Kühlschmierstoff an CNC-, Schleif- und Erodiermaschinen überwachen: Durchfluss zur Schneide, Füllstand im Tank und Konzentration

Ein Werkzeug, das ohne Kühlung schneidet, verschleißt schnell. Trotzdem prüfen viele Betriebe den Kühlschmierstoff nur mit einem Blick: auf den Schwebekörper, auf das Schauglas, in die Wanne. Die Konzentration misst jemand von Hand, wenn Zeit dafür ist. Dieser Beitrag richtet sich an Instandhaltung und Fertigungsplanung in Zerspanung, Schleiferei und Erodiertechnik und an Bauer von Werkzeugmaschinen und Kühlschmierstoffanlagen. Er geht den Kreislauf entlang: Durchfluss am Schlauch, Füllstand in Wanne und Nachfüllsystem, Konzentration und Temperatur, Spülung und Elektrolyt in Sonderverfahren, schließlich die Anlage hinter der Maschine. In einer der dokumentierten Anwendungen ist ein Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR im Einsatz. Kühlwasser an Walze und Form sowie Schmier- und Hydrauliköle behandeln eigene Beiträge dieser Reihe.

Wichtige Punkte im Überblick

Ein Druckwert an der Pumpe zeigt nur, dass gefördert wird, ob die Bearbeitungsstelle versorgt ist, zeigt ein Durchflusswert an der Leitung kurz davor.
Für diese Stelle nennt der Katalog des Anklemmbaren Durchflusssensors der Modellreihe FD-H das Kühlmittelmanagement von Schleif- oder CNC-Maschinen als Anwendung, gemessen wird außen auf Rohr oder Schlauch.
Sinkt der Stand in der Kühlmittelwanne zu weit, saugt die Pumpe Luft, steigt er zu hoch, steht Emulsion in der Halle, deshalb gehört der Füllstand ebenso zur Überwachung wie der Durchfluss.
Bei Schaum auf dem Kühlmittel hängt es laut Benutzerhandbuch von der Größe der Luftblasen ab, ob der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR die Ober- oder die Unterseite des Schaums erfasst.
Die Konzentration wird vielfach noch von Hand mit dem Refraktometer geprüft, und ein Konzept für eine Pilotanlage sieht vor, sie zuerst zu überwachen und in einem zweiten Schritt automatisch nachzudosieren.

Kommt der Kühlschmierstoff an der Schneide an?

Zwischen Pumpe und Schneide liegen Schläuche, Verteiler und Düsen. Ein Druckwert an der Pumpe zeigt, dass gefördert wird; welcher Schlauch wie viel bekommt, zeigt er nicht. Wer wissen will, ob die Bearbeitungsstelle versorgt ist, misst deshalb an der Leitung kurz davor.

Für genau diese Stelle nennt der Katalog des Anklemmbaren Durchflusssensors der Modellreihe FD-H das Kühlmittelmanagement von Schleif- oder CNC-Maschinen als Anwendung. Der Sensor wird außen auf Rohr oder Schlauch gesetzt, die Leitung bleibt geschlossen. Für Schläuche gibt es eine eigene Ausführung, die bis 100 °C arbeitet. Messdaten lassen sich per USB exportieren, etwa um vor dem festen Einbau einen Verlauf an einer Maschine aufzuzeichnen. Gespeichert werden sie laut Katalog rund ein Jahr lang.

In den dokumentierten Anwendungen geht es selten um eine einzelne Maschine. Gefragt ist meist ein Messpunkt, der sich an vielen gleichartigen Maschinen wiederholen lässt, mit demselben Sensor und derselben Einstellung.

Bei einem Hersteller von Präzisionsteilen, der mehrere hundert CNC-Maschinen betreibt, lieferte die Messung am flexiblen 16-mm-Rohr einer Maschine ein sehr gutes Ergebnis; viele Maschinen dort haben bisher keine Durchflussüberwachung. In einem anderen Betrieb geht es um Öl und Wasser an Edelstahlrohren, vier Messstellen, jeweils mit Temperatur.

Wo viele Messstellen an eine Steuerung gehen, bindet das Netzwerk-Kommunikationsmodul der Modellreihe NQ die Sensoren an, als IO-Link-Master mit 4 oder 8 Ports. Gefragt ist in diesen Anwendungen meist ein Analogsignal oder IO-Link in die Maschinensteuerung oder an ein Bedienpanel.

Füllstand in Kühlmittelwanne und Nachfüllsystem

Sinkt der Stand zu weit, saugt die Pumpe Luft; steigt er zu hoch, steht Emulsion in der Halle. Der Füllstand gehört deshalb ebenso zur Überwachung wie der Durchfluss. Schwimmer und Tauchsonden messen im Medium; der Leitfaden zum Radar-Füllstandssensor nennt bei dieser Technikklasse das Risiko einer instabilen Erkennung. Der Radar-Füllstandssensor sitzt über der Oberfläche, im Nahbereich bis 1,5 m, und sein Leitfaden führt das Füllstandsmanagement von Kühlschmierstoffen als Anwendung. Auch der Katalog der Modellreihe FR nennt die Überwachung von Kühlschmierstoffen als Anwendungsbeispiel. Laut Katalog durchdringen Radarwellen Verschmutzungen auf der Linse, was den Wartungsaufwand gering hält. Im Benutzerhandbuch steht Schneidöl auf Wasserbasis als Beispiel für die Medienklasse Flüssigkeit, die nach der relativen Permittivität von den öligen Flüssigkeiten getrennt eingestellt wird.

In einem Zerspanungsbetrieb für Gehäuseteile ist ein solcher Sensor an einem Tank im Einsatz. Gemessen werden soll dort auch im Nahbereich an CNC-Maschinen, auf deren Kühlmittel eine Schaumschicht von etwa 3 mm steht. Laut Benutzerhandbuch hängt es von der Größe der Luftblasen ab, ob der Sensor die Ober- oder die Unterseite des Schaums erfasst; eine dicke Schaumschicht kann das Signal abschwächen.

An Fräs- und Drehmaschinen geht es um den Füllstand eines automatischen Nachfüllsystems. Für das Nachfüllen selbst nennt der Katalog der Modellreihe FD-H die Überwachung und Befüllung des Kühlmittelbehälters; der Durchfluss in der Nachfüllleitung zeigt, ob tatsächlich nachgefüllt wird.

An einer neuen Schleifmaschine für Stahlteile ist der Kühlwasserstand an zwei Stellen zu überwachen.

Konzentration und Temperatur: vom Refraktometer zur laufenden Überwachung

Ist die Emulsion zu mager, leiden Schneide und Korrosionsschutz; ist sie zu fett, schäumt sie stärker und kostet Konzentrat. In den dokumentierten Anwendungen taucht die Konzentration deshalb oft neben Durchfluss und Füllstand auf.

In einer Fräserei ist eine Pilotanlage als Konzept beschrieben. Für die Konzentration gelten zwei feste Sollbereiche; im ersten Schritt soll die Konzentration überwacht, im zweiten automatisch nachdosiert werden. An den Maschinen sind bereits Durchflusssensoren vorhanden, und die Schaumbildung bereitet Probleme. Eine Gießerei mit eigener mechanischer Bearbeitung prüft ihre Emulsion von Hand mit dem Refraktometer. Ein dritter Betrieb will den Durchfluss an CNC-Maschinen zusammen mit der Konzentration von Kühlschmierstoff und Waschmedium überwachen. Für das Waschmedium gilt beim Durchfluss dasselbe wie für den Kühlschmierstoff: Der Lineup-Katalog führt das Waschen ebenso als Anwendung der anklemmbaren Durchflussüberwachung wie die Kühlschmierstoffüberwachung.

Welche Geräteklasse die Konzentration erfasst, legt dieser Beitrag nicht fest; sie steht hier als Anforderung aus den Anwendungen. Die Temperatur dagegen liefert das Standardmodell der Modellreihe FD-H über seinen integrierten Temperatursensor am selben Messpunkt mit, bis 85 °C Rohroberflächentemperatur.

Erodieren und elektrochemisches Bearbeiten: Spülung und Elektrolyt

Beim Erodieren hängt die Spülung an dünnen Schläuchen. Ein Betrieb für Erodieren und Zerspanung liest den Durchfluss dort bisher an Schwebekörpern ab. Vor Ort wurde die Modellreihe FD-H an Schläuchen von 12 und 16 mm erprobt; der Test war erfolgreich. Dieselbe Anwendung umfasst Füllstände und, als mögliche weitere Aufgabe, die Konzentration.

In der elektrochemischen Bearbeitung trägt der Elektrolyt den Abtrag. Ein Hersteller solcher Anlagen hat den Durchfluss des Elektrolyten mit der Modellreihe FD-H getestet und das Ergebnis als ausgezeichnet beschrieben. An denselben Anlagen kommen zusätzlich die Digitalen Drucksensoren für anspruchsvolle Aufgaben der Modellreihe GP-M in Frage, die Druck und Temperatur gemeinsam erfassen.

Hinter der Maschine: Werkzeugmaschinenbau, Zentralanlage und Aufbereitung

Ein Werkzeugmaschinenbauer will den Durchfluss des Kühlschmierstoffs an Rohren von 18 und 42 mm von außen erfassen. Ziel ist eine Messstelle, die als fester Posten in der Stückliste jeder Maschine steht.

An den Zentrifugen eines Herstellers von Anlagen zur Reinigung von Kühlschmierstoff fließt Emulsion mit rund 200 l/min bei etwa 20 °C durch Edelstahlleitungen von 2 Zoll. Bisher überwacht die Anlage dort nur den Druck; ein Durchflusswert zeigt zusätzlich, ob die Emulsion tatsächlich durch die Zentrifuge läuft.

Noch größer sind die Leitungen bei einem Bauer von Emulsions- und Ölanlagen, der unter anderem die Zuleitung eines Vakuumfilters überwachen will, dazu Leitfähigkeit, pH-Wert und Chlorid. Der Lineup-Katalog führt die anklemmbare Durchflussüberwachung an Metall- und Kunststoffrohren bis DN200; eine Leitung darüber ist als eigene Messstelle zu klären.

Lastenheft und Maschinenbaureihe sowie die Druckluft zum Abblasen von Spänen behandelt der Beitrag zur Prozesssensorik im Maschinenbau.

Häufige Fragen

F Lässt sich der Durchfluss am Kühlmittelschlauch messen, ohne ihn aufzutrennen?

Ja. Der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-H wird außen auf Rohr oder Schlauch gesetzt, für Schläuche gibt es eine eigene Ausführung. In einem dokumentierten Test an Schläuchen von 12 und 16 mm in einem Erodier- und Zerspanungsbetrieb war die Messung erfolgreich.

F Welcher Messbereich passt zur Kühlmittelwanne einer CNC-Maschine?

Für Wannen und kleine Tanks ist der Nahbereich des Radar-Füllstandssensors der Modellreihe FR bis 1,5 m gedacht. Der Sensor misst von oben, ohne das Kühlmittel zu berühren. Sein Leitfaden nennt das Füllstandsmanagement von Kühlschmierstoffen als Anwendung.

F Wie heiß darf der Kühlschmierstoff am Messpunkt sein?

Das Standardmodell der Modellreihe FD-H arbeitet bis 85 °C Rohroberflächentemperatur, die Schlauchausführung bis 100 °C. Für heißere Medien gibt es eine Hochtemperaturausführung bis 180 °C, deren Anzeigeeinheit oberhalb von 140 °C getrennt montiert wird. In der dokumentierten Anwendung an einer Aufbereitungsanlage hat die Emulsion rund 20 °C.

F Eignet sich ein anklemmbarer Durchflusssensor für Elektrolyt in der elektrochemischen Bearbeitung?

Ein Hersteller elektrochemischer Bearbeitungsanlagen hat die Modellreihe FD-H am Elektrolytkreis getestet und das Ergebnis als ausgezeichnet beschrieben. Der Sensor sitzt außen auf der Leitung und hat keinen Kontakt mit dem Elektrolyten. Ob die Messung an einer bestimmten Anlage stabil ist, zeigt ein Test an der realen Leitung.

F Was gilt für die großen Leitungen einer Zentralanlage?

Der Lineup-Katalog nennt anklemmbare Durchflussüberwachung an Metall- und Kunststoffrohren bis DN200. Emulsionsleitungen von 2 Zoll an einer Aufbereitungsanlage liegen in diesem Bereich. Noch größere Leitungen sind als eigene Messstelle zu klären.

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