Methoden der Rauheitsmessung

Die Rauheitsmessung ermöglicht es, ein Substrat hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Funktion und Verschleißverhalten zu beurteilen. Die Messung der Oberflächenrauheit ist weitgehend nach internationalen Normen wie der DIN EN ISO 4287 standardisiert. Die Messverfahren lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen.

Subjektive Rauheitsmessung

Subjektive Methoden nutzen die Sinneswahrnehmung oder Vergleichsmuster zum Einschätzen der Rauheit einer Funktionsfläche. Typische Verfahren sind:

• Finger- oder Fingernageltest: Menschen sind in der Lage, erstaunlich kleine Unterschiede auf einem Substrat zu fühlen. Die Methode ist jedoch nicht reproduzierbar.
• Visuelle Beurteilung: Durch „Gegen-das-Licht-Halten“ werden Riefen, Schleifspuren und Glanzunterschiede erkennbar.
• Vergleichsplatten (Rauheitsnormal): Genormte Musterplatten mit definierten Rauheitswerten werden neben das Substrat gehalten. Dieses Verfahren ist halbsubjektiv, weil die Referenz objektiv ist, die Wahrnehmung jedoch nicht.

Diese Verfahren sind sehr schnell und überall einsetzbar, da sie keine Geräte erfordern. Allerdings sind sie nicht normgerecht und stark von den Lichtverhältnissen sowie der Erfahrung und Tagesform des Prüfers abhängig. Zudem erlauben sie keine quantitativen Messungen, etwa zum Ra-Wert oder zum Rz-Wert.

Objektive Rauheitsmessung

Bei den objektiven Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenrauheit werden mechanisch-taktile und optische Methoden unterschieden. Bei ersteren steht das Tastschnittverfahren (Profilometer) im Vordergrund. Hierbei fährt ein Diamant-Taster über die Funktionsfläche und erfasst typische Rauheitskennwerte wie den Ra-Wert, die gemittelte Rautiefe oder für die Tribologie wichtige Größen wie die Kerntiefe (Rk), die gemittelte Rauheitskuppenhöhe (Rpk) oder die gemittelte Riefentiefe (Rvk).

Zu den bedeutendsten optischen Verfahren zählen:

• Konfokale Mikroskopie: erzeugt ein hochaufgelöstes 3D-Oberflächenprofil
• Weißlichtinterferometrie: extrem präzise und daher ideal für sehr glatte Oberflächen (z. B. Optik, Halbleiter)
• Laser-Scanning / Fokusvariation: gut für raue und komplexe Geometrien
• Rasterkraftmikroskopie (englisch: atomic/scanning force microscope, kurz: AFM): kommt bei Nanostrukturen zur Anwendung, beispielsweise in der Materialforschung

Die Vorteile der objektiven Rauheitsmessung liegen in normgerechten, reproduzierbaren Messwerten. Sie eignet sich für die Dokumentation, die Qualitätssicherung und die Forschung und ermöglicht sowohl 2D- als auch 3D-Analysen. Es gibt aber auch einige Nachteile wie hohe Kosten und die Empfindlichkeit gegenüber Schmutz und Vibrationen. Tastschnittverfahren messen zudem nur eine Linie, nicht die gesamte Funktionsfläche, während optische Verfahren bei transparenten und stark reflektierenden Oberflächen an ihre Grenzen stoßen können. Einen breiteren Überblick über Prüfmethoden bietet unser Artikel zu den

Verfahren der Oberflächenanalyse.

Viele Unternehmen der Metallbearbeitung selektieren mit subjektiven Methoden vor, bevor sie das Tastschnittverfahren mit Profilometer oder optische Systeme einsetzen.

Die wichtigsten Rauheitskennwerte im Überblick

Bei der Erfassung der Oberflächenrauheit kommen verschiedene Rauheitskennwerte zum Tragen, die entlang einer festgelegten Messlänge gemessen werden. Was jeweils als rau anzusehen ist, wird durch die sogenannte Grenzwellenlänge definiert.

Ra-Wert (Mittenrauwert)

Beim Ra-Wert handelt es sich um den arithmetischen Mittelwert der Beträge aller Profilabweichungen entlang der Messstrecke. Der Mittenrauwert sagt nichts über die Verteilung der Rauheit über die Messlänge hinweg aus, sondern nur über das durchschnittliche Rauheitsprofil. Der Ra-Wert ist Standard auf technischen Zeichnungen und das Kürzel nach DIN EN ISO 4287 genormt. Eingesetzt wird er zum Beispiel bei Lieferantenvergleichen und zur Prozessüberwachung.

Rz-Wert (gemittelte Rautiefe)

Der Rz-Wert ist vor allem in der Automobilindustrie verbreitet. Er wird ermittelt, indem eine Messstrecke in fünf Einzelmessstrecken unterteilt, für jede die Rautiefe gemessen und aus den Ergebnissen der Durchschnittswert gebildet wird. Die Länge der Gesamtmessstrecke entspricht dabei üblicherweise dem Fünffachen der Grenzwellenlänge.

Bei Wiederholungsmessungen ist die gemittelte Rautiefe weniger stabil als der Ra-Wert. Relevant ist der Rz-Wert in Bereichen, wo sich Spitzen und Täler auf die Funktion auswirken, etwa bei Zylinderlaufflächen, Ventilsitzen oder Dichtflächen.

Rmax (maximale Profilhöhe)

Rmax ist die größte einzelne Profilhöhe auf der gesamten Messlänge. Der Wert zeigt zum Beispiel einen tiefen Kratzer, einen Gussfehler oder eine Beschädigung. Er ist bei sicherheitskritischen Bauteilen von Belang, bei denen kein einziger Defekt akzeptabel ist.

Bedeutung der Oberflächenrauheit in der Oberflächentechnik

Die Rauheit von Werkstückoberflächen beeinflusst die Auswahl, die Auslegung und die Wirksamkeit einer Vorbehandlung wie Strahlen, Schleifen oder den Auftrag einer Lack- oder Konversionsschicht. Daher gilt sie als zentraler Stellhebel der Oberflächentechnik. Praktische Konsequenzen für die Metallbearbeitung ergeben sich vor allem in diesen Bereichen:

Tribologie: Reibung, Schmierung und Verschleiß

Die Oberflächenrauheit ist ein entscheidender Faktor in der Tribologie. Sehr glatte Flächen verhindern die Ausbildung stabiler Schmierfilme, während rauere die Kontaktrauheit und Spitzenbelastungen verstärken. Um ein bestmögliches Rauheits- und Reibungsverhalten zu erreichen, werden je nach Anforderungen verschiedene Verfahren der Vorbehandlung (z. B. Honen, Läppen, Strahlen oder Schleifen) und spezielle Beschichtungen (z. B. DLC-Coating) eingesetzt.

Korrosionsschutz

Bei rauen Oberflächen ist die Kontaktfläche zu schädigenden Einflüssen größer. Das kann den Korrosionsprozess beschleunigen. Glatte Oberflächen bieten hingegen weniger Angriffspunkte für Korrosionsmedien. Das Aufbringen einer Konversionsschicht, oft in Verbindung mit einer Lackierung, vermindert die Oberflächenrauheit und trägt damit zu einem besseren Korrosionsschutz bei.

Haftung von Beschichtungen und Klebungen

Die Oberflächenrauheit steuert die Benetzbarkeit und die mechanische Verzahnung. Ein gewisser Rauheitsgrad verbessert die Haftfestigkeit. Um das Oberflächenprofil für Oberflächenbehandlungen wie Lackierung, Klebung oder den Auftrag einer Konversionsschicht zu optimieren, wird in aller Regel eine Vorbehandlung (z. B. Strahlen, Schleifen, chemische Aktivierung) durchgeführt.

Dichtheit und Abdichtung

Dichtflächen benötigen eine definierte Oberflächenbeschaffenheit, damit Dichtmaterialien die Poren optimal verschließen. Eine zu hohe Oberflächenrauheit führt zu Leckagen, eine zu geringe beeinträchtigt die Dichtungsfunktion. Zeichnungsspezifikationen für Dichtflächen enthalten oft einen expliziten Ra-/Rz-Wert und Hinweise auf eine gegebenenfalls erforderliche Nachbearbeitung.

Optische und funktionale Oberflächen

Rauheit auf Mikro- bis Nanometerskala bestimmt Glanz, Streuung und taktile Wahrnehmung. Funktionale Effekte wie Hydrophobie und Anti-Fingerprint-Eigenschaften werden ebenfalls über Mikro- und Nanostrukturen erzeugt. Oft werden in der Oberflächentechnik Kombinationen aus Präzisionsbearbeitung und Beschichtung genutzt, um die gewünschten optischen und/oder funktionalen Spezifika zu erzielen.

Folgeprozesse der additiven Fertigung

Additiv gefertigte Bauteile weisen oft charakteristische Rauheitsmuster auf, die sich auf Nachbearbeitungsschritte und die Eignung bestimmter Verfahren der Oberflächentechnik auswirken. Prozessketten in der Metallbearbeitung werden daher so geplant, dass die Oberflächenrauheit auf ein für Beschichtung und Funktion geeignetes Niveau gebracht wird. Dabei wird die Grenzwellenlänge gezielt eingesetzt, um prozessbedingte Strukturen im Oberflächenprofil zu identifizieren.

Oberflächenrauheit als Schlüsselfaktor für Funktion und Qualität technischer Bauteile

Die Oberflächenrauheit wirkt sich maßgeblich auf die Funktion und Haltbarkeit sowie das Reibungs- und Korrosionsverhalten von Substraten aus. Als Kenngröße der Oberflächenbeschaffenheit ist sie ein entscheidender Faktor zur Qualitätssicherung in der Fertigungstechnik. Eine präzise Festlegung und Messung von Rauheitskennwerten wie Mittenrauwert oder Rautiefe gemäß ISO-Normen wie DIN EN ISO 4287 ist unerlässlich, um Funktionalität und Zuverlässigkeit eines Bauteils sicherzustellen. Welche Prozessparameter dabei neben der Rauheit eine Rolle spielen, hängt vom jeweiligen Verfahren und den Anforderungen an das Endprodukt ab.

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In modernen Industrieanwendungen ist hochfester Stahl unverzichtbar, insbesondere dort, wo hohe Tragfähigkeit, strukturelle Stabilität und ein geringes Gewicht bei maximaler Sicherheit gefordert sind. Seine enorme Belastbarkeit erkauft er sich jedoch mit einer kritischen Schwachstelle: Er reagiert besonders empfindlich auf atomaren Wasserstoff. Eine galvanische Verzinkung erzielt bei dieser Werkstoffgruppe keinen ausreichenden Schutz gegen Wasserstoffversprödung. Die entscheidende technische Lösung bietet die Zinklamellenbeschichtung, bei der systembedingt kein Wasserstoff in das Metallgefüge gelangt.

Zinklamellenbeschichtung im Überblick: Verfahren, Aufbau, Wirkungsweise

Bei einer Zinklamellenbeschichtung handelt es sich um einen nicht-elektrolytisch aufgetragenen Korrosionsschutz, der aus einer Mischung mikroskopisch kleiner Zink- und Aluminiumlamellen besteht. Diese Plättchen liegen dachziegelartig übereinander und werden durch ein anorganisches Bindemittel zusammengehalten.

Anders als die galvanische Verzinkung erfolgt der Auftrag nicht unter Einfluss von elektrischem Strom in einem Elektrolyt-Bad. Stattdessen wird das Zink in Form loser Partikel oder Flocken auf das Bauteil aufgebracht. Kleine Teile wie Schrauben werden hierzu meist im sogenannten Tauchschleuderverfahren behandelt: Sie werden in das Beschichtungsmedium getaucht und anschließend in einer Zentrifuge geschleudert, um überschüssiges Material gleichmäßig abzuwerfen. Größere Bauteile werden im Spritzverfahren beschichtet. Tauchen und Spin-Coating sind ebenfalls möglich. Nach dem Auftrag geht es in einen Ofen, wo die Schicht bei circa 200 bis 240 °C eingebrannt wird. Durch die hohen Temperaturen härtet sie aus, wobei sie sich fest mit der Oberfläche vernetzt.

Häufig bestehen Zinklamellenbeschichtungen aus zwei aufeinanderfolgenden Schichten:

• Basecoat: Das ist die eigentliche Zinklamellenbeschichtung. Direkt auf das zu behandelnde Substrat aufgebracht, bestimmt diese Grundschicht aus Zink- und Aluminiumlamellen die Korrosionsschutzeigenschaften.
• Topcoat: Die optionale zweite Lage ergänzt den Schichtaufbau um zusätzliche Eigenschaften (z. B. Farbe, chemische Beständigkeit, ein exaktes Anzugsmoment bei Schrauben, definierte Reibungszahlanforderungen).

Dieses Beschichtungssystem bewirkt einen zweifachen Schutz. Zum einen bilden die flachen Lamellen eine Barriere, die Feuchtigkeit und Sauerstoff vom Stahl fernhält. Zum anderen opfert sich das Zink wie bei der klassischen Verzinkung als „Anode“, um den Stahl auch bei leichten Beschädigungen der Schicht möglichst lange vor Rost zu schützen (kathodischer Schutz).

Eigenschaften und Vorteile von Zinklamellenbeschichtungen

Zinklamellen-Systeme vereinen physikalische Schutzbarrieren mit elektrochemischen Eigenschaften. Die wichtigsten Leistungsmerkmale im Überblick:

• sehr guter Korrosionsschutz (240 bis 1.500 h im Salzsprühnebeltest, je nach Anforderung und Schichtdicke)
• verzögerte Rot- und Weißrostbildung sowie Kontaktkorrosion
• Temperaturbeständigkeit (je nach Beschichtungssystem 180 bis 300 °C)
• Chemikalienbeständigkeit (Säuren, Basen, Reiniger, Benzin, Öle)
• gute Reibungseigenschaften für Verbindungselemente wie Schrauben und Muttern
• kein Warmlöseverhalten
• keine Gefahr von Wasserstoffversprödung bei hochfesten Verbindungselementen (z. B. Automobilschrauben)
• elektrische Leitfähigkeit
• Schichtdicke oft nur zwischen 5 und 15 µm (bei Bedarf bis 25 µm)

Der Hauptvorteil der Zinklamellenbeschichtung liegt in der Vermeidung der Wasserstoffversprödung. Hiervon profitiert vor allem hochfester Stahl: Bauteile behalten ihre volle statische und dynamische Festigkeit ohne das Risiko plötzlicher Sprödbrüche. Damit ist das Verfahren überall dort gefragt, wo galvanische Verfahren wegen der Gefahr eines Wasserstoffeintrags ausscheiden.

Durch gezielt formulierte Topcoats lassen sich die Reibungszahlen exakt definieren, was für die automatisierte Montage von Verbindungselementen wie Automobilschrauben unerlässlich ist. Zudem bilden Zinklamellen-Systeme eine hervorragende Basis für anschließende Lackierungen oder Pulverbeschichtungen. Moderne Formulierungen sind Cr(VI)-frei und erfüllen gängige Umweltnormen wie REACh oder RoHS.

Einsatzgebiete für Zinklamellenbeschichtungen

Der Korrosionsschutz mittels Zinklamellen hat sich in zahlreichen Branchen etabliert. Er ist überall dort Standard, wo extreme Belastbarkeit, Maßhaltigkeit und Sicherheit gegen Bauteilversagen gefragt sind.

Automobilindustrie

Hier ist die Beschichtung mit Zinklamellen für sehr viele sicherheitsrelevante Teile vorgeschrieben, etwa für Verbindungselemente wie Schrauben (z. B. Zylinderkopfschrauben), Muttern und Bolzen, für Fahrwerk und Bremsen (Federn, Bremsscheiben-Töpfe, Clips und Halterungen, die Spritzwasser und Streusalz standhalten müssen) sowie für Bauteile im Motorraum, die hohen Temperaturen und aggressiven Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Da moderne Formulierungen Cr(VI)-frei sind, erfüllen sie zudem die strengen Vorgaben der Altfahrzeugverordnung.

Bauindustrie und Infrastruktur

In diesen Branchen bietet der Korrosionsschutz mit Zinklamellen vor allem dort Vorteile, wo die Wartung schwer zugänglicher Bauteile schwierig und teuer wäre. Typische Anwendungen finden sich im Stahlbau (z. B. Schraubverbindungen in Brücken oder Masten), in der Photovoltaik (Montagegestelle und Verbindungselemente für Solarparks) sowie im Tunnelbau (Befestigungselemente in feuchtem, chemisch aggressivem Umfeld).

Erneuerbare Energien (Windkraft)

Windkraftanlagen, insbesondere Offshoreanlagen, unterliegen extremen Witterungsbedingungen. Hier kommt der Korrosionsschutz mit Zinklamellen unter anderem bei massiven, hochfesten Rotorblatt-Bolzen zum Tragen, bei denen ein plötzlicher Sprödbruch fatale Folgen hätte, sowie bei Turmverbindungen, deren Verbindungselemente enorme mechanische Spannungen aushalten müssen.

Maschinen- und Anlagenbau

In dieser Branche bieten sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Typische Beispiele sind Land- und Forstmaschinen, deren Bauteile in direktem Kontakt zu Düngemitteln, Erde und Feuchtigkeit stehen, Schienenfahrzeuge mit Sicherungselementen im Fahrwerk und an den Waggon-Kupplungen sowie elektrotechnische Anwendungen wie Erdungselemente und Kleinteile in Schaltschränken, bei denen dauerhafter Korrosionsschutz die elektrische Leistungsfähigkeit sichern und einen Anstieg der Übergangswiderstände verhindern muss.

Die Rolle von Vorbehandlung und Haftvermittlung bei der Zinklamellenbeschichtung

Zinklamellen-Systeme können ihre volle Leistungsfähigkeit nur dann entfalten, wenn sie optimal auf der Bauteiloberfläche haften und beständig gegen Unterwanderung sind. Die Voraussetzung dafür schafft eine sorgfältige Vorbereitung der Metalloberfläche. Die Kluthe GmbH hat hierfür zwei hochwertige Produktreihen im Programm.

DECORRDAL

Die chemische Konversionsbehandlung mit DECORRDAL sorgt für eine mikroraue, hochreaktive Oberfläche, an der die Zinklamellen chemisch perfekt anbinden können. In der Praxis wird für hochfeste Schrauben meist eine Zinkphosphatierung (z. B. aus der 500er-Serie) gewählt, da sie die beste Kombination aus Maßhaltigkeit und mechanischer Verzahnung für die anschließende Beschichtung bietet. Bei modernen Fertigungslinien mit Fokus auf Energieeffizienz rücken die Dünnschicht-Verfahren der 900er-Serie immer stärker in den Vordergrund. Beide DECORRDAL-Serien sind komplett chromfrei und bilden damit eine ökologische Grundlage für den Schichtaufbau. Da auch moderne Zinklamellen-Systeme chromfrei sind, erfüllt somit die gesamte Prozesskette höchste Umweltstandards.

SUPRABOND

SUPRABOND spielt bei der Vorbereitung für den Korrosionsschutz mit Zinklamellen eine doppelte Rolle. Es dient einerseits als leistungsstarker Haftvermittler, der die dauerhafte Verbindung zwischen Metall und Lamellen sicherstellt, und agiert andererseits als essenzieller Prozesshilfsstoff, der eine fehlerfreie und effiziente Applikation im industriellen Maßstab gewährleistet. Die Produkte der SUPRABOND-Serie ermöglichen ebenfalls chromfreie Korrosionsschutzsysteme.

Dass der konsequent chromfreie Schichtaufbau keine Kompromisse bei der Widerstandsfähigkeit erfordert, belegen die Ergebnisse im standardisierten Salzsprühnebeltest. Während herkömmliche Verfahren bei hochfesten Bauteilen oft an ihre Grenzen stoßen, überzeugen chromfreie Zinklamellen-Systeme mit Standzeiten, die deutlich über den Marktanforderungen liegen.

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Überarbeitungen sind die Regel beim Umgang mit Gefahrgütern

Neue Gefahrgüter und technische Entwicklungen führen immer wieder dazu, dass bestehende Vorgaben an ihre Grenzen stoßen. Deshalb wird das ADR wie auch das RID und das ADN im Zwei-Jahres-Rhythmus überarbeitet. Das ADR 2025 wird schon bald durch die Fassung 2027 abgelöst. Um die neue Anpassungswelle gezielt und effizient angehen zu können, sollten betroffene Unternehmen prüfen, ob alle Gefahrgutvorschriften des ADR 2025 vollständig in die Betriebsabläufe eingebunden wurden.

Was genau ist das ADR 2025?

ADR ist die Kurzform für „Accord européen relatif au transport international des marchandises dangereuses par route“, zu Deutsch: Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße. Zusammen mit dem ADN-Abkommen für die Binnenschifffahrt und dem RID-Standard für die internationale Eisenbahnbeförderung bildet es ein weltweit geltendes Regelwerk für den Gefahrguttransport, einschließlich Klassifizierung, Verpackung und Kennzeichnung.

Darüber hinaus dient das ADR als Grundlage für nationale Richtlinien und Verordnungen, in Deutschland zum Beispiel für die RSEB (Richtlinien zur Durchführung der Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt) und die GGVSEB (Verordnung über die innerstaatliche und grenzüberschreitende Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße, mit Eisenbahnen und auf Binnengewässern).

Das ADR 2025 trat am 1. Januar 2025 in Kraft und ist seit dem 1. Juli 2025 verbindlich für den Gefahrguttransport anzuwenden. Die RSEB und die GGVSEB wurden entsprechend angepasst.

Die wichtigsten Änderungen des ADR 2025 im Überblick

Die Änderungen des ADR 2025 wirken sich auf alle zentralen Bereiche des Gefahrguttransports aus. Die für den Chemikalientransport relevanten Passagen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Allgemeine Gefahrgutvorschriften

Einige im ADR 2025 festgeschriebene Neuerungen betreffen den Gefahrguttransport durch Privatpersonen. So gilt die Freistellung gemäß 1.1.3.1 a) jetzt auch für die Beförderung von Rückständen gefährlicher Güter. Diese müssen nicht mehr in der Originalverpackung transportiert werden. Private Fahrten zum Wertstoffhof sind somit klar geregelt.

Für den Transport von Gefahrgut in begrenzten Mengen (LQ) wurde die Unterweisungspflicht klarer definiert. Abschnitt 8.2.3. des ADR 2025 regelt, dass alle Beteiligten nach Kapitel 1.3 ADR zu unterweisen sind.

Die Terminologie „Füllungsgrad“ und „Füllfaktor“ wurde im gesamten ADR einheitlich gestaltet. Füllfaktor bezieht sich auf das Befüllen mit Gas, Füllungsgrad auf die Befüllung mit Flüssigkeiten oder Feststoffen. Der Füllfaktor definiert das Verhältnis zwischen der Gasmasse und der Wasserkapazität eines Behälters bei einer Temperatur von 15 °C.

Klassifizierungsvorschriften

Mehrere Änderungen gibt es bei den organischen Peroxiden der Gefahrgutklasse 5.2. Unter anderem wurde bei den UN-Nummern die 3109 für Dibenzoylperoxid in flüssiger Typ-F-Zubereitung ergänzt. Die bestehenden Gefahrgutvorschriften für diese Chemikalien bleiben unverändert, die Ergänzung betrifft ausschließlich die Zuordnung in der Stoffliste.

Neue UN-Nummern im Verzeichnis für gefährliche Güter

Mit dem ADR 2025 wurden mehrere neue UN-Nummern in die Tabelle A aufgenommen, um neu bewertete oder erstmals regulierte Stoffe abzubilden. Dazu gehören:

• UN 3553: Disilan (gilt als selbstentzündlich)
• UN 3555: Trifluormethyltetrazol-Natriumsalz in Aceton mit mindestens 68 Masse-% Aceton (ein thermisch instabiler Stoff mit hohem Lösemittelanteil)
• UN 3560: Tetramethylammonium-Hydroxid in wässriger Lösung mit mindestens 25 % Tetramethylammonium-Hydroxid (eine stark ätzende, reaktive Base, die in höheren Konzentrationen ein deutlich erhöhtes Gefährdungspotenzial aufweist)

Verpackungsvorschriften

Absatz 4.1.1.21.7 enthält neue Verpackungsvorschriften für Polyethylenverpackungen. Gemäß Absatz 2.1.3.5.5 klassifizierte Flüssig-Abfälle dürfen in PE-Verpackungen transportiert werden, wenn sich diese nachweislich für diese Verpackungsgruppe eignen. Die maximale Verwendungsdauer von PE-Verpackungen, die durch Chemikalien geschwächt werden können, wurde von 5 auf 2,5 Jahre verkürzt.

Für die Entsorgungsbranche relevante Änderungen des ADR 2025 finden sich in der Sondervorschrift 650. Es ist jetzt gestattet, Abfälle lösemittelhaltiger Farben (UN 1263) mit Abfällen wasserbasierter Farben (UN 3082) zu mischen und sie gemeinsam unter der UN 1263 zu transportieren.

In 4.1.1.5.3 ADR gibt es Neuerungen bezüglich des Zusammenpackens von Innenverpackungen in einer Außenverpackung.

Gefahrgut-Kennzeichnung und Dokumentation

Die Vorschriften zur Kennzeichnung für den Gefahrguttransport wurden an mehreren Stellen präzisiert. Änderungen betreffen unter anderem die Sondervorschriften für Abfälle gemäß Absatz 5.4.1.1.3 ADR. Zudem wurde die Dokumentation angepasst: Werden chemische Stoffe oder Gemische in Innenverpackungen befördert, die sich gemeinsam in einer Außenverpackung befinden, müssen die Beförderungspapiere für den Straßentransport künftig den Eintrag „Beförderung nach Absatz 4.1.1.5.3“ enthalten.

Übergangsfristen für Verpackungen und Tanks

Ab dem 1. Januar 2027 muss die UN-Codierung auf einem nicht abnehmbaren Bauteil der Verpackung angebracht sein. Vor diesem Zeitpunkt hergestellte Verpackungen, die nicht den bereits geltenden Vorschriften des Unterabschnitts 6.1.3.1 bezüglich des Anbringens der Kennzeichnung auf nicht abnehmbaren Teilen unterliegen, dürfen nach Ende der Übergangsfristen für den Gefahrguttransport weiterverwendet werden.

Für Fässer aus Stahl (6.1.4.1.4 ADR), Aluminium oder einem anderen Metall mit über 60 Litern Fassungsvermögen entfällt die Verpflichtung für Rollsicken oder Rollreifen.

Gefahrguttransport und Handhabung

Sofern ursprünglich enthaltenes Gefahrgut für diese Beförderungsart zugelassen ist, dürfen ungereinigte leere Verpackungen in loser Schüttung transportiert werden. Dabei sind die in Kapitel 3.2, Tabelle A, Spalte (10) oder (17) aufgeführten Anweisungen anzuwenden (siehe Absatz 7.3.1.1 ADR). Neue Anforderungen gelten für den Gefahrguttransport von Abfällen in loser Schüttung im Containersack.

Im Bereich Be- und Entladen wurden die Handhabungsvorschriften für den Gefahrguttransport konkretisiert, insbesondere die CV29 zur aufrechten Stellung von Versandstücken und die CV38 zum sicheren Umgang mit Containersäcken.

Besatzung und Ausstattung von Fahrzeugen für den Gefahrguttransport

Unter Abschnitt 8.1.2.1 und 8.1.2.2 des ASR 2025 aufgeführte Begleitpapiere für gefährliche Güter sind beim Straßentransport im Fahrerhaus der Beförderungseinheit mitzuführen (siehe 8.2.1. ADR).

In europäischen Staaten, die das multilaterale Abkommen M364 unterzeichnet haben, gelten bis Ende 2026 Übergangsfristen für die Aufbewahrung der Zulassungsbescheinigungen von Anhängern. Ab 2027 müssen diese wie die Begleitpapiere im Führerhaus verwahrt werden.

Schulung als Basis für die saubere betriebliche Umsetzung des ADR 2025

Chemieunternehmen, die gefährliche Güter verpacken oder transportieren, müssen sicherstellen, dass ihre Mitarbeiter alle Neuerungen und Änderungen des ADR 2025 kennen. Sie müssen diese Vorgaben auch korrekt anwenden. Dazu zählen die aktualisierten Regeln zur Gefahrgutkennzeichnung und zur Stoffzuordnung. Ebenso wichtig sind die neuen Verpackungsvorschriften. Hinzu kommen präzisierte Handhabungsvorschriften für das Be- und Entladen. Außerdem müssen die Begleitpapiere im Straßentransport richtig aufbewahrt werden.

Eine regelmäßige Schulung zum Chemikalientransport ist unverzichtbar. Nur so bleiben Unternehmen beim rechtskonformen und sicheren Umgang mit chemischen Gefahrgütern auf dem aktuellen Stand. Gleichzeitig erfüllen sie die nach ADR und GGVSEB vorgeschriebene Unterweisungspflicht. Je nach Unternehmen können zusätzliche Fortbildungen verpflichtend sein. Das betrifft zum Beispiel den RID-Standard für den Schienenverkehr. Auch das ADN-Abkommen für die Binnenschifffahrt kann relevant sein.

Mehr Informationen auch unter https://www.adr-2025.de/

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Viele Unternehmen der Oberflächentechnik blicken mit Sorge auf ein mögliches PFAS-Verbot im Jahr 2027

Bis zu einem Gesetzesvorschlag dürften aber noch einige Monate vergehen. Nach Angaben der europäischen Chemieagentur ECHA werden die erforderlichen Studienergebnisse zum Jahresende vorliegen. Erst danach kann die EU-Kommission offiziell ein PFAS-Verbot im Rahmen von REACH vorschlagen und darüber beraten. Ob das PFAS-Verbot tatsächlich 2027 in Kraft tritt, ist ungewiss. Sicher ist, dass es früher oder später kommen wird. Umso wichtiger ist es für Unternehmen der Oberflächentechnik, sich schon jetzt um Alternativen für die Metallbeschichtung und andere Verfahren zu kümmern.

Was sind PFAS und warum wird über ein EU-Verbot diskutiert?

Unter der Abkürzung PFAS werden perfluorierte Alkylsubstanzen und polyfluorierte Alkylsubstanzen zusammengefasst. Diese sogenannten Ewigkeitschemikalien sind extrem langlebig. Weder Sonnenlicht noch Mikroorganismen können sie zerstören. Sie reichern sich in Böden, Gewässern, Tieren und Pflanzen an und gelangen über die Nahrungskette in den menschlichen Körper.

Das PFAS-Verbot 2027 ist ein Thema, weil viele PFAS-Verbindungen als gesundheitsschädlich eingeordnet werden. Wissenschaftler vermuten, dass sie das Hormonsystem beeinflussen und das Krebsrisiko erhöhen können. Die PFAS-Untergruppe PFOS ist deshalb bereits seit 2006 weitgehend verboten, eine weitere namens PFOA seit Juli 2020. Im Februar 2023 hat die ECHA vorgeschlagen, auch perfluorierte Alkylsubstanzen und polyfluorierte Alkylsubstanzen so stark zu reglementieren, dass dies letztlich einem PFAS-Verbot gleichkommt. Ausnahmeregelungen werden nur dort gelten, wo es keine Alternativen gibt.

Welche Bereiche der Oberflächentechnik sind von einem PFAS-Verbot betroffen?

Perfluorierte Alkylsubstanzen und polyfluorierte Alkylsubstanzen werden vor allem für ihre chemische und thermische Stabilität und ihre wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften geschätzt. Oft dienen sie als Additive, um Oberflächen hydrophob oder oleophob zu machen, insbesondere bei der technischen Beschichtung. Ein PFAS-Verbot im Jahr 2027 beträfe unter anderem folgende Bereiche:

Vorbehandlung und Aktivierung

Bei der Oberflächenvorbehandlung ermöglichen PFAS-Netzmittel eine gleichmäßige Benetzung komplexer Geometrien. Auch hier kommt die Sprühnebelunterdrückung zum Tragen, da Beizlösungen bei hohen Temperaturen und intensiver Bewegung Aerosole bilden können. PFAS-haltige Tenside helfen, diese Effekte zu kontrollieren, und unterstützen damit eine stabile Prozessführung.

Beschichtungstechnik

PFAS in Form von Additiven beeinflussen die Oberflächenenergie von Lack und technischer Beschichtung. Zudem ermöglichen sie hydrophobe und oleophobe Effekte. In bestimmten Spezialbeschichtungen, etwa für Elektronik oder Medizintechnik, tragen sie zur chemischen Beständigkeit und einer kontrollierten Oberflächenstruktur bei.

Funktionale Metallbeschichtungen

Bei der funktionalen Metallbeschichtung kommen PFAS vor allem dort zum Einsatz, wo Gleit-, Barriere- oder Antihafteigenschaften gefragt sind. Fluorpolymere wie Polytetrafluorethylen (PTFE) bilden robuste Schichten mit hoher chemischer Stabilität und geringer Reibung.

Galvanotechnik

In der Galvanik spielen PFAS seit vielen Jahren eine technische Rolle, vor allem in der Hartverchromung. Als Netzmittel-Bestandteil stabilisieren sie die Elektrolyte und verbessern die Benetzung. Indem sie die Oberflächenspannung der Bäder senken und die Aerosolbildung verhindern, tragen sie zur Sprühnebelunterdrückung in der Galvanik bei. In galvanischen Verfahren zur Metallbeschichtung unterstützen PFAS-basierte Hilfsstoffe die Prozessstabilität und die Oberflächenqualität.

Sprühnebelunterdrückung

Die Sprühnebelunterdrückung ist nicht nur in der Galvanik und der Vorbehandlung ein Thema. Auch in der Beschichtung selbst werden PFAS-haltige Tenside genutzt, um Aerosolbildung zu reduzieren und die Arbeitsplatzsicherheit zu verbessern. Durch die Absenkung der Oberflächenspannung verändern sie die Tropfenbildung, weshalb weniger Nebel entsteht.

Wie können Unternehmen einem PFAS-Verbot im Jahr 2027 zuvorkommen?

Am besten aufgestellt sind Unternehmen, die sich frühzeitig und systematisch auf das PFAS-Verbot vorbereiten. Behörden und Compliance-Berater schlagen hierzu folgende Schritte vor:

Vollständige Bestandsaufnahme der PFAS-Nutzung

Zunächst gilt es zu klären, an welchen Stellen PFAS in der Lieferkette, in Produkten und in Prozessen relevant sind. Je mehr über den tatsächlichen PFAS-Einsatz bekannt ist, desto besser lassen sich Probleme im Hinblick auf Versorgungsketten, Materialdegradation und regulatorische Nichteinhaltung bewerten und vermeiden. Wichtig ist, neben den Produkt-Risiken auch Produktionsabläufe, Instandhaltung und Arbeitsschutz im Blick zu haben. Dort können sich ebenfalls PFAS verstecken, beispielsweise hier:

• Dichtungen, Schläuche, Ventile und Membranen
• beschichtete Werkzeuge und Oberflächen
• Prozesschemikalien wie Netzmittel, Tenside, Emulgatoren
• hochtemperatur- oder chemikalienbeständige Schmierstoffe auf Fluorölbasis
• Filtermaterialien mit fluorierten Fasern
• Elektronikkomponenten in Maschinen (PFAS in Kabelisolierungen und Leiterplatten)
• Schutzkleidung mit wasser-, öl- und chemikalienabweisenden Eigenschaften
• Löschschäume (insbesondere ältere AFFF-Formulierungen)
• Schutzmatten, Dichtfolien und Barrieren auf PTFE- oder FKM-Basis

Vorausschauende Reaktion auf Berichtspflicht und PFAS-Beschränkung

Die PFAS-Vorschriften entwickeln sich stetig weiter. Bestimmte Substanzen unterliegen schon jetzt Gesetzen wie EU REACH, der Stockholm-Konvention zu persistenten organischen Schadstoffen (POPs) oder Kaliforniens Proposition 65. Während es wichtig ist, ein zukünftiges PFAS-Verbot zu beobachten, müssen Unternehmen sicherstellen, dass sie jede bereits geltende Verordnung in den für sie relevanten Märkten einhalten.

Frühzeitige Umgestaltung von Produkten und Prozessen

Sobald eine PFAS-Beschränkung oder ein PFAS-Verbot für Produkte vorliegt, bleibt nur noch eine Übergangsfrist, um nach Alternativen zu suchen. Unternehmen, die sich auf Ausnahmeregelungen vom EU-Verbot verlassen, gehen ein hohes Risiko ein. Wer den Neugestaltungsprozess frühzeitig beginnt, sichert sich technologische Handlungsfähigkeit und vermeidet kostspielige Ad-hoc-Entscheidungen kurz vor Ablauf der Übergangsfrist. Gleichzeitig entsteht Transparenz darüber, in welchen Bereichen Ausnahmeregelungen von einem potenziellen PFAS-Verbot im Jahr 2027 greifen, weil eine Substitution in absehbarer Zeit nicht möglich ist.

Alle PFAS in die Planung einbeziehen

Bestehende Vorschriften konzentrieren sich auf spezifische PFAS wie PFOS oder PFOA. Eine neue PFAS-Beschränkung oder ein neues PFAS-Verbot nehmen jedoch zunehmend sämtliche Ewigkeitschemikalien ins Visier. Unternehmen sollten darauf gefasst sein, dass ein zukünftiges EU-Verbot alle PFAS reguliert. Statt eine neue Verordnung nach der anderen abzuarbeiten, ist es sinnvoll, gleich einen großen Schritt in Richtung PFAS-Freiheit zu machen.

Versorgungsrisiken durch abgekündigte Chemikalien und Bauteile frühzeitig identifizieren

Wie lange es von einem PFAS-Verbot im Jahr 2027 bis zum Wegfall PFAS-haltiger Chemikalien dauert, ist offen. Viele Hersteller haben sich bereits entschieden, dem PFAS-Verbot zuvorzukommen und die Produktion solcher Substanzen schon vor Ablauf der zu erwartenden Übergangsfrist einzustellen. Unternehmen, die damit verbundene Risiken rechtzeitig erkennen und früh handeln, können sich einen Wettbewerbsvorteil sichern.

Mit vorausschauender Vorbereitung dem PFAS-Verbot gelassener entgegensehen

Bleibt festzustellen, dass die PFAS-Beschränkung im Rahmen von REACH und ein mögliches PFAS-Verbot im Jahr 2027 die Oberflächentechnik vor tiefgreifende Änderungen stellen. Die Verordnung der ECHA wird voraussichtlich enge Übergangsfristen vorsehen, die Unternehmen zu schneller Substitution und Anpassungen in Produktion und Lieferketten zwingen. Welche praktischen Auswirkungen solche regulatorischen Maßnahmen haben können, zeigt sich am Beispiel PFOS.

Wer Bestände, Prozesse und Alternativen schon vor einem etwaigen PFAS-Verbot im Jahr 2027 prüft und dokumentiert, reduziert kurzfristigen Anpassungsdruck und positioniert sich zugleich für langfristigen Erfolg.

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Aufgabe der Flüssigkeiten

Metallbearbeitungsflüssigkeiten schützen Werkzeuge vor Beschädigungen und Verschleiß, sichern die Bearbeitungsqualität und helfen, Produktionsprozesse effizienter zu gestalten. Es gibt verschiedene Typen dieser Kühlschmierstoffe (KSS), die auf unterschiedliche Schwerpunkte wie Schmierleistung, Kühlwirkung oder Korrosionsschutz ausgelegt sein können. Welches Produkt sich jeweils am besten eignet, richtet sich nach dem Bearbeitungsverfahren, dem verwendeten Material und den betrieblichen Anforderungen.

Funktionen von Metallbearbeitungsflüssigkeiten im Überblick

Kühlschmierstoffe übernehmen in der Metallbearbeitung mehrere zentrale Aufgaben. Sie tragen wesentlich zur Prozesssicherheit und zur Qualität der Werkstücke bei. Darüber hinaus beeinflussen Metallbearbeitungsflüssigkeiten die Wirtschaftlichkeit und die Lebensdauer der eingesetzten Werkzeuge. Hier die wichtigsten Funktionen auf einen Blick:

Schmierung

Kühlschmierstoffe bilden einen dünnen Film zwischen Werkzeug und Werkstück. Dieser reduziert die direkte Metall-auf-Metall-Berührung und vermindert damit Reibung und Verschleiß. Die Schmierwirkung sorgt für eine gleichmäßigere Bearbeitungskraft und längere Werkzeugstandzeiten. Besonders bei zähen Materialien oder komplexen Bearbeitungen verhindert sie Rattermarken und verbessert die Oberflächenqualität.

Kühlung

Bei der Metallbearbeitung entstehen enorme Temperaturen durch Reibung und Schnittdruck. KSS, zum Beispiel in Form einer Schneid- oder Bohrflüssigkeit, leiten diese Wärme ab und stabilisieren die Temperaturen im Bearbeitungsprozess. Das schützt das Werkzeug vor Überhitzung und verhindert thermische Spannungen im Werkstück, die zu Maßabweichungen oder Gefügeveränderungen führen können. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen ist die Kühlleistung ein bedeutender Faktor für Genauigkeit und Prozesssicherheit.

Korrosionsschutz

Bestimmte Formulierungen schützen Werkstücke und Maschinenoberflächen vor Korrosion. Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe leisten das durch ihren natürlichen Ölfilm. Wassermischbare Kühlschmierstoffe müssen hierfür mit speziellen Additiven ausgestattet sein.

Abtransport von Spänen und Partikeln

Partikel, die beim Schneiden entstehen, müssen aus der Bearbeitungszone entfernt werden. Metallbearbeitungsflüssigkeiten transportieren Späne und Abrieb zuverlässig ab. Das verhindert, dass sie zwischen Werkzeug und Werkstück geraten und Kratzer oder Ausbrüche verursachen. Gleichzeitig erleichtert die Spanabfuhr die Sicht auf den Prozess und verringert die Gefahr von Blockaden an der Maschine.

Verbesserung der Bearbeitungsqualität

Bei richtiger Dosierung erzeugt Kühlschmierstoff gleichmäßige Schnittbedingungen. Damit unterstützt er die kontrollierte Prozessführung, verbessert die Oberflächenqualität, reduziert Nacharbeit und gewährleistet eine reproduzierbare Fertigung auch bei komplexen Werkstücken.

Zusammensetzung von Kühlschmierstoffen

Metallbearbeitungsflüssigkeiten lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: nichtwassermischbare oder wassermischbare Kühlschmierstoffe. Wassermischbare Emulsion zur Metallbearbeitung bestehen aus einer Öl-Basis, die mithilfe von Emulgatoren mit Wasser vermengt wird. Nichtwassermischbare Produkte beruhen auf reinen Ölen. In beiden Systemen sorgen gezielt eingesetzte Additive für die gewünschten Eigenschaften. Zu den gängigsten Zusätzen gehören:

• Alterungsschutzstoffe (Antioxidantien): verhindern die Oxidation der Basisöle und verlängern die Standzeit des Kühlschmiermittels
• Korrosionsinhibitoren: schützen Werkstücke und Maschinenoberflächen vor dem negativen Einfluss von Sauerstoff
• Hochdruckzusätze (EP-Additive): verbessern die Schmierwirkung unter extremen Belastungen (Klassisch enthalten sind Schwefel- oder Phosphorverbindungen. Modernere Kühlschmierstoffe setzen auf borfreie Systeme oder additivierte Esteröle.)
• Entschäumer: reduzieren Schaumbildung in Kühlschmierstoffsystemen, die Pumpen und Kühlkreisläufe stören könnte
• Biozide/Konservierungsmittel: hemmen das Wachstum von Bakterien und Pilzen, sichern Hygiene und unterbinden Geruchsbildung
• Systemreiniger/Dispersant-Zusätze: halten Partikel und Fremdstoffe in Schwebe, erleichtern die Reinigung und wirken Ablagerungen entgegen
• Metall-Desaktivatoren: verhindern unerwünschte Reaktionen zwischen Additiven und Metalloberflächen

Typische Arten und Einsatzbereiche von Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Abhängig von ihrer genauen Formulierung erfüllen Metallbearbeitungsflüssigkeiten spezifische Aufgaben im Fertigungsprozess.

Schneidöl

Schneidöle sind nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe, die sich durch eine starke Schmierwirkung auszeichnen. Sie finden vor allem in Prozessen Verwendung, die hohe Präzision und Werkzeugschutz erfordern. Beispiele hierfür sind das Gewindeschneiden, das Reiben und das Tiefbohren. Dünnflüssigeres Schneidöl kommt beim Schleifen zum Einsatz, mittelviskoses Schneidöl beim Drehen und Fräsen.

Bohrflüssigkeit

Bohrflüssigkeit wurde speziell für Bohrprozesse entwickelt. Sie kühlt und schmiert den Bohrmeißel, stabilisiert das Bohrloch und transportiert Bohrspäne zuverlässig ab. Es gibt in diesem Bereich sowohl nichtwassermischbare als auch wassermischbare Kühlschmierstoffe. Erstere eignen sich besser, wenn höhere Stabilität oder besondere Druckverhältnisse gefordert sind. Letztere gelten als kostengünstige und mineralölreduzierte Kühlschmierstoffe.

Metallbearbeitung

Echte Allrounder sind Kühlmittel für die Metallbearbeitung, die es ebenfalls als wassermischbare und nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe gibt. Diese Metallbearbeitungsflüssigkeiten bieten eine Kombination aus Kühlung, Schmierung, Späneabtransport und Korrosionsschutz und können sowohl bei spanenden Verfahren wie Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen als auch bei spanlosen Methoden wie Tiefziehen und Pressen zur Anwendung kommen.

Im klassischen Gebrauch werden Kühlmittel in der Metallbearbeitung großvolumig eingesetzt. Eine schmierstoffsparendere Alternative bietet die Mindestmengenschmierung (MMS), die mit exakt dosierten Kleinstmengen direkt im Bearbeitungsbereich arbeitet.

Herausforderungen im Umgang mit Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Ob Schneidöl, Bohrflüssigkeit oder Allround-Kühlmittel für die Metallbearbeitung: Der Einsatz von KSS bringt eine Reihe von Problemstellungen mit sich. Ein zentrales Thema ist die Überwachung der Prozessparameter. Die Dosierung vom Kühlschmierstoff, der pH-Wert und die Keimbildung müssen permanent kontrolliert werden, damit die Flüssigkeit ihre Funktion zuverlässig erfüllt. Vernachlässigte Wartung führt schnell zu einer eingeschränkten Kühl- oder Schmierwirkung und kann Geruchsbildung und Bakterienwachstum verursachen. Das kann einen vorzeitigen Wechsel bedingen und die Kosten für die Kühlschmierstoff-Entsorgung erhöhen.

Klare Sicherheitsrichtlinien sind unverzichtbar

Der Arbeitsschutz spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Bei Hautkontakt können Metallbearbeitungsflüssigkeiten Reizungen hervorrufen. Aerosole belasten die Atemwege. Daher sind klare Sicherheitsrichtlinien unverzichtbar. Hinzu kommt die Frage der Entsorgungsfähigkeit und Umweltbelastung. Bei klassischem Kühlschmierstoff muss die Entsorgung fachgerecht als Sondermüll erfolgen, da er Mineralöle, Biozide oder andere problematische Additive enthält. Schadstoffreduzierte Kühlschmierstoffe erfordern dennoch eine geregelte Beseitigung, weil sie schädliche Rückstände aufweisen können. Das größte Potenzial zur Reduktion problematischer Rückstände bieten abbaubare Kühlschmierstoffe auf Esterbasis, die sich unter bestimmten Voraussetzungen über Kompostierung, den Biomüll oder Biogasanlagen verwerten lassen.

Klassische großvolumige Anwendungen verursachen hohen Verbrauch und laufende Pflegeaufwände

Neben diesen Aspekten sind auch die Kosten nicht zu unterschätzen. Klassische großvolumige Anwendungen verursachen hohen Verbrauch und laufende Pflegeaufwände. Gleichzeitig erfordern unterschiedliche Werkstoffe und Bearbeitungsverfahren jeweils spezifische Formulierungen. Eine falsche Auswahl oder Dosierung vom Kühlschmierstoff kann erhöhten Werkzeugverschleiß, Maßungenauigkeiten oder Korrosion nach sich ziehen.

Eine zukunftsorientierte Lösung sind abbaubare Kühlschmierstoffe auf Esterbasis in Verbindung mit der Mindestmengenschmierung. Diese Kombination bietet sich vor allem für Prozesse an, in denen die Schmierwirkung wichtiger ist als die Kühlleistung.

Refraktometer für Kühlschmierstoff: Präzise Konzentrationskontrolle für Effizienz und Verbrauchsreduktion

Die regelmäßige Messung mit einem Refraktometer für Kühlschmierstoff ist entscheidend, um beim klassischen Kühlmitteleinsatz die richtige Konzentration sicherzustellen. So bleiben Kühlleistung, Schmierwirkung und Korrosionsschutz zuverlässig erhalten. Gleichzeitig trägt die sorgfältige Kontrolle dazu bei, den Verbrauch zu optimieren und unnötige Nachdosierungen der Metallbearbeitungsflüssigkeiten zu vermeiden.

Mindestmengenschmierung

Im Gegensatz dazu erfordert die Mindestmengenschmierung kein Refraktometer. Da statt einer Emulsion zur Metallbearbeitung ein reiner Schmierstoff verwendet wird, erübrigt sich die aufwendige Konzentrationskontrolle. Zugleich sinkt der Verbrauch deutlich, weil das Schmiermittel in minimaler Menge direkt an der Bearbeitungsstelle aufgebracht. Dadurch bietet die MMS erhebliche Vorteile bei der Kühlschmierstoff-Entsorgung, vor allem, wenn abbaubare Kühlschmierstoffe auf Esterbasis zum Einsatz kommen.

Während das Refraktometer für Kühlschmierstoff die Qualität und Funktionalität einer herkömmlichen Emulsion für die Metallbearbeitung sicherstellt, eröffnet die MMS Wege zu einer verbrauchs- und abfallärmeren Fertigung. Damit leistet sie einen Beitrag zur Reduktion von Entsorgungskosten und Schadstoffbelastung.

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Viele Mikroorganismen wandeln organische Stoffe in körpereigene Stoffe um und lassen dabei Kohlendioxid, Wasser sowie Salze übrig. Das ist biologischer Abbau. Pflanzen bekommen so die Nährstoffe, die sie für den Aufbau organischer Stoffe brauchen. Biologisch abbaubare Produkte sind künstlich erzeugte Stoffe, die sich in diesen Kreislauf einfügen können. Hier erfahren Sie, wie der Abbauprozess verläuft, welche in der Oberflächentechnik verwendeten Produkte diese Eigenschaft besitzen, wie sie nachgewiesen wird und welche Normen und Zertifizierungen in der Industrie relevant sind.

Was bedeutet biologisch abbaubar? – Definition

Ein Stoff gilt als biologisch abbaubar, wenn Mikroorganismen ihn unter natürlichen Bedingungen in einfache Verbindungen wie Kohlendioxid, Wasser und Mineralsalze zersetzen können. Dieser Prozess nutzt die Stoffwechselaktivität von Bakterien, Pilzen und anderen Kleinstlebewesen, die organische Substanzen als Nahrungsquelle verwerten. Die Abbaubarkeit ist keine Ja-oder-Nein-Eigenschaft, sondern wird über standardisierte Tests quantifiziert: Ein Stoff muss innerhalb einer definierten Zeitspanne zu einem bestimmten Prozentsatz zersetzt werden, um als abbaubar zu gelten.

Für die Industrie ist diese Eigenschaft ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl von Betriebsstoffen. Leicht zersetzbare Produkte verringern das Risiko von Umweltschäden bei unbeabsichtigten Freisetzungen und erleichtern die Abwasserbehandlung. In der Oberflächentechnik spielen sie eine zunehmend wichtige Rolle, da Unternehmen sowohl gesetzliche Anforderungen erfüllen als auch ihre Nachhaltigkeitsziele erreichen wollen.

Grundbegriffe

Organische und anorganische Stoffe

Biologisch abbaubare Produkte verhalten sich in der Natur wie abgestorbene Lebewesen. Das Leben auf der Erde beruht auf den chemischen Verbindungen des Kohlenstoffs. Die Chemie unterscheidet anorganische und organische Verbindungen.

Autotrophe und heterotrophe Ernährung

Um das Leben kümmert sich die Biologie. Sie unterscheidet autotrophe und heterotrophe Lebewesen. Autotroph sind diejenigen (Pflanzen, Algen, einige Bakterien), die sich von anorganischen Stoffen ernähren und Ihre Energie aus dem Sonnenlicht beziehen. Heterotrophe Lebewesen (Tiere, Pilze, viele Bakterien) ernähren sich von organischen Stoffen. Produkte, die als Nahrungsmittel für derartige Organismen taugen, sind auf diesem Weg zersetzbar.

Aerobe und anaerobe Lebensweise

Nutzen die heterotrophen Organismen Sauerstoff, um aus der Nahrung Energie zu gewinnen, handelt es sich um eine aerobe Lebensweise. Mikroorganismen, die zu dieser Gruppe gehören, produzieren während des Wachsens und bei der Vermehrung vor allem Kohlendioxid, Wasser und Salze. Die natürlichen Vorgänge, die auf dieser Grundlage ablaufen, sind die Verwesung von tierischen, die Verrottung von pflanzlichen und der mikrobielle Abbau von künstlichen Reststoffen.

Die andere Gruppe von Individuen lebt anaerob. Da hier die Sauerstoffzufuhr von außen fehlt, ist in den Abbauprodukten auch nur so viel davon enthalten, wie in der Nahrung vorhanden war. Anaerobe Mikroorganismen erzeugen deshalb hauptsächlich Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Der zugrundeliegende natürliche Prozess ist die Fäulnis von pflanzlichen und tierischen Reststoffen. Dieser Vorgang wird in Biogasanlagen technisch genutzt.

Biologisch abbaubar vs. kompostierbar – der Unterschied

Die Begriffe biologisch abbaubar und kompostierbar werden häufig synonym verwendet, bezeichnen jedoch unterschiedliche Eigenschaften. Ersteres bedeutet lediglich, dass ein Stoff von Mikroorganismen zersetzt werden kann – ohne Angabe einer Zeitspanne oder der erforderlichen Bedingungen. Theoretisch ist nahezu jede organische Verbindung irgendwann zersetzbar, auch wenn der Prozess Jahrzehnte dauern kann.

Kompostierbar ist ein Stoff hingegen nur, wenn er unter den Bedingungen einer industriellen oder häuslichen Kompostierung innerhalb eines definierten Zeitraums vollständig abgebaut wird. Die europäische Norm EN 13432 legt fest, dass kompostierbare Verpackungen in industriellen Kompostieranlagen innerhalb von zwölf Wochen zu mindestens 90 Prozent desintegrieren und nach sechs Monaten zu mindestens 90 Prozent mineralisiert sein müssen. Außerdem dürfen keine schädlichen Rückstände im Kompost verbleiben.

Für die Oberflächentechnik ist diese Unterscheidung relevant: Abbaubare Schmierstoffe oder Reiniger müssen nicht zwingend kompostierbar sein. Entscheidend ist vielmehr, dass sie in Kläranlagen oder bei unbeabsichtigtem Eintrag in Gewässer zersetzt werden können. Die Anforderungen an umweltverträgliche Industrieprodukte orientieren sich daher an anderen Testverfahren als die an kompostierbare Verpackungen.

Normen und Testverfahren für biologische Abbaubarkeit

Die Abbaubarkeit von Industrieprodukten wird nach international anerkannten Testverfahren bestimmt. Diese Normen unterscheiden zwischen leichter und inhärenter Abbaubarkeit und liefern vergleichbare, reproduzierbare Ergebnisse.

OECD-Testverfahren für leichte Abbaubarkeit

Die OECD hat eine Reihe von Testmethoden entwickelt, die als Goldstandard für den Nachweis der Zersetzbarkeit gelten. Die Tests der Reihe OECD 301 prüfen die leichte Abbaubarkeit unter aeroben Bedingungen. Erreicht ein Stoff in diesen Tests innerhalb von 28 Tagen einen Abbaugrad von mindestens 60 Prozent (gemessen am CO₂-Ausstoß oder Sauerstoffverbrauch), gilt er als leicht abbaubar. Die wichtigsten Varianten sind OECD 301 A (DOC Die-Away), OECD 301 B (CO₂-Entwicklung), OECD 301 D (Geschlossener Flaschentest) und OECD 301 F (Manometrischer Respirationstest).

Tests für inhärente Abbaubarkeit

Stoffe, die den strengen Anforderungen der OECD 301-Reihe nicht genügen, können nach OECD 302 auf inhärente Abbaubarkeit geprüft werden. Diese Tests verwenden höhere Konzentrationen an Mikroorganismen und längere Testzeiten. Ein Stoff gilt als inhärent abbaubar, wenn er zu mindestens 70 Prozent zersetzt wird. Die inhärente Abbaubarkeit zeigt, dass ein Stoff grundsätzlich dem mikrobiellen Abbau zugänglich ist, auch wenn dieser unter Umweltbedingungen langsamer verläuft.

Spezielle Testverfahren für Schmierstoffe

Für biologisch abbaubare Schmierstoffe hat sich der CEC L-33-A-93-Test etabliert. Dieser vom Coordinating European Council entwickelte Test simuliert die Bedingungen in natürlichen Gewässern und ist speziell auf die Eigenschaften von Ölen und Fetten abgestimmt. Ein Schmierstoff gilt nach diesem Verfahren als abbaubar, wenn innerhalb von 21 Tagen mindestens 80 Prozent zersetzt werden. Der CEC-Test ist besonders relevant für Verlustschmierstoffe wie Sägekettenöle, Schalöle oder Hydraulikflüssigkeiten in Land- und Forstwirtschaft.

DIN- und ISO-Normen

Die deutsche Normung hat die internationalen Testverfahren in DIN-Normen überführt. DIN EN ISO 14593 beschreibt den CO₂-Headspace-Test, der die Abbaubarkeit über die Kohlendioxidentwicklung in geschlossenen Gefäßen misst. DIN EN ISO 9439 regelt den Zahn-Wellens-Test für die inhärente Abbaubarkeit. Diese Normen sind für Unternehmen relevant, die ihre umweltverträglichen Produkte nach europäischen Standards zertifizieren lassen möchten.

Biologisch abbaubare Produkte in der Oberflächentechnik

Die Oberflächentechnik verwendet auf vielen Gebieten organische Verbindungen. Die wichtigsten Medien sind:

• Schmiermittel
• Kühlschmierstoffe
• Reinigungsmittel und Spülmedien
• Lacke und Farben

Umweltverträgliche Schmierstoffe

Bei der Wahl der Schmierstoffe spielen Umweltaspekte eine wachsende Rolle. Biologisch abbaubare Schmierstoffe basieren auf unterschiedlichen Grundölen, die sich in ihrer Zersetzbarkeit und Leistungsfähigkeit unterscheiden. Native Pflanzenöle wie Raps- oder Sonnenblumenöl sind von Natur aus leicht abbaubar und erreichen im CEC-Test Abbauraten von über 90 Prozent. Ihre Anwendung ist jedoch durch begrenzte Temperaturstabilität und Oxidationsbeständigkeit eingeschränkt.

Synthetische Ester kombinieren hohe Abbaubarkeit mit verbesserten technischen Eigenschaften. Sie entstehen durch die Reaktion von Alkoholen mit Fettsäuren und lassen sich gezielt auf bestimmte Anwendungen abstimmen. In der Metallbearbeitung, bei Hydrauliksystemen und als Getriebeöle haben sich Esteröle als leistungsfähige und zugleich umweltverträgliche Alternative etabliert. Die Zersetzbarkeit synthetischer Ester liegt typischerweise zwischen 80 und 95 Prozent nach CEC L-33-A-93.

Abbaubare Kühlschmierstoffe

Bei Kühlschmierstoffen für die Zerspanung steht die Entwicklung umweltverträglicher Formulierungen vor besonderen Herausforderungen. Wassermischbare Kühlschmierstoffe müssen einerseits abbaubar sein, andererseits während des Betriebs eine ausreichende Biostabilität aufweisen. Ein Kühlschmierstoff, der zu schnell von Mikroorganismen besiedelt wird, verliert seine Leistungsfähigkeit und kann gesundheitsschädliche Keime entwickeln.

Moderne umweltverträgliche Kühlschmierstoffe lösen diesen Widerspruch durch ausgeklügelte Formulierungen. Sie enthalten biostabile Komponenten, die während des Einsatzes vor mikrobiellem Befall schützen, sich nach der Entsorgung der Kühlschmierstoffe in der Kläranlage jedoch rasch abbauen lassen. Die Entwicklung solcher Stoffe gehört zur Strategie der Kreislaufchemie von Kluthe.

Abbaubare Reiniger und Tenside

Umweltfreundliche Reinigungschemikalien sind heute Standard in der industriellen Teilereinigung. Die EU-Detergenzienverordnung schreibt vor, dass Tenside in Reinigungsmitteln vollständig abbaubar sein müssen. Der Nachweis erfolgt über Testverfahren, die sowohl den Primärabbau als auch die vollständige Mineralisierung prüfen. Für den Primärabbau gilt ein Grenzwert von 80 Prozent, für den vollständigen aeroben Abbau von 60 Prozent innerhalb von 28 Tagen.

Kluthe bietet in dieser Rubrik zum Beispiel unter dem Oberbegriff „Aquapurgeprodukte“ Spülmedien für wasserbasierende Lacksysteme an. Diese Produkte sind vorrangig auf Tensiden aufgebaut und erfüllen die Anforderungen der Detergenzienverordnung. Die wasserbasierten Formulierungen ersetzen zunehmend lösemittelhaltige Produkte und tragen so zur Reduzierung von VOC-Emissionen bei.

Lacke und Beschichtungen

Lacke und Farben sollen Oberflächen schützen und die Lebensdauer der darunterliegenden Bauteile verlängern. Selbstverständlich müssen diese Stoffe dem Angriff durch Mikroorganismen standhalten. Im Interesse der nachhaltigen Abfallwirtschaft sind sie möglichst vollständig aus dem Abwasser zu entfernen, bevor dieses einem Klärwerk zugeführt wird. Wasserbasierte Lacksysteme enthalten zersetzbare Komponenten wie Tenside und Cosolventien, die in der Kläranlage abgebaut werden können.

Wassergefährdungsklassen und Abbaubarkeit

In Deutschland werden wassergefährdende Stoffe nach der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV) in Wassergefährdungsklassen (WGK) eingeteilt. Die Einstufung berücksichtigt neben der Toxizität auch die Abbaubarkeit eines Stoffes. Leicht zersetzbare Stoffe werden tendenziell günstiger eingestuft als persistente Verbindungen.

Die drei Wassergefährdungsklassen sind WGK 1 (schwach wassergefährdend), WGK 2 (deutlich wassergefährdend) und WGK 3 (stark wassergefährdend). Umweltverträgliche Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe erreichen häufig die Einstufung WGK 1, was geringere Anforderungen an Lagerung und Handhabung bedeutet. Für Betriebe in Wasserschutzgebieten oder mit erhöhten Umweltanforderungen kann die Umstellung auf abbaubare Produkte daher auch wirtschaftliche Vorteile bieten.

Kennzeichnungen und Zertifizierungen

Verschiedene Umweltzeichen und Zertifizierungen helfen Anwendern, umweltverträgliche Produkte zu identifizieren und deren Eigenschaften zu vergleichen. Die wichtigsten Kennzeichnungen für industrielle Anwendungen sind:

EU-Ecolabel

Das EU-Ecolabel ist das offizielle Umweltzeichen der Europäischen Union. Für Schmierstoffe definiert die Entscheidung 2018/1702 der Kommission strenge Anforderungen an Abbaubarkeit, Bioakkumulation und aquatische Toxizität. Schmierstoffe mit EU-Ecolabel müssen zu mindestens 50 Prozent aus abbaubaren Komponenten bestehen, wobei besonders kritische Anwendungen wie Verlustschmierstoffe noch strengere Grenzwerte erfüllen müssen.

Blauer Engel

Der Blaue Engel ist das älteste Umweltzeichen der Welt und genießt in Deutschland hohes Vertrauen. Für umweltverträgliche Schmierstoffe und Schalöle existieren eigene Vergabekriterien, die hohe Abbaubarkeit, geringe Gewässertoxizität und den Verzicht auf bestimmte Problemstoffe fordern. Der Blaue Engel berücksichtigt den gesamten Produktlebenszyklus und stellt damit ein umfassendes Nachhaltigkeitssiegel dar.

USDA BioPreferred

Das amerikanische BioPreferred-Programm des US-Landwirtschaftsministeriums zertifiziert Produkte mit hohem Anteil an biobasierten Inhaltsstoffen. Für international tätige Unternehmen kann diese Zertifizierung den Marktzugang in Nordamerika erleichtern. Das Programm unterscheidet sich von europäischen Zeichen durch den Fokus auf nachwachsende Rohstoffe statt auf Zersetzbarkeit.

Branchenspezifische Zertifizierungen

Neben den allgemeinen Umweltzeichen existieren branchenspezifische Zertifizierungen. Das European Ecolabel for Lubricants, die Nordic Swan-Zertifizierung und das österreichische Umweltzeichen setzen jeweils eigene Schwerpunkte. Für Anwender in der Oberflächentechnik ist es wichtig, die für ihre Branche und Region relevanten Zertifizierungen zu kennen und bei der Produktauswahl zu berücksichtigen.

Mikrobieller Abbau im Klärwerk

Abbaubare Produkte aus der Oberflächentechnik dürfen möglichst nicht in natürliche Gewässer gelangen. Größere Mengen würden beim aeroben Abbau einen akuten Sauerstoffmangel bewirken. Fehlt der Sauerstoff sterben die Bewohner des Gewässers und anaerobe Mikroorganismen übernehmen. Das bedeutet die organischen Stoffe beginnen zu faulen, was sich durch den Geruch der klimaschädlichen Gase Schwefelwasserstoff und Ammoniak bemerkbar macht. Der Gewässerschutz ist Bestandteil der Nachhaltigkeit und erfordert, die Abwässer in Klärwerken zu reinigen.

Im Klärwerk arbeiten Mikroorganismen intensiv am Abbau der Inhaltstoffe des Abwassers. Den größten Teil der Arbeit erledigen aerobe Organismen, die Belebtschlämme oder Bakterienrasen bilden. Belebtschlämme befinden sich meistens in Becken, in denen sie zusammen mit dem Abwasser durch Druckluft umgewälzt oder über Pumpen verrieselt werden. Ein Bakterienrasen ist eine Schicht Biomasse, durch die das Abwasser hindurchsickert. Die Zufuhr des Wassers erfolgt über sogenannte Tropfkörper, die den Rasen gleichmäßig mit dem Abwasser versorgen. Die Prozessführung verschafft den Kleinstlebewesen den für den Abbau erforderlichen Sauerstoff. Den nutzen sie – wie Menschen und Tiere bei der Atmung – für die Energiegewinnung. Dadurch wird dem Abwasser der größte Anteil des Kohlenstoffs entzogen.

Einige Klärwerke betreiben damit Faultürme, in denen er durch anaerobe Mikroorganismen zu Biogas umgesetzt wird. In anderen Fällen wird der Klärschlamm getrocknet und verbrannt. Manchmal kann er auch als Dünger genutzt werden.

Ermittlung der Abbaubarkeit von Chemikalien

Primärabbau

Bevor Mikroorganismen die organischen Stoffe als Nahrung nutzen können, müssen sie diese zunächst in Bruchstücke aufspalten. Sie produzieren Enzyme, die größere Moleküle zersetzen. Diese Phase ist der Primärabbau, der in Laboren gemessen werden kann. Dabei wird eine Probe des zu untersuchenden Stoffes unter genormten Bedingungen mit Mikroorganismen vermischt. Nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne wird festgestellt, wie viel Ausgangsstoff in der Probe noch nachweisbar ist. Der Stoff gilt als abbaubar, wenn ein bestimmter Grenzwert erreicht ist. Bei Tensiden in Spülmedien aus der Oberflächentechnik beträgt dieser Grenzwert 80 %.

Endabbau

Entscheidend für die Bewertung von Produkten ist jedoch der vollständige aerobe Abbau, bei dem nur noch Biomasse und die anorganischen Stoffe übrig bleiben. Für diese Untersuchung stehen unterschiedliche Testmethoden zur Verfügung, bei denen eine Probe mit Mikroorganismen vermischt und eine festgelegte Zeitspanne unter konstanten Umgebungsbedingungen aufbewahrt wird. Die Kleinstlebewesen stammen – je nach Verfahren – aus dem Belebtschlamm oder dem Ablauf eines örtlichen Klärwerkes. Die Bewertung der vollständigen Zersetzbarkeit des Ausgangsstoffes erfolgt über die Messung der Menge von erzeugtem Kohlendioxid, der Menge von verbrauchtem Sauerstoff oder den Vergleich des Biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) bei Versuchsende mit dem Chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) bei Versuchsanfang.

Das Kohlendioxidaufkommen und der Sauerstoffverbrauch ermöglichen die Berechnung der Menge des aus der Probe verbrauchten Kohlenstoffs. Der chemische Sauerstoffbedarf gibt an, wie viel Sauerstoff bei der chemischen Umsetzung aller oxidierbaren Stoffe in einer Probe verbraucht wird. Der Biologische Sauerstoffbedarf ist die Menge Sauerstoff, die Mikroorganismen für die Zersetzung einer Probe benötigen. Beide Werte werden nach genormten Methoden bestimmt.

Abbaubare Kunststoffe

Die Chemietechnik hat in letzter Zeit abbaubare Kunststoffe hervorgebracht. Sie dienen hauptsächlich als Verpackungsmaterial. Ob diese Produkte zu mehr Nachhaltigkeit beitragen ist jedoch umstritten, weil sie sich in der Natur verhältnismäßig langsam zersetzen und der Aufwand für die Herstellung eines „Wegwerfproduktes“ zu hoch ist. Lediglich in der Landwirtschaft lassen sich derartige Materialien als Abdeckung von bestimmten Kulturen vorteilhaft einsetzen. Sie können, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben, auf dem Feld verbleiben und untergepflügt werden.

Für die Oberflächentechnik spielen abbaubare Kunststoffe eine untergeordnete Rolle. Relevanter sind hier die umweltverträglichen Betriebsstoffe wie Schmiermittel, Kühlschmierstoffe und Reiniger, die im direkten Kontakt mit Werkstücken und Maschinen stehen. Die Auswahl solcher Produkte ermöglicht es Unternehmen, ihre Umweltbilanz zu verbessern und gleichzeitig die technischen Anforderungen ihrer Prozesse zu erfüllen. Gerne besprechen wir mit Ihnen die Vorzüge unserer Produkte rund um die Oberflächenbehandlung und deren Beitrag zur Kreislaufwirtschaft.

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Was ist nachhaltige Abfallwirtschaft? – Definition

Nachhaltige Abfallwirtschaft bezeichnet ein System der Abfallbewirtschaftung, das ökologische, ökonomische und soziale Aspekte in Einklang bringt. Ziel ist es, Abfälle so zu behandeln, dass natürliche Ressourcen geschont, Umweltbelastungen minimiert und Wertstoffe im Wirtschaftskreislauf gehalten werden. Im Gegensatz zur linearen Wirtschaft, die nach dem Prinzip „Herstellen – Nutzen – Wegwerfen“ funktioniert, strebt die nachhaltige Abfallwirtschaft geschlossene Stoffkreisläufe an.

Für die chemische Industrie bedeutet nachhaltige Abfallwirtschaft mehr als nur die ordnungsgemäße Entsorgung. Sie umfasst die Vermeidung von Abfällen bereits in der Produktentwicklung, die Rückgewinnung wertvoller Inhaltsstoffe aus Reststoffen und die Nutzung von Abfällen als Sekundärrohstoffe. Dieser Ansatz entspricht dem Leitbild der Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft, das in der modernen Chemieindustrie zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Die Abfallhierarchie: Von Vermeidung bis Beseitigung

Das Kreislaufwirtschaftsgesetz legt eine fünfstufige Abfallhierarchie fest, die als Leitlinie für eine nachhaltige Abfallwirtschaft dient. Diese Rangfolge bestimmt, welche Maßnahmen Vorrang haben und bildet die Grundlage für alle Entscheidungen im Umgang mit Abfällen.

An erster Stelle steht die Vermeidung. Abfälle, die gar nicht erst entstehen, müssen weder behandelt noch entsorgt werden. In der chemischen Produktion bedeutet das: Prozesse so gestalten, dass möglichst wenig Nebenprodukte und Reststoffe anfallen. Die zweite Stufe ist die Vorbereitung zur Wiederverwendung. Produkte oder Bauteile werden so aufbereitet, dass sie erneut für ihren ursprünglichen Zweck eingesetzt werden können. In der Oberflächentechnik betrifft das beispielsweise die Aufbereitung von Gebinden und Behältern.

Die dritte Stufe bildet das Recycling, bei dem Abfallstoffe zu neuen Produkten oder Rohstoffen verarbeitet werden. Lösemittel-Recycling ist ein typisches Beispiel aus der Oberflächentechnik. Auf der vierten Stufe folgt die sonstige Verwertung, insbesondere die thermische Verwertung zur Energiegewinnung. Erst wenn keine dieser Optionen möglich ist, kommt als letzte Stufe die Beseitigung in Betracht – etwa durch Deponierung oder Verbrennung ohne Energierückgewinnung.

Abfallstoffe in der chemischen Industrie

Die Definition für Abfall ist im Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz festgehalten. Dort steht sinngemäß, dass Abfälle bewegliche Gegenstände und Stoffe sind, die der Besitzer nicht mehr benötigt und deshalb abgeben will oder muss. Letzteres ist der Fall, wenn von Abfallstoffen Gefahren ausgehen, die nur durch eine fachgerechte Behandlung abgewendet werden können. Es wird zwischen Abfällen zur Beseitigung und zur Verwertung unterschieden. Erstere landen meistens in Abfallverbrennungsanlagen, die mit Technik zur Rauchgasreinigung ausgestattet sind.

Asche und nichtbrennbare Stoffe werden nach festgelegten Regeln deponiert. Abfallteile zur Verwertung lassen sich ganz oder teilweise wiederverwenden. In der Chemie fallen häufig Nebenprodukte an, die für die Gesundheit und die Umwelt gefährlich sind. Diese Sonderabfälle müssen mit chemisch-physikalischen oder mechanisch-biologischen Verfahren in unbedenkliche Stoffe umgewandelt werden, bevor sie endgültig entsorgt werden können. Daher ist es unerlässlich, sich Gedanken über eine nachhaltige Abfallwirtschaft zu machen.

Chemische Abfälle richtig entsorgen

Wer chemische Abfälle entsorgen muss, steht vor besonderen Herausforderungen. Anders als Hausmüll oder gewerbliche Abfälle erfordern Chemikalienrückstände spezielle Behandlungsverfahren und unterliegen strengen Vorschriften. Die korrekte Entsorgung beginnt bereits bei der Entstehung des Abfalls und umfasst Sammlung, Lagerung, Transport und Behandlung.

Chemische Abfälle aus der Oberflächentechnik umfassen ein breites Spektrum: verbrauchte Kühlschmierstoffe, Altöle, Lösemittelreste, Lackschlämme, Beizlösungen, Phosphatierbäder und Reinigungsmittel. Jede dieser Abfallarten hat eigene Eigenschaften und erfordert spezifische Entsorgungswege. Die Abfallverzeichnisverordnung ordnet jedem Abfalltyp eine sechsstellige Schlüsselnummer zu, die über die weitere Behandlung entscheidet.

Gefährliche Abfälle – in der Fachsprache als Sonderabfälle bezeichnet – sind in der Abfallverzeichnisverordnung mit einem Sternchen gekennzeichnet. Für sie gelten verschärfte Anforderungen an Dokumentation und Nachweis. Betriebe, die chemische Abfälle entsorgen lassen, müssen die Entsorgung über das elektronische Abfallnachweisverfahren dokumentieren und einen zugelassenen Entsorgungsfachbetrieb beauftragen.

Rechtliche Regelungen für Abfälle der chemischen Industrie

Zum Schutz der Menschen und der Umwelt unterliegt die Abfallwirtschaft einem umfangreichen gesetzlichen Regelwerk.

Zu den wichtigsten Regelungen gehören:

• das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG)
• die Abfallverzeichnisverordnung (AVV)
• die Nachweisverordnung (NachwV)
• die Gefahrenstoffverordnung (GefStoffV)
• das Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR)

Das Kreislaufwirtschaftsgesetz soll zur Schonung natürlicher Ressourcen und zum Schutz von Mensch und Umwelt durch eine nachhaltige Abfallwirtschaft führen.

Es regelt die grundsätzlichen Anforderungen an die Abfallwirtschaft und an die Entsorgungsfachbetriebe. Außerdem sind die Bedingungen für die Zulassung von Abfallbehandlungs- und -entsorgungsanlagen festgelegt.

In der Abfallverzeichnisverordnung werden den unterschiedlichen Abfallstoffen Schlüsselnummern zugeordnet. Sie dienen als Grundlage für die Einstufung der Gefährlichkeit sowie die sichere Handhabung und Entsorgung.

Die Nachweisverordnung verpflichtet die Erzeuger und Entsorger von Sonderabfällen zur Dokumentation über die Einhaltung aller Forderungen aus dem Kreislaufwirtschaftsgesetz. Sie trägt dazu bei, eine nachhaltige Abfallwirtschaft durchzusetzen. Die Gefahrstoffverordnung regelt den Umgang mit allen gefährlichen Stoffen. Sie gilt damit auch für Sonderabfälle und muss bei der Abfallentsorgung entsprechend berücksichtigt werden.

Chemisch-physikalische Abfallbehandlung

Die chemisch-physikalische Abfallbehandlung umfasst Verfahren, bei denen gefährliche Abfälle durch chemische Reaktionen oder physikalische Prozesse in weniger schädliche oder verwertbare Stoffe umgewandelt werden. Diese Behandlungsmethoden sind unverzichtbar für Abfälle, die weder direkt recycelt noch thermisch verwertet werden können.

Zu den wichtigsten Verfahren der chemisch-physikalischen Abfallbehandlung zählt die Neutralisation. Saure oder alkalische Abfälle werden dabei durch Zugabe von Laugen oder Säuren auf einen neutralen pH-Wert gebracht. In der Oberflächentechnik fallen solche Abfälle beispielsweise bei Beiz- und Entfettungsprozessen an. Die Fällung ist ein weiteres Verfahren: Gelöste Schwermetalle werden durch chemische Reaktionen in unlösliche Verbindungen überführt und können dann abfiltriert werden.

Die Emulsionsspaltung trennt Öl-Wasser-Gemische, wie sie bei verbrauchten Kühlschmierstoffen vorliegen. Durch Zugabe von Spaltern oder elektrochemische Verfahren wird die Emulsion gebrochen, sodass Öl und Wasser getrennt werden können. Das abgetrennte Öl lässt sich häufig einer Altölaufbereitung zuführen, während das gereinigte Wasser in die Kanalisation eingeleitet werden kann.

Die Oxidation und Reduktion dienen der Entgiftung von Abfällen. Cyanidhaltige Abwässer werden beispielsweise durch Oxidation mit Hypochlorit oder Wasserstoffperoxid unschädlich gemacht. Chromhaltige Abwässer aus der Galvanik werden durch Reduktion von sechswertigem zu dreiwertigem Chrom entgiftet, bevor sie ausgefällt werden können.

Umgang mit Chemikalienabfällen

Um eine nachhaltige Abfallwirtschaft sicherzustellen, sind bei der Erzeugung von Abfällen in der Chemie bestimmte Regeln zu beachten. Verschiedene Abfallarten dürfen nicht miteinander vermischt werden. Sie sind getrennt zu sammeln und in dicht verschlossenen, geeigneten Behältern aufzubewahren. Die Behälter müssen mit Angaben über den Inhalt versehen werden. Die Beschriftung umfasst mindestens den Namen des Abfallerzeugers, die enthaltenen Stoffe, die dazugehörigen Abfallschlüsselnummern und die zutreffenden Gefahrenhinweise und -symbole.

Die Lagerung muss bis zur Abholung durch den Entsorger in geeigneten Räumen erfolgen. Geeignet sind brandsichere, gut belüftete Räume, die sich abschließen lassen. Behälter für flüssige Stoffe sind doppelwandig auszuführen oder durch Auffangwannen gegen auslaufende Flüssigkeiten abzusichern. Der Abfallerzeuger ist mitverantwortlich, dass alle Abfälle ordnungsgemäß beseitigt oder verwertet werden.

Verfahren zur Abfallverwertung in der Chemie

Moderne Verfahren ermöglichen es, aus vielen chemischen Abfällen wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen. Diese stoffliche Verwertung steht in der Abfallhierarchie vor der thermischen Verwertung und leistet einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Abfallwirtschaft.

Lösemittelrückgewinnung

Verbrauchte Lösemittel aus Reinigungsprozessen, Lackierarbeiten oder der Entfettung lassen sich durch Destillation und andere Verfahren aufbereiten und erneut einsetzen. Die moderne Lösemittelrückgewinnung erreicht Reinheitsgrade, die den Einsatz als Neuware ermöglichen. Das spart nicht nur Entsorgungskosten, sondern reduziert auch den Bedarf an frischen Lösemitteln.

Altölaufbereitung

Gebrauchte Öle aus der Metallbearbeitung, Hydraulikanlagen oder Schmierung können zu Basisölen aufbereitet werden. Die Aufbereitungsverfahren entfernen Verunreinigungen, Alterungsprodukte und Additivreste. Das gewonnene Basisöl dient als Ausgangsstoff für neue Schmierstoffe oder als Brennstoff. Die Altölaufbereitung ist ein Paradebeispiel für funktionierende Kreislaufwirtschaft in der Chemie.

Metallrückgewinnung

Aus galvanischen Bädern, Beizlösungen und anderen metallhaltigen Abwässern lassen sich wertvolle Metalle zurückgewinnen. Verfahren wie Elektrolyse, Ionenaustausch oder Fällung ermöglichen die Abtrennung von Kupfer, Nickel, Zink, Chrom und anderen Metallen. Diese Rückgewinnung ist nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern angesichts steigender Rohstoffpreise auch wirtschaftlich attraktiv.

Wie wird die Abfallwirtschaft nachhaltig?

Die nachhaltige Verwertung und Entsorgung von Abfällen erfolgt nach den neuesten Regeln der Technik. Diese sind in BVT-Merkblättern über die besten verfügbaren Techniken für die Abfallwirtschaft enthalten.

Solche Merkblätter existieren für:

• Abfallbehandlungsanlagen
• Abfallverbrennungsanlagen
• Abwasser- und Abgasbehandlung in der chemischen Industrie

Dort sind Vorgaben enthalten, die den sicheren und umweltgerechten Abfallumgang betreffen.

Dazu gehören ausführliche Hinweise über:

• die Vorabkontrolle und die Eingangskontrolle der Abfallzusammensetzung, um die geeignete Technologie zu finden
• die sichere umweltgerechte Lagerung der Abfallstoffe einschließlich der Kontrolle auf Leckagen
• die Vermeidung und analytische Überwachung der Emissionen aus Behandlungs- und Verbrennungsanlagen in die Umwelt
• die Minimierung der Risiken zur Freisetzung von Schadstoffen durch Unfälle, Brände und Explosionen
• die Durchsetzung von Material- und Energieeffizienz bei den genutzten Verfahren
• die Durchführung von mechanischen, mechanisch-biologischen, biologischen und chemisch-physikalischen Verfahren der Abfallbehandlung

Nachhaltige Abfallwirtschaft bei Kluthe

Die Vorgaben aus den BVT-Merkblättern erklären ausführlich, wie Kreislaufchemie und Abfallwirtschaft umgesetzt werden. Kluthe gehört seit der Unternehmensgründung zu den Firmen, die sich intensiv für umweltgerechte Herstellung von Chemikalien für die Oberflächentechnik engagieren. Das gilt auch für die Rücknahme und Wiederaufbereitung von Abfallstoffen nach den Empfehlungen der BVT-Merkblätter. In diesem Zusammenhang wurde das Tochterunternehmen REMATEC für zukunftsorientiertes Recycling von Reststoffen gegründet.

In der Oberflächentechnik fallen vielfach Altöle, Bearbeitungsemulsionen, Lackschlämme, Lösungsmittel, Altlacke und Altfarben an, aus denen wertvolle Inhaltsstoffe zurückgewonnen werden. Für diese Stoffe stellt REMATEC spezielle Entsorgungsgebinde für Reststoffe und leere Behälter zur Verfügung, die von der betriebseigenen Spedition beim Kunden abgeholt werden. Das erleichtert dem Kunden die Vorbereitung für eine umweltschonende Abfallentsorgung. Die Aufbereitung und Verwertung der Abfälle erfolgt mit modernen Verfahren, die zum Teil selbst entwickelt und zur Patentreife gebracht wurden. Auf diesem Weg werden die Inhaltsstoffe in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt.

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Was genau ist Korrosion?

Der Begriff Korrosion entstammt dem lateinischen Wort „corrodere“, das sich mit „zerfressen“, „zersetzen“ oder „zernagen“ übersetzen lässt. Aus technischer Sicht ist Korrosion die Reaktion eines metallischen Werkstoffs auf seine Umgebung, die zu einer messbaren Veränderung seiner Struktur führt. In den meisten Fällen ist dieser Vorgang elektrochemischer, manchmal aber auch chemischer oder metallphysikalischer Natur.

Die wichtigsten Korrosionsarten im Überblick

Lochfraßkorrosion

Der sogenannte Lochfraß zeigt sich durch kleine, tiefe Löcher oder Vertiefungen an der Metalloberfläche. Besonders häufig tritt er in sehr feuchten oder aggressiven chemischen Umgebungen auf. Oftmals beginnt diese Form der Korrosion an lokalen Defekten wie Kratzern oder Rissen sowie im Bereich eingelagerter Fremdpartikel. Begünstigt wird der Lochfraß unter anderem durch hohe Temperaturen, das Vorhandensein von salz- oder chloridhaltiger Feuchtigkeit oder niedrige Strömungsgeschwindigkeit feuchter Medien (z. B. in Wasserkreisläufen).

Spannungsrisskorrosion

Damit es zur Spannungsrisskorrosion kommt, müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein:

• Der Werkstoff muss angerissen sein.
• Eine Zugspannung muss vorliegen (z. B. Eigenspannung).
• Es muss ein spezieller Elektrolyt vorhanden sein (z. B. Chlor, Schwefel, Ammoniak).

Durch spannungsbedingte Versetzungsbewegungen entstehen an der Oberfläche des Metalls Gleitstufen, welche die korrosionshemmende Deckschicht (z. B. Oxidschicht) durchbrechen. Der spezielle Elektrolyt unterbindet die Neubildung der schützenden Schicht, wodurch der Korrosionsangriff weitergeht.

Flächenkorrosion

Bei der Flächenkorrosion bilden sich an der Metalloberfläche anodische (Metall auflösende) und kathodische (Elektronen verbrauchende) Areale. Diese stehen in ständigem Ortswechsel, wodurch es zu einer gleichmäßigen Korrosion kommt. Ist die Lageänderung der Bereiche nur schwer oder überhaupt nicht möglich, bilden sich lokal flache, trichterförmige Mulden. Daher wird diese Variante auch als Muldenkorrosion bezeichnet.

Galvanische Korrosion

Diese auch als Bimetall- oder Kontaktkorrosion bezeichnete Form wird durch die elektrochemische Reaktion zweier unterschiedlicher leitfähiger Metalle verursacht, zum Beispiel Stahl und Aluminium. Werden die beiden in elektrischem und galvanischem Kontakt stehenden Metalle zusammen in eine als Elektrolyt wirkende Flüssigkeit eingetaucht, baut sich eine elektrische Spannung auf. Diese bewirkt, dass Elektronen des aktiveren Metalls (Anode) in das edlere Metall (Kathode) wandern und dort eine Reaktion mit dem Elektrolyten auslösen. Durch die anschließende Reaktion des weniger edlen Metalls mit dem Elektrolyten entsteht ein geschlossener Stromkreis, der eine Redoxreaktion mit sich bringt. Die Anode wird oxidiert und sukzessive zerstört, die Kathode hingegen reduziert und geschützt.

Interkristalline Korrosion

Hierbei handelt es sich um die komplexeste Art der Korrosion. Die Zerstörung findet auf mikrostruktureller Ebene entlang der Korngrenzen von Metallen statt. Während das Korninnere weitgehend zerstörungsfrei bleibt, verlieren die einzelnen Körner in Grenznähe an Zusammenhalt. Bei einer Wärmebehandlung verbindet sich der im Stahl enthaltene Chrom mit dem Kohlenstoff zu Chromkarbid und steht somit nicht mehr für den Korrosionsschutz zur Verfügung. Dadurch wird die Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen aus Stahl beeinträchtigt.

Weitere Korrosionsarten bei Metallen und Metallwerkstoffen

Je nach Materialeigenschaften und den mechanischen und thermischen Belastungen bei der Metallbearbeitung und im jeweiligen Einsatzgebiet können zahlreiche weitere Formen der Korrosion zum Tragen kommen. Beispiele hierfür sind:

• Schwingungsrisskorrosion
• Unterwanderungskorrosion
• Messerlinienkorrosion
• Streustromkorrosion
• Erosionskorrosion
• Hochtemperaturkorrosion

Schäden durch diese Korrosionsarten lassen sich in erster Linie durch eine sorgfältige Materialauswahl und eine korrosionsgerechte Konstruktion verhindern.

Was ist Korrosionsbeständigkeit?

Als Korrosionsbeständigkeit wird die Fähigkeit eines Materials bezeichnet, seinen originalen Zustand und seine Funktionsfähigkeit auch in korrosiven Umgebungen aufrechtzuerhalten. Ob ein Werkstoff eine niedrige oder eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, hängt unter anderem von seiner chemischen Zusammensetzung, seiner Mikrostruktur, seiner Oberflächenbehandlung und den Umgebungsbedingungen ab. Wie korrosionsbeständig ein Material ist, kann durch verschiedene Tests festgestellt werden, die seine Reaktion auf korrosive Einflussfaktoren simulieren. Gängige Prüfverfahren sind Salzsprühnebeltests, Temperaturwechsel- und Feuchtetests sowie elektrochemische Messungen.

In welchen Bereichen ist Korrosionsbeständigkeit besonders wichtig?

Eine hohe Korrosionsbeständigkeit ist in vielen Anwendungen von Bedeutung. Infrastrukturen wie Gebäude, Brücken und Pipelines müssen korrosionsfest sein, um ihre Sicherheit und Langlebigkeit zu gewährleisten. In der chemischen Industrie müssen Anlagen und Geräte aggressiven Chemikalien widerstehen können, um eine Gefährdung von Mensch und Umwelt auszuschließen und ihre Funktionalität sicherzustellen. Auch in der Automobilindustrie ist Korrosionsbeständigkeit unverzichtbar, da Fahrzeuge ständig unterschiedlichsten Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit müssen Stahlbauteile aufweisen, die in salzhaltiger Umgebung benötigt werden. Für Schiffe und Boote sind korrosionsfeste Materialien ebenso unerlässlich wie für Offshore-Windparks. Überdies ist Korrosionsfestigkeit in der Lebensmittelverarbeitung und der pharmazeutischen Industrie wichtig, um Hygiene und Sauberkeit zu gewährleisten.

Wie lässt sich die Korrosion von Stahlbauteilen verhindern?

Die Stahlindustrie und die Oberflächentechnik kennen verschiedene Mechanismen, die Bauteilen aus Stahl eine hohe Korrosionsbeständigkeit verleihen können. Ein Ansatz besteht darin, eine schützende Oxidschicht auf der Werkstückoberfläche zu erzeugen, die das darunter liegende Material vor Umgebungseinflüssen schützt. Eine weitere Möglichkeit ist das Verwenden von Legierungen, die gegenüber bestimmten Korrosionsarten eine natürliche Widerstandsfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus lässt sich die Korrosionsbeständigkeit durch das Auftragen einer Beschichtung oder durch eine Passivierungsschicht verbessern.

Temporärer Schutz durch Korrosionsinhibitoren

Korrosionsinhibitoren dienen dazu, Bauteile aus Stahl bei der Bearbeitung und beim Transport gegen schädigende Umgebungseinflüsse abschirmen. Sie können auf zwei Arten wirken: Einige bedecken als temporäre Schutzschicht die gefährdeten Werkstoffbereiche. Andere verhindern den negativen Einfluss korrosiver Medien, indem sie mit diesen reagieren und dadurch neutralisieren können. Die Inhibitoren werden Kühlschmierstoffen, Reinigungsmitteln und anderen Prozessflüssigkeiten zugesetzt und Verpackungen beigegeben.

Dauerhafter Schutz durch Oberflächenbehandlung

Einen Langzeitschutz vor den häufigsten Korrosionsarten bei Stahl bietet eine zweckmäßige Beschichtung. Hierfür kommen im Rahmen einer Oberflächenbehandlung oder -vorbehandlung unter anderem folgende Verfahren zur Anwendung, für die Kluthe eine Vielzahl abgestimmter Produkte liefert:

• Erzeugen von Konversionsschichten
• Verzinken
• Galvanisieren
• Lackieren
• Pulverbeschichten

Diese Beschichtungen verhindern einen direkten Kontakt der Metalloberflächen mit den Umgebungsmedien und damit auch die Korrosion.

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Kaltverfestigung tritt auf, wenn metallische Werkstoffe unterhalb ihrer Rekristallisationstemperatur umgeformt werden. Informieren Sie sich hier, wie sich mechanische Eigenschaften von Metallen durch Umformprozesse verändern, welche Industrieanwendungen von der Festigkeitserhöhung profitieren und welche weiteren Verfestigungsmethoden bei unterschiedlichen Herstellungsverfahren zum Einsatz kommen.

Kaltumformung

Die Kaltumformung eignet sich sehr gut für die Massenproduktion, weil sich überdurchschnittlich hohe Materialdurchsätze in sehr kurzer Zeit realisieren lassen. Weitere Vorteile sind der fortbestehende Materialzusammenhalt, die oft vollständige Werkstoffausnutzung und der verhältnismäßig geringe Energieverbrauch. Metallische Werkstoffe lassen sich durch starke mechanische Kräfte in nahezu beliebige Formen bringen. Die neuen Konturen entstehen an Werkzeugen, die dem Material die vorgesehene Gestalt geben. Dafür, dass die Werkzeuge trotz hoher Verarbeitungsgeschwindigkeiten, Arbeitsdrücke und Temperaturanstiege wirtschaftlich vertretbare Standzeiten erreichen, sorgen Umformschmierstoffe. Kluthe bietet mit den Produktreihen Hakuform, Hakuforge und Trägerschichten wie Decorrdal-Zinkphosphatierungen eine breite Palette von tribologisch wirksamen Produkten, die perfekt an die unterschiedlichen Bedingungen der einzelnen Herstellungsverfahren angepasst sind.

Kaltverfestigung

Eine Begleiterscheinung der Kaltumformung ist die Kaltverfestigung. Sie führt dazu, dass die hergestellten Bauteile im Einsatz hohen mechanischen Belastungen widerstehen können. Bei den meisten Herstellungsverfahren ist die Festigkeitserhöhung gewollt. Das trifft vor allem auf das Kaltwalzen, das Rohrziehen, das Drahtziehen und weitere Verfahren der Kaltmassivumformung zu. In einigen Fällen stört die hohe Festigkeit jedoch die weitere Bearbeitung der Werkstücke. Dann lässt sich das Material durch Weichglühen (auch als Rekristallisation bezeichnet) in den ursprünglichen mechanischen Zustand zurückversetzen. Dies wird unter anderem erforderlich, wenn mehrere aufeinanderfolgende Umformstufen benötigt werden, um das Rohmaterial in die endgültige Form zu bringen. Betroffen sind beispielsweise mehrfach gezogene Rohre und Drähte, Kaltstauchteile aus kaltgezogenem Draht und durch Kaltmassivumformung erzeugte Bauteile, bei denen mithilfe des Zwischenglühens das benötigte Materialverhalten wiederhergestellt wird.

Verformbarkeit von Metallen

Gitteraufbau

Die Verformbarkeit von Metallen lässt sich auf ihre Kristallstruktur zurückführen. Beim Erstarren der Schmelze ordnen sich Teilchen (Atome, Ionen) zunächst an zufällig verteilten Stellen zu regelmäßig aufgebauten Kristallgittern. Während die Schmelze fest wird, lagern sich immer mehr Teilchen an das Gitter an (Kristallwachstum). Dabei treten vereinzelt Unregelmäßigkeiten auf, die in der Werkstofftechnik als Gitterfehler bezeichnet werden. Einfache Gitterfehler sind Fremdatome, Leerstellen und Zwischenatome. Fremdatome nehmen den Platz eines Teilchens ein und verzerren das Gitter durch ihre abweichende Größe. Bei Leerstellen fehlen einzelne Teilchen im Gitter. Zwischenatome sind zusätzlich in das Gitter eingelagert.

Versetzungen im Gitter

Großen Einfluss auf das Materialverhalten bei der Kaltverformung haben Versetzungen in den Kristallgittern. Die Werkstofftechnik unterscheidet zwischen Stufenversetzungen und Schraubenversetzungen. Stufenversetzungen bilden sich durch zusätzliche Halbebenen, die innerhalb eines Kristalls beginnen. Benachbarte, im Normalfall parallel verlaufende Gitterebenen weichen dann seitlich aus. Senkrecht zur Halbebene verlaufende Ebenen behalten ihre Lage bei. Schraubenversetzungen entstehen, wenn Gitterbereiche einen schrägen Verlauf annehmen, um fehlende Gitterbausteine zu überbrücken. Dieser Verlauf setzt sich wendelförmig im Kristallgitter fort.

Einfluss der Versetzungen auf die Kaltumformung

Versetzungen lockern den festen Zusammenhalt der Gitterbausteine auf. Dadurch wird eine Kaltumformung möglich. Äußere Kräfte bewirken, dass die Versetzungen durch die Gitter wandern und das Material in die vorgesehene Form fließen kann. Währenddessen entstehen im Gitteraufbau neue Abweichungen vom Idealzustand. Mechanische Eigenschaften ändern sich. Schließlich behindern sich die zusätzlich zustande gekommenen Versetzungen gegenseitig. Das Material setzt der Formänderung wachsenden Widerstand entgegen. Die Werkstofftechnik bezeichnet dieses Materialverhalten als Kaltverfestigung.

Rekristallisation

Die Gitterbausteine befinden sich in ständiger Bewegung. Sie führen Schwingungen um einen idealen Gitterpunkt aus. Äußeres Anzeichen für diese Bewegungen ist die Temperatur. Erreicht die Temperatur einen Grenzwert, bewirkt die Bewegungsenergie eine Neuordnung der Gitterbausteine. Versetzungen werden zum großen Teil abgebaut, das Gitter repariert sich. Der Grenzwert ist die Rekristallisationstemperatur. Sie ist hauptsächlich von der genauen Werkstoffzusammensetzung und vom Grad der Verformung abhängig. Ihre Größe liegt etwa bei 40 bis 50 % der absoluten Schmelztemperatur. Deshalb ist eine Kaltverfestigung bei Werkstoffen mit niedrigen Schmelztemperaturen wie Zink (418 °C), Blei (328 °C) oder Zinn (232 °C) nicht möglich. Die Kristallgitter dieser Materialien bringen sich nach Beendigung der Umformprozesse sofort wieder in Ordnung.

Die Skala für die absolute Temperatur beginnt bei null Kelvin (Kurzzeichen K), dem absoluten Nullpunkt. An diesem Punkt befinden sich alle Teilchen in Ruhe. Die Umrechnung von °C in K erfolgt einfach durch die Addition von 273,15 (0 °C sind 273,15 K).

Weitere Verfestigungsmethoden

Kornfeinung

In der erstarrenden Schmelze wachsen die Kristalle, bis sie an benachbarte Kristalle anstoßen. Die Werkstofftechniker bezeichnen die Gebilde, die zu diesem Zeitpunkt entstanden sind, als Körner. Die äußeren Teilchen bilden Korngrenzen. Weil die Ausrichtung der Gitterebenen in benachbarten Körnern unterschiedlich ist, setzen die Korngrenzen der Verformung einen Widerstand entgegen. Das Metall gewinnt an Festigkeit. Das wird bei der Kornfeinung ausgenutzt. Durch definierten Abkühlbedingungen nach dem Erwärmen der Metalle über die Rekristallisationstemperatur hinaus und durch das Einbringen von Kristallisationskeimen erhöht sich die Anzahl der Stellen in der Schmelze, an denen die Kristallbildung einsetzt. In der Folge entstehen mehr kleinere Körner und entsprechend mehr Korngrenzen. Ein Vorteil dieser Verfestigungsmethode ist, dass die Zähigkeit der Werkstoffe erhalten bleibt. Im Gegensatz dazu verspröden Materialien bei einer Kaltverfestigung.

Ausscheidungshärtung

Metallische Werkstoffe sind in der Regel Legierungen, die unterschiedliche chemische Elemente enthalten. Beispielsweise ist Stahl eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, die durch weitere Komponenten Korrosionsbeständigkeit und benötigte mechanische Eigenschaften gewinnt. Die verschiedenen Bestandteile weisen unterschiedliche Löslichkeit ineinander aus. Die Löslichkeit sinkt im Allgemeinen mit der Temperatur. Für die Ausscheidungshärtung wird der Werkstoff so weit erwärmt, dass sich alle Komponenten gut durchmischen können. Anschließend erfolgt eine schnelle, starke Verringerung der Temperatur (Abschrecken). Im Grundwerkstoff entstehen übersättigte Kristalle, die mehr fremde Teilchen enthalten als es die Löslichkeit zulässt. Beim sogenannten Auslagern wandern die überschüssigen Teilchen aus dem Kristallgitter heraus und bilden zwischen den Körnern eigene Bereiche, die sich einer Verformung widersetzen und damit eine Festigkeitserhöhung bewirken.

Mischkristallverfestigung

Weil die meisten reinen Metalle sehr weich sind, eignen sie sich nur bedingt als Werksstoff für Industrieanwendungen. Durch den Zusatz von Legierungselementen, die Gitterplätze einnehmen oder sich zwischen den Gitterpunkten einlagern, erhöht sich die Festigkeit der metallischen Werkstoffe. Grund ist, dass die zusätzlichen Gitterbausteine kleiner oder größer als die Teilchen des Grundmaterials sind. Ihre Anwesenheit verzerrt das Kristallgitter. Versetzungen müssen diesen Verzerrungen ausweichen, wenn sie sich durch das Gitter bewegen.

Beispiele für die Kaltverfestigung in Industrieanwendungen

Bei vielen Kaltumformprozessen führt die Kaltverfestigung zu einer gewünschten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Bauteile. Die Kaltverfestigung wird heute so gut verstanden (und auch in der Umformsimulation abgebildet), dass man die Umformprozesse gezielt auf gewünschte Kaltverfestigungsgrade einstellen kann. Das zeigt sich besonders bei der Kaltmassivumformung. In kurzer Zeit lässt sich eine große Anzahl von Komponenten für Getriebe, Befestigungselemente (Kaltstauchteile) oder andere stark mechanisch beanspruchte Bauteile für den Fahrzeug- und Maschinenbau herstellen. Von der Kaltverfestigung profitieren auch Drähte, Rohre und Profile, die im Stahlbau Verwendung finden.

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Ein Blick in die Geschichte der Gewindeherstellung

Die ältesten bekannten Hinweise auf Werkzeuge zur Gewindefertigung finden sich in den Aufzeichnungen des Universalgelehrten Leonardo da Vinci (1452 – 1519). Ob sie tatsächlich zum Gewindeformen genutzt wurden, ist heute nicht mehr nachvollziehbar.

Eine erste primitive Maschine zum Drehen von Schraubengewinden wurde 1568 in Frankreich gebaut. Diese wurde 73 Jahre später von Henry Hindley of York (1701 – 1771), einem gefeierten Uhrenhersteller und Mechaniker, optimiert und daraufhin vermehrt genutzt, um bei Schrauben und Muttern Gewinde zu formen. In Deutschland begann die Geschichte der Schraubenschmieden erst zu Ende des 17. Jahrhunderts – in Westfalen und im Rheinland. Hergestellt wurden die Schrauben noch überwiegend in Handarbeit. Gewinde- und Kerndurchmesser, Flankenwinkel und Steigung wurden abhängig von der jeweiligen Anwendung individuell gestaltet. Erst ab Mitte des 18. Jahrhunderts lief mit Entstehung von Schraubenfabriken die maschinelle Produktion an.

Die Idee, Gewinde zu normen, kam erst knapp 100 Jahre später dem britischen Ingenieur Joseph Whitworth (1803 – 1887). 1841 führte er das auf der englischen Zolleinheit basierende und nach ihm benannte Whitworthgewinde ein und legte damit den Grundstein für moderne Schraubverbindungen. Durch die Normung wurden Schrauben austauschbar und eine Massenproduktion sinnvoll. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts gab es erste Versuche der Gewindeherstellung durch Massivumformen, die sich jedoch auf das Warmumformen beschränkten.

Zwar hatte der Amerikaner William Keane schon um 1835 das Gewindewalzen (auch: Gewinderollen) zum Gewindeformen in Betracht gezogen, diese Methode scheiterte aber zunächst am damals verfügbaren Stahl, der bei Kaltumformung zersplitterte. Erst nach Einführung von Stählen mit ausreichender Dehn- und Formbarkeit kam Schwung in die Sache.

Mittlerweile haben sich für die Gewindeherstellung einige Verfahren etabliert. Grundsätzlich werden spanende und nicht spanende Techniken unterschieden. Bei Ersteren wird Material in Form von Spänen abgetragen, bei Letzterem das Gewindeprofil in die Rohlinge eingepresst.

Gewindeformen mit spanenden Verfahren

Als Ausgangsstoff für spanende Verfahren dienen meist Automatenstähle, die eine besonders gute Zerspanbarkeit bieten. Werden vorgepresste Rohlinge durch Schleifen oder Drehen zu Pass- oder Taillenschrauben weiterverarbeitet, kommen mitunter auch Vergütungsstähle in Betracht.

Gewindeschneiden / Gewindebohren

Hierbei werden das Innengewinde- und das Außengewindeschneiden unterschieden. Innengewinde werden in erster Linie unter Einsatz von Gewindebohrern hergestellt. Der erste Schritt besteht im Einbringen einer Kernbohrung mithilfe eines normalen Bohrers. In diese wird anschließend mit einem Gewindebohrer das Gewinde geschnitten. Außengewinde werden mit einem Schneideisen auf einen bolzenförmigen Rohling geschnitten.

Gewindedrehen

Bei diesem Verfahren zum Gewindeformen findet ein Gewindedrehmeißel im Längsdrehverfahren Verwendung. Das Profil und die Positionierung des Werkzeugs werden entsprechend der gewünschten Gewindeform gewählt. Bei der mehrstufigen Gewindeherstellung wird die Schneidspitze des Meißels mehrfach an gleicher Stelle des Werkstücks angesetzt. Der Vorschub entspricht der Gewindesteigung. Mit dieser Methode lassen sich sowohl Außengewinde als auch Innengewinde erstellen.

Gewindestrehlen

Das Gewindestrehlen bietet die Möglichkeit, Gewinde wirtschaftlich auf Drehmaschinen und -automaten herzustellen. Die hierzu verwendeten Werkzeuge sind als Schaft-, Vierkant- und Scheibenstrehler für Innen- und Außengewinde verfügbar. Es gibt sowohl als Einzahn- als auch als Mehrzahn-Strehler.

Gewindefräsen

Das Fräsen von Gewinden erfordert Werkzeugmaschinen, die Bewegungen auf der x-, y- und z-Achse gleichzeitig ausführen können. Dieses Verfahren kommt vor allem bei hohen Anforderungen hinsichtlich der Prozesssicherheit und der Qualität zum Einsatz. Gewindefräser gelten als Problemlöser für spezielle Anwendungsfälle. In der Massenproduktion finden sie eher selten Verwendung.

Gewindewirbeln

Gewindewirbeln ist das Verfahren der Wahl bei Gewinden, bei denen die Länge in einem großen Verhältnis zum Durchmesser steht. Die auch als Gewindeschälen bezeichnete Methode der Gewindeherstellung bietet den Vorteil, dass sich damit auch schwer spanbare Materialien mit geringen Toleranzen bearbeiten lassen. Häufig wird sie für die Herstellung von Knochenschrauben aus rostfreien Stählen oder Titan eingesetzt.

Gewindeschleifen

Das Gewindeschleifen dient vorrangig der Fertigung von Gewindeschneidwerkzeugen für Innengewinde. Es lässt sich aber auch zur Herstellung von Gewindewalzbacken für Außengewinde nutzen. Zu den größten Vorteilen des Verfahrens zählt die extrem hohe Profilgenauigkeit, die durch das Verwenden keramisch gebundener Schleifscheiben erzielt wird.

Gewindeerodieren

Das Erodieren wird primär bei schwer zerspanbaren Werkstoffen zur Herstellung von Innengewinden eingesetzt. Die aus Messing, Kupfer oder Stahl bestehende Werkzeugelektrode entspricht dem Gewindeprofil und wird über eine vorab eingebrachte Kernbohrung in das zu bearbeitende Werkstück eingeschraubt.

Gewindeformen mit nicht-spanenden Verfahren

Bei der nicht-spanenden Gewindeherstellung werden Verfahren der Warmumformung (kleinere Losgrößen, große Befestigungselemente) und der Kaltumformung (größere Losgrößen) unterschieden. Alle genormten Schrauben und Muttern werden heute spanlos hergestellt. Für Sicherheitsbauteile ist das spanfreie Gewindeformen oftmals sogar vorgeschrieben. Das nicht-spanende Formen von Gewinden bietet unter anderem folgende Vorteile:

• keine Unterbrechung des Faserverlaufs im Material
• geringere Kerbwirkung
• schnellere Fertigung
• keine Spanbildung
• Verschneiden ist ausgeschlossen
• glattere Oberflächenstruktur

Gewindewalzen

Das Gewindewalzen wird hauptsächlich beim Herstellen von Schrauben angewandt. Die hierfür verwendeten Werkzeuge werden mit hohem Druck auf das Werkstück aufgepresst, was zu einer dauerhaften plastischen Verformung führt.

Damit das Gewindeformen funktioniert, muss der Werkstoff kalt umformbar sein. Bei Spitzgewinden sollte die Bruchdehnung mindestens fünf Prozent betragen. Die Obergrenze der Zugfestigkeit beläuft sich auf circa 1700 N/mm². Typische Materialien für Befestigungselemente mit gewalzten Gewinden sind:

• Automaten- und Baustähle,
• hochlegierte, korrosions- und säurebeständige Stähle sowie
• Aluminium- und Kupferknetlegierungen (Cu-Anteil mindestens 60 Prozent).

Um auf diese Weise Gewinde formen zu können, ist eine ausreichende Materialstärke erforderlich. Abhängig ist diese einerseits vom Werkstoff, andererseits aber auch von der Art und Tiefe des gewünschten Profils.

Gewindedrücken / Gewindefurchen

Das Gewindeformen mittels Drückwalzen findet meist beim Herstellen von Rundgewinden in Blechen Verwendung. Dabei wird eine rotierende Walze in ein vorgebohrtes Kernloch eingebracht und eine weitere von außen dagegen geführt. Die Gewindekontur entsteht in diesem stufenförmig ablaufenden Umformprozess durch Verdrängung des Materials.

Welche Rolle spielen Schneid- und Umformschmierstoffe beim Gewindeformen?

Ob beim Gewinde Rollen oder Schneiden, beim Strehlen, Schneiden oder Fräsen: Ohne Schmierstoffe geht es beim Gewindeformen nicht. Gerade bei den spanabhebenden Verfahren wird die Notwendigkeit der Schmiermittel häufig unterschätzt, was nicht selten eine deutlich verkürzte Lebensdauer der verwendeten Werkzeuge zur Folge hat. Die Schmierstoffe senken die Temperatur und verringern zugleich die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug. Das senkt den Verschleiß erheblich.

Unverzichtbar sind Schmiermittel beim Gewindeformen durch nicht-spanende Verfahren, da es dabei zwischen der Werkstückoberfläche und dem Werkzeug zu einer gleitenden Bewegung kommt. Umformschmierstoffe (i.A. nicht-wassermischbar) sorgen dafür, dass das Gewindeformen reibungsfrei abläuft. Damit verhindern sie Werkstoffaufschweißungen, die unsaubere Gewindeoberflächen und sogar Werkzeugbrüche zur Folge haben können. Außerdem sorgen die Umformschmierstoffe dafür, dass die beim Gewindeformen entstehende Wärme abgeführt wird. Auf dem Gewinde verbleibende Schmierstoffreste bieten einen gewissen Korrosionsschutz, müssen aber vor weiteren Bearbeitungsschritten oft abgereinigt werden.

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