenn Luftblasen in die Emulsion gelangen. Diese stabilisieren sich durch die Anwesenheit grenzflächenaktiver Substanzen (Tenside), die Bestandteil vieler Bearbeitungsflüssigkeiten sind. Tenside verringern die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, was die Benetzung der Werkzeuge und Werkstücke erleichtert, gleichzeitig aber die Bildung stabilen Schaums fördert.
Das Problem verschärft sich bei hohen Maschinendrehzahlen, falscher Dosierung des Konzentrats oder bei Verunreinigung der Flüssigkeiten durch Fremdstoffe wie Schmiermittel, Reinigungsmittel oder Metallspäne. Schaum verringert die Kühl- und Schmierwirkung der Flüssigkeit, was zu Überhitzung der Werkzeuge, verschlechterter Oberflächenqualität der Werkstücke und erhöhtem Maschinenverschleiß führt. In extremen Fällen kann Schaum die Bearbeitung unterbrechen oder Pumpen und Filtersysteme beschädigen.
Erste Schritte: Diagnose der Ursachen für übermäßiges Schäumen
Bevor Sie mit der Lösung beginnen, ist es entscheidend, die konkrete Ursache des Schäumens zu identifizieren. Beginnen Sie mit der Kontrolle der Konzentration der Bearbeitungsflüssigkeit – eine zu hohe Dosierung des Konzentrats erhöht den Tensidgehalt und damit das Schaumrisiko. Überprüfen Sie die Konzentration mit einem Refraktometer und vergleichen Sie sie mit der Empfehlung des Herstellers. Überprüfen Sie außerdem, ob die Flüssigkeit nicht durch Fremdstoffe wie Reste von Reinigungsmitteln, Schmierstoffen oder Metallpartikeln verunreinigt ist.
Der nächste Schritt ist die Bewertung des Zustands des Filtersystems. Verstopfte Filter können Turbulenzen in der Flüssigkeit verursachen, was die Schaumbildung fördert. Überprüfen Sie auch die Einstellungen der Pumpen und Düsen – zu hoher Druck oder eine falsche Ausrichtung des Flüssigkeitsstroms kann zu übermäßiger Vermischung mit Luft führen. Wenn die Flüssigkeit älter als einige Wochen ist, sollten Sie eine Analyse ihrer chemischen Zusammensetzung in Betracht ziehen, insbesondere des pH-Werts und des Bakteriengehalts, die die Schaumbildung verschlimmern können.
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Praktische Lösung: Wie Sie die Schaumbildung im Betrieb reduzieren
Wenn die Ursache für die Schaumbildung eine hohe Konzentration an Tensiden ist, ist die einfachste Lösung die Verdünnung der Flüssigkeit mit Wasser auf das empfohlene Niveau. Im Falle einer Kontamination durch Fremdstoffe kann der Austausch eines Teils der Flüssigkeit oder deren Filtration mit Aktivkohle oder speziellen Filtermedien helfen. Zur sofortigen Reduzierung des Schaums können Entschäumer – chemische Zusätze, die Blasen destabilisieren und deren Zerfall beschleunigen – verwendet werden. Entschäumer werden in geringen Mengen (in der Regel 0,1–0,5 % des Volumens) zugesetzt, und ihre Wirkung ist innerhalb weniger Minuten sichtbar.
Langfristig sollten Sie den Austausch der Bearbeitungsflüssigkeit gegen einen Typ mit geringerem Tensidgehalt oder mit Zusätzen, die die Schaumbildung unterdrücken, in Betracht ziehen. Moderne Flüssigkeiten enthalten oft spezielle Additive, die die Schaumbildung minimieren, ohne die Schmier- und Kühleigenschaften negativ zu beeinflussen. Wichtig ist auch die Optimierung der Betriebsbedingungen – reduzieren Sie den Pumpendruck, passen Sie die Düsenausrichtung an und reinigen Sie regelmäßig die Filter, um Turbulenzen in der Flüssigkeit zu vermeiden.
Prävention: Wie Sie Bearbeitungsflüssigkeiten langfristig schaumfrei halten
Prävention ist der Schlüssel zur Minimierung von Problemen mit Schaumbildung. Überprüfen Sie regelmäßig die Konzentration und Qualität der Bearbeitungsflüssigkeit mit einem Refraktometer und pH-Teststreifen. Halten Sie die Flüssigkeit sauber – entfernen Sie Metallspäne und Fremdstoffe mithilfe von Magnetabscheidern oder Filtersystemen. Achten Sie auf die richtige Lagerung der Konzentrate, um deren Kontamination oder Degradation zu vermeiden.
Führen Sie einen regelmäßigen Wartungsplan ein, der die Reinigung der Tanks, die Überprüfung der Pumpen und Düsen sowie den Austausch der Flüssigkeit in den empfohlenen Intervallen umfasst. Wenn Sie Entschäumer verwenden, überwachen Sie deren Wirksamkeit und fügen Sie sie nur in der notwendigen Menge hinzu, um die Eigenschaften der Flüssigkeit nicht zu beeinträchtigen. Nicht zuletzt schulen Sie das Bedienpersonal der Maschinen, damit es die richtigen Verfahren bei der Handhabung der Flüssigkeiten einhält und unnötiges Vermischen mit Luft vermeidet.
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Einfluss von Schaumbildung auf die Bearbeitungsqualität und die Lebensdauer der Werkzeuge
Übermäßiges Schäumen von Bearbeitungsflüssigkeiten ist nicht nur ein ästhetisches Problem – es beeinflusst direkt die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Metallbearbeitungsprozesses. Schaum verringert die Kühl- und Schmierwirkung der Flüssigkeit, da Luftblasen den gleichmäßigen Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück stören. Dies führt zu lokaler Überhitzung, erhöhtem Verschleiß der Schneiden und einer Verkürzung der Werkzeuglebensdauer um bis zu 30 %. In der Praxis äußert sich dies beispielsweise durch häufigeres Stumpfwerden von Fräsern oder Bohrern, was die Kosten für Austausch und Nachschärfen erhöht.
Ein weiterer kritischer Effekt ist die verschlechterte Oberflächenqualität der Werkstücke. Schaum verursacht eine ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit, was zur Bildung von Mikrorissen, erhöhter Oberflächenrauheit oder sogar zu Verformungen dünnwandiger Teile führen kann. Bei Operationen wie Schleifen oder Honen kann Schäumen sogenannte „trockene Stellen“ verursachen, bei denen die Flüssigkeit die bearbeitete Oberfläche nicht erreicht, was zu Überhitzung und Materialschäden führt. Diese Defekte erfordern oft zusätzliche Endbearbeitungsoperationen, was die Produktionszeiten verlängert und die Kosten erhöht.
Optimierung der Konzentration und Auswahl geeigneter Additive
Einer der häufigsten Gründe für übermäßiges Schäumen ist eine falsche Konzentration der Bearbeitungsflüssigkeit. Eine zu hohe Konzentration von Tensiden oder Emulgatoren erhöht die Oberflächenspannung und fördert die Bildung von stabilem Schaum. Es wird empfohlen, die Konzentration regelmäßig mit einem Refraktometer zu überprüfen und sie im vom Hersteller festgelegten Bereich zu halten – normalerweise zwischen 5 und 10 % für synthetische und halbsynthetische Flüssigkeiten. Bei wasserverdünnbaren Emulsionen ist es entscheidend, das Mischungsverhältnis einzuhalten, da bereits eine kleine Abweichung das Schäumen deutlich beeinflussen kann.
Die Auswahl der richtigen Additive kann die Schaumbildung wirksam unterdrücken. Entschäumer wie Silikon- oder Mineralöle stören die Stabilität der Schaumblasen und beschleunigen deren Zerfall. Wichtig ist jedoch, ein Additiv zu wählen, das mit dem jeweiligen Typ der Bearbeitungsflüssigkeit kompatibel ist – beispielsweise sind Silikon-Entschäumer zwar wirksam, können jedoch Probleme beim anschließenden Lackieren oder Kleben von Teilen verursachen. Für empfindliche Anwendungen werden daher häufig silikonfreie Alternativen eingesetzt, die schonender für die Oberflächenbehandlung sind. Bei der Auswahl von Additiven ist es ratsam, den Chemie-Lieferanten zu konsultieren, um unerwünschte Wechselwirkungen mit anderen Komponenten der Flüssigkeit zu vermeiden.
Wartung des Systems und Filtration als Schlüssel zur langfristigen Stabilität
Ein verstopftes Filtersystem ist eine häufige, aber oft vernachlässigte Ursache für Schaumbildung. Metallabriebpartikel, Öle und andere Verunreinigungen erhöhen die Viskosität der Flüssigkeit und fördern die Schaumbildung. Ein regelmäßiger Filterwechsel und die Reinigung der Tanks sind daher unerlässlich – es wird empfohlen, den Zustand der Filter mindestens einmal im Monat zu überprüfen und sie bei Bedarf auszutauschen. Bei Systemen mit hoher Belastung, beispielsweise bei der Bearbeitung von Gusseisen oder Aluminium, kann eine häufigere Wartung erforderlich sein.
Eine wichtige Rolle spielt auch die Temperatur der Flüssigkeit. Eine zu niedrige Temperatur (unter 15 °C) erhöht die Viskosität und fördert die Schaumbildung, während eine zu hohe Temperatur (über 30 °C) die Verdampfung und den Abbau von Additiven beschleunigt. Die ideale Betriebstemperatur liegt zwischen 20 und 25 °C. Zur Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur können Kühleinheiten oder Wärmetauscher eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es ratsam, regelmäßig den pH-Wert der Flüssigkeit zu überprüfen – Werte außerhalb des Bereichs von 8,5 bis 9,5 können auf eine Kontamination durch Bakterien oder Pilze hinweisen, die ebenfalls zur Schaumbildung beitragen.
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