Kühlschmierstoffemulsionen spielen beim Drahtziehen und bei anderen Metallumformprozessen eine wesentliche Rolle. Bei den hohen Ziehgeschwindigkeiten und Umformgraden in der Kabel- und Drahtherstellung entsteht erhebliche Reibung zwischen dem Draht und den Ziehwerkzeugen. Eine wirksame Schmierung reduziert diese Reibung, während die Kühlung die entstehende Wärme abführt und dazu beiträgt, stabile Prozessbedingungen sowie eine gleichbleibende Drahtqualität sicherzustellen. Aus diesem Grund ist die Überwachung der Kühlschmierstoffkonzentration beim Drahtziehen wichtig, um die Kühlschmierstoffemulsion innerhalb ihres definierten Arbeitsbereichs zu halten. Kühlschmierstoffemulsionen bestehen typischerweise hauptsächlich aus Wasser in Kombination mit Schmieröl, Emulgatoren, Lösungsmitteln wie Alkoholen, Entschäumern, Bioziden und weiteren Additiven. Je nach Anwendung liegen typische Konzentrationen beim Drahtziehen bei etwa 2–10 %. Bereits vergleichsweise geringe Abweichungen von der Sollkonzentration können die Schmierleistung, Kühlwirkung, Werkzeugstandzeit, Produktqualität und Betriebskosten beeinflussen. Eine kontinuierliche Prozessüberwachung und eine zuverlässige Überprüfung im Labor bilden daher eine wichtige Grundlage für eine effiziente und reproduzierbare Drahtherstellung.

Warum ist die Kühlschmierstoffkonzentration beim Drahtziehen wichtig?

Die Kühlschmierstoffkonzentration beeinflusst unmittelbar das Verhältnis zwischen Schmierung und Kühlung während des Drahtziehens. Ist die Konzentration zu niedrig, kann die Schmierleistung abnehmen. Dies kann zu erhöhtem Werkzeugverschleiß und zu Oberflächenfehlern am hergestellten Draht beitragen. Ist die Konzentration hingegen zu hoch, wird möglicherweise mehr Kühlschmierstoffkonzentrat verbraucht als erforderlich, wodurch die Betriebs- und Produktionskosten steigen. Schwankungen der Kühlschmierstoffkonzentration können daher folgende Auswirkungen haben:

• Verringerte Schmier- oder Kühlleistung
• Erhöhter Verschleiß der Ziehwerkzeuge
• Oberflächenfehler und uneinheitliche Drahtqualität
• Übermäßiger Verbrauch von Kühlschmierstoffen
• Höhere Produktionskosten
• Weniger stabile Prozessbedingungen
• Erhöhter Aufwand für die manuelle Prozesskontrolle

Eine zuverlässige Messung der Kühlschmierstoffkonzentration hilft Anwendern, solche Veränderungen frühzeitig zu erkennen und die Emulsion entsprechend anzupassen.

Warum verändert sich die Kühlschmierstoffkonzentration während des Drahtziehens?

Während des Betriebs bleibt die Zusammensetzung des Kühlschmierstoffs nicht konstant. Verschleppungsverluste, Wasserverdunstung und Ölaustrag können die Konzentration der Emulsion verändern. Eine regelmäßige Überwachung ist daher erforderlich, um Abweichungen zu erkennen und die erforderlichen Prozessbedingungen wiederherzustellen.

Wie wird die Kühlschmierstoffkonzentration mit einem Refraktometer gemessen?

Refraktometrie ist eine weit verbreitete Methode zur Bestimmung der Konzentration von Kühlschmierstoffemulsionen. Mit einem Refraktometer lässt sich die Kühlschmierstoffkonzentration messen und zuverlässig kontrollieren. Wer den Kühlschmierstoff prüfen möchte, kann mithilfe der Refraktometrie die Konzentration bestimmen und mit dem vorgegebenen Sollbereich vergleichen. Dabei wird der Brechungsindex der Emulsion gemessen und als Brix-Wert angegeben. Dieser Wert wird anschließend mit einem kühlschmierstoffspezifischen Refraktometerfaktor multipliziert, um die tatsächliche Kühlschmierstoffkonzentration zu bestimmen. Traditionell wird diese Messung häufig mit Handrefraktometern durchgeführt. Obwohl diese für grundlegende Kontrollmessungen geeignet sind, weisen manuelle Messungen einige Einschränkungen auf. Sie erfordern eine Probenahme sowie die Beteiligung eines Bedieners und können durch Temperaturschwankungen oder eine hohe Trübung des Kühlschmierstoffs beeinflusst werden. Metallpartikel, Abriebprodukte und mikrobielle Verunreinigungen können konventionelle Messungen zusätzlich beeinträchtigen. Insbesondere bei höher konzentrierten oder stark verunreinigten Emulsionen liefern Messungen mit Handrefraktometern daher unter Umständen nur einen Näherungswert der tatsächlichen Konzentration.

Wie messen Laborrefraktometer die Kühlschmierstoffkonzentration?

Refraktometer für Kühlschmierstoffe ermöglichen eine präzise Bestimmung der Konzentration und eignen sich sowohl für die Qualitätskontrolle als auch für die Überprüfung von Prozessmessungen. Laborrefraktometer bieten eine präzise Referenzmethode zur Überprüfung der Kühlschmierstoffkonzentration und unterstützen die routinemäßige Qualitätskontrolle. Im Vergleich zu Messungen mit Handrefraktometern bieten stationäre Laborrefraktometer eine höhere Genauigkeit. Gleichzeitig reduzieren kontrollierte Laborbedingungen Einflüsse wie Temperaturschwankungen und subjektive Ablesefehler. Laborrefraktometer von SCHMIDT + HAENSCH können unter anderem für folgende Anwendungen eingesetzt werden:

• Herstellung und Überprüfung frischer Kühlschmierstoffemulsionen
• Routinemäßige Konzentrationskontrollen während der Produktion
• Validierung von Inline-Messungen
• Untersuchung von Abweichungen der Kühlschmierstoffkonzentration
• Qualitätssicherung und Prozessdokumentation

Eine temperaturkontrollierte Messung ist besonders vorteilhaft, da Proben unter definierten Bedingungen analysiert werden können. Laborrefraktometer liefern somit zuverlässige Referenzdaten zur Beurteilung des Kühlschmierstoffzustands und zur Überprüfung, ob der erforderliche Konzentrationsbereich eingehalten wird.

Wie kann die Kühlschmierstoffkonzentration während des Drahtziehens kontinuierlich überwacht werden?

Während Labormessungen eine präzise Überprüfung ermöglichen, ist das Drahtziehen ein kontinuierlicher Prozess, bei dem sich die Kühlschmierstoffkonzentration während des Betriebs verändern kann. Mithilfe der Inline-Refraktometrie lassen sich diese Veränderungen direkt im zirkulierenden Kühlschmierstoff überwachen, ohne sich ausschließlich auf periodische manuelle Probenahmen verlassen zu müssen. Der SCHMIDT + HAENSCH iCS² CL Inline-Konzentrationssensor für Kühlschmierstoffe misst den Brechungsindex direkt im Prozessstrom und liefert kontinuierlich Informationen über die Kühlschmierstoffkonzentration unter realen Betriebsbedingungen. Der iCS² CL wurde speziell für die anspruchsvollen Bedingungen der Metallverarbeitung entwickelt und zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber Verunreinigungen aus. Selbst bei stark verunreinigten Prozessbedingungen unterstützt sein robustes Messsystem eine zuverlässige Konzentrationsüberwachung. Darüber hinaus ist der Sensor für einen wartungsfreien Betrieb ausgelegt, wodurch der Wartungsaufwand minimiert und eine hohe Anlagenverfügbarkeit unterstützt werden kann. Durch die kontinuierliche Messung lassen sich Abweichungen unmittelbar erkennen, sodass die Zusammensetzung des Kühlschmierstoffs korrigiert werden kann, bevor Konzentrationsänderungen die Schmierung, Kühlung oder Drahtqualität wesentlich beeinträchtigen. Für Anwendungen, die einen größeren Temperaturbereich erfordern, kann das iPR C² Inline-Prozessrefraktometer als alternative Inline-Lösung eingesetzt werden.

Wo sollte ein Inline-Refraktometer in einem Drahtziehprozess installiert werden?

Abhängig vom Aufbau der Produktionsanlage können Inline-Refraktometer an unterschiedlichen Stellen des Kühlschmierstoffsystems integriert werden, darunter:

• Direkt im Kühlschmierstoffkreislauf
• In der Hauptprozessleitung
• In einer Bypass-Leitung für eine flexible Integration
• An ausgewählten Messstellen innerhalb des Kühlschmierstoff-Aufbereitungssystems

Eine Installation im Bypass kann zusätzliche Flexibilität bei der Integration des Messsystems in eine bestehende Produktionslinie bieten. VARINLINE®-Gehäuse mit unterschiedlichen Anschlüssen und Durchmessern ermöglichen die Anpassung des Messsystems an verschiedene Einbaubedingungen.

Wie kann die Kühlschmierstoffkonzentration automatisch geregelt werden?

Inline-Refraktometer von SCHMIDT + HAENSCH können auch direkt in die Anlagensteuerung integriert werden. Dadurch lassen sich definierte obere und untere Konzentrationsgrenzen kontinuierlich überwachen. Über- oder unterschreitet die Kühlschmierstoffkonzentration den festgelegten Bereich, kann die Prozesssteuerung automatisch eine entsprechende Nachdosierung einleiten. Je nach Bedarf können Wasser oder Kühlschmierstoffkonzentrat zugegeben werden, um das gewünschte Mischungsverhältnis wiederherzustellen und die Kühlschmierstoffemulsion innerhalb des vorgegebenen Konzentrationsbereichs zu halten. Dies ermöglicht eine Konzentrationsregelung im geschlossenen Regelkreis, erhöht den Automatisierungsgrad des Prozesses deutlich, reduziert den Bedarf an manuellen Eingriffen und trägt dazu bei, über den gesamten Produktionsprozess hinweg stabile Schmier- und Kühlbedingungen aufrechtzuerhalten.

Wie funktioniert der Drahtziehprozess?

Beim Drahtziehen wird ein metallisches Halbzeug durch ein oder mehrere Ziehwerkzeuge gezogen. Mit jedem Ziehschritt wird der Querschnitt des Materials reduziert, während gleichzeitig seine Länge zunimmt. Die Kombination aus hohen Ziehgeschwindigkeiten, Materialumformung und dem Kontakt mit den Ziehwerkzeugen erzeugt Reibung und Wärme, die während des gesamten Prozesses kontrolliert werden müssen. Der Prozess umfasst typischerweise folgende Schritte:

• Zuführung des Drahtes oder metallischen Halbzeugs in die Ziehanlage
• Führen des Materials durch ein oder mehrere Ziehwerkzeuge zur schrittweisen Reduzierung seines Querschnitts
• Zufuhr der Kühlschmierstoffemulsion zur Ziehzone, um Schmierung und Wärmeabfuhr sicherzustellen
• Kontinuierliche Zirkulation des Kühlschmierstoffs durch das System
• Überwachung und Anpassung der Kühlschmierstoffkonzentration zur Aufrechterhaltung stabiler Betriebsbedingungen
• Weiterverarbeitung oder Wärmebehandlung des gezogenen Drahtes nach Bedarf

Welche Vorteile bietet die kontinuierliche Überwachung der Kühlschmierstoffkonzentration?

Die kontinuierliche Inline-Überwachung der Kühlschmierstoffkonzentration kann folgende Vorteile bieten:

• Echtzeitüberwachung der Kühlschmierstoffkonzentration
• Sofortige Erkennung von Konzentrationsabweichungen
• Stabilere Schmier- und Kühlbedingungen
• Gleichbleibende Draht- und Bauteilqualität
• Reduzierter Verschleiß der Ziehwerkzeuge
• Längere Standzeiten von Werkzeugen und Kühlschmierstoffemulsionen
• Reduzierter Aufwand für manuelle Probenahmen und Personal
• Geringeres Risiko bedienerabhängiger Messfehler
• Optimierter Verbrauch von Kühlschmierstoffen
• Reduzierte Produktionskosten
• Stabilere und reproduzierbarere Produktionsbedingungen