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Bestimmungsmethoden zur Überwachung der Kühlschmierstoffkonzentration von Emulsionen / Lösungen

Das Einhalten einer bestimmten Wirkstoff-Konzentration ist von wesentlichem Einfluss auf das Betriebsverhalten der Kühlschmierstoffe und ist daher neben der pH-Wert-Bestimmung eine wichtige Kenngröße.

Die Konzentration eines wassergemischten Kühlschmierstoffes ist während des Einsatzes starken Schwankungen unterlegen. Ursache ist der Ölaustrag über Abrieb, Späne und Werkstück, Öleintrag aus Fremdölen sowie Verdunsten von Wasser.

Damit also die Konzentration des KSS während des Einsatzes in den funktionellen Grenzen bleibt, ist eine regelmäßige Kontrolle der KSS-Konzentration notwendig.

  1. Bestimmung mittels HandrefraktometerFür den praktischen Einsatz vor Ort steht hier die Konzentrationsbestimmung mittels Handrefraktometer zur Verfügung. Mit Refraktometern kann die Bestimmung der Wirkstoff-Konzentration einfach und schnell bestimmt werden.Das Messverfahren beruht auf dem Prinzip der totalen Reflektion von Lichtstrahlen, die unter einem bestimmten Winkel auf die zu untersuchende bzw. messende Flüssigkeitsschicht auftreffen und in Abhängigkeit von der Konzentration gebrochen werden. Bei der Messung ergibt sich eine auf der Skala des Instruments leicht ablesbare Hell-Dunkel-Grenzlinie. Die Konzentration wird aus dem Ablesewert (°Brix) und dem betreffenden Konzentratfaktor oder mittels Diagramm ermittelt.

    Merke: Vor der Probemessung ist ein Null-Linienabgleich mit Wasser durchzuführen. Etwaige Korrekturen sind mit einer Justierschraube am Vorderteil des Handrefraktometers durchzuführen.

    Der Handrefraktometer eignet sich sehr gut für die Konzentrationsbestimmung von Lösungen, da hier zwischen Brechungsindex und KSS-Konzentration eine Linearität über einen breiten Konzentrationsbereich gegeben ist.

    Bei Emulsionen handelt es sich dagegen um ein disperses System, wo die Größe der Öltropfen während des Einsatzes stark variiert. Solange die Emulsion noch nicht lange im Einsatz ist, kann eine recht klare Hell-Dunkel-Grenze im Refraktometer abgelesen werden.

    Während des Gebrauchs werden die Emulsionen aber zusehends gröber dispers. Durch das Okular des Handrefraktometers sieht man dann ein mehr oder weniger diffus sichtbares Bild, was zu Fehlinterpretationen der „wahren“ Konzentration führen kann.

    Abhilfe schafft hier entweder die Zugabe eines speziell festgelegten Stützemulgators oder eine Verdünnung der KSS-Emulsion durchzuführen.

  2. Konzentrationsbestimmung mittels SäurespaltungIm Gegensatz zu der Bestimmung mit dem Handrefraktometer handelt es sich hier um eine Labormethode. Bei dieser Methode (DIN 51368) wird die Ölmenge bzw. der mit Säure abscheidbare Anteil gemessen.Diese Methode kann angewandt werden, wenn die Bestimmung mittels Refraktometer zu Fehlinterpretationen führen kann. Ein Problem bei dieser Bestimmung ist, dass auch Fremdöle mit erfasst werden, was die Konzentrationsbestimmung ungenauer werden lässt.
  3. Konzentrationsbestimmung mittels HCl-TitrationHier wird die alkalische Emulsion/Lösung mit einer meist 0,1 N oder 0,5 N Salzsäurelösung bis zum Farbumschlag bzw. best. Säurewert titriert. Der Verbrauch in ml, multipliziert mit dem spezifischen Faktor ergibt die KSS-Konzentration. Diese Methode wird üblicherweise im Labor durchgeführt, es gibt aber auch entsprechende Testkits.Die Säure-Titration ist natürlich umso genauer, je besser die pH-Wert-Abpufferung (aminhaltig) der KSS-Emulsion ist. Die Methode ist stark vom pH-Wert abhängig. Äußere Einflüsse oder Zugaben (Eintrag saurer Stoffe, hohe mikrobielle Belastung, Zugaben an Bioziden, Alkalisierungsmittel, etc.) können daher zu falschen Ergebnissen führen.

    Diese Methode sollte daher nur bei aminhaltigen KSS-Emulsionen angewendet werden.

  4. Konzentrationsbestimmung über ElementgehaltDieses Verfahren ist nur im Labor möglich. Basis dieses Verfahrens sind bestimmte Leitsubstanzen in dem KSS, die mittels instrumenteller Meßanalytik (z.B. AAS, AES-ICP) bestimmt werden. Für borsäurehaltige KSS eignet sich daher Bor als Leitelement. Für aminfreie KSS wird zumeist Kalium genommen, wobei der Einfluss durch kaliumhaltige Fremdstoffe größer ist als bei Bor. Andererseits neigen auch borsäurehaltige Produkte dazu, Borate auszufällen.

Fazit: Für KSS-Lösungen eignet sich die Konzentrationsbestimmung mittels Handrefraktometer als die geeignetste Methode. Für KSS-Emulsionen ist diese Methode grundsätzlich auch geeignet. Bei KSS-Emulsionen, die schon länger im Gebrauch sind und ein diffuses Refraktometerbild erzeugen, ist neben der Refraktionsbestimmung evtl. noch eine andere Methode zu Hilfe zu ziehen.

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