Thermische Entkeimung von Kühlschmierstoffen

Wer mit Kühlschmierstoffen arbeitet, kennt das Problem: Man kommt morgens in die Produktionshalle und es „stinkt zum Himmel“, weil in einer Werkzeugmaschine der Kühlschmierstoff gekippt ist.
Ursächlich dafür sind bekanntermaßen Mikroorganismen, also Pilze und Bakterien, die im Kühlschmierstoff (KSS) einen perfekten Nährboden finden. Diese Mikroorganismen kommen im Wesentlichen bei wassermischbaren KSS vor, und häufen sich temperaturbedingt im Sommer und in südlichen Ländern. Die Geruchsbelästigung entsteht durch die Ausscheidungen anaerober Bakterien.
Neben der Geruchsbelästigung führen Bakterien und Pilze zu weiteren unerwünschten Nebeneffekten. Insbesondere beeinträchtigen sie die Wirksamkeit des KSS und verschlechtern somit dessen Gebrauchseigenschaften, bis zu dem Punkt, wo der KSS ausgetauscht werden muss. Gelegentlich kommt es zudem zur Verstopfung von Rohren durch Pilzfäden und/oder Schleimbakterien, ausnahmsweise sogar zur Bildung von bis zu Kohlkopf-großen Pilzgewächsen.
Eine gezielte Pflege des KSS ist daher jedenfalls sinnvoll, um die Gebrauchseigenschaften länger zu erhalten, d.h. die Standzeit bzw. Lebensdauer des KSS zu verlängern. Dadurch reduzieren sich die Kosten für den Einkauf von neuem KSS-Konzentrat, die oftmals unterschätzten Kosten für die Entsorgung des gebrauchten KSS, sowie die Maschinenstillstandzeiten während des Wechselprozesses.

Zur Pflege des KSS gehören in vielen Fällen die Filterung des KSS mit Hilfe spezieller KSS-Filter sowie das Entfernen von Oberflächen-Ölen mit Hilfe von Skimmern und Ölabscheidern. Derlei mechanische Methoden sind jedoch gegen bereits vorhandene Mikroorganismen machtlos. Auch die Überwachung des KSS im Hinblick auf Nitrite, Nitrate und den pH-Wert erlaubt lediglich, festzustellen, dass bzw. wann neue Maßnahmen gesetzt werden müssen.
Für die Bekämpfung der Bakterien und Pilze im KSS gibt es nur wenige Methoden. Weit verbreitet ist die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Diese funktioniert bei transparenten Flüssigkeiten relativ problemlos, doch bei KSS dringen UV-Strahlen auf Grund der milchigen Beschaffenheit und häufig auch auf Grund von Verunreinigungen nur oberflächlich ein. Um effektiv zu sein, muss der KSS daher auf einen so dünnen Film reduziert werden, dass das UV-Licht den gesamten Flüssigkeitsfilm durch-dringen kann. Dies erweist sich in der Praxis als große Herausforderung, denn eine solche Filmbildung erfordert beachtliche Investitionen und rechnet sich daher oft nur in Großbetrieben. Trotz-dem sind die Ergebnisse in der Praxis zumeist bescheiden: Oftmals werden lediglich 60-80%, z.T. sogar unter 50% der vorhandenen Bakterien und Pilze abgetötet.

Sicherlich am weitesten verbreitet ist die Verwendung von Bioziden, d.h. von Bakteriziden und Fungiziden. Diese haben unzweifelhaft den Vorteil, kostengünstig und z.T. auch sehr effizient zu sein. Während einige Biozide sich auf natürlichem Wege zersetzen, kumulieren sich andere im KSS, in welchem Falle das Zusetzen von Bioziden nur so lange möglich ist, bis die Konzentration im KSS zu hoch wird. In jedem Falle handelt es sich bei Bioziden um Gefahrstoffe im Sinne der CLP-Verordnung der EU, die eine fachgerechte Verwendung und (teure) Entsorgung erfordern. Allerdings wird dabei in mancher Hinsicht „der Teufel mit dem Beelzebub“ ausgetrieben, denn Biozide können beachtliche gesundheitliche Beschwerden verursachen. Diese reichen von leichten Entzündungen alltäglicher Wunden über Hautausschläge über Allergien bis hin zu Reizungen von Haut, Augen und Schleimhäuten. Insbesondere Konzentrate, die immer öfter zur Anwendung kommen, dürfen in keinem Falle mit der Haut in Kontakt kommen, da schon kleinste Spritzer zu erheblichen gesundheitlichen Schäden führen können. Die Vermeidung von Bioziden würde daher die Gesundheitsrisiken für die Mitarbeiter erheblich reduzieren und somit tendenziell dazu  beitragen, die Krankenstände zu reduzieren. Methoden wie die in-situ-Erzeugung von Ozon im KSS, die Bestrahlung mit Ultraschall oder das Beimischen antimikrobieller Metalle erfordern z.T. sehr aufwendige Sicherheitsmaßnahmen, sind teilweise sehr kostenintensiv und dennoch oftmals nur bedingt wirksam. Wenig bekannt, aber dafür umso effektiver ist die thermische Entkeimung, die im Krankenhaus- und im Nahrungsmittelsektor als Pasteurisierung bekannt ist. Hierzu wird der KSS auf 65°C aufgeheizt, und anschließend wieder auf ca. 30°C abgekühlt. Da Proteine und damit Bakterien und Pilze bei ca. 62-63°C zerstört werden, ist diese Methode nahezu zu hundert Prozent effektiv.

In einer Versuchsreihe der ph-cleantec aus Fellbach wurde die thermische Entkeimung bei 107 Kunden mit 88 verschiedenen KSS untersucht. Bei allen Kunden fanden sich Bakterien, bei 29 der 107 Kunden fanden sich auch Pilze im KSS. N.B.: Dazu sei angemerkt, dass der Anteil an Pilzen und Bakterien vor der Entkeimung des jeweiligen KSS lediglich aussagt, dass sich bei einem bestimmten Kunden zu einem bestimmten Zeitpunkt viele oder wenige Keime befanden; dies kann an der Temperatur, der Anwendung, oder am Alter des KSS liegen, und besagt nichts über die Qualität des jeweiligen KSS oder darüber, ob ein bestimmter KSS besonders anfällig für die Entwicklung von Keimen ist.

Die folgenden Graphen zeigen die Ergebnisse der thermischen Entkeimung für diverse KSS in der Praxis. Dabei handelt es sich um eine logarithmische Skala, 10^3 bedeutet also 10 x 10 x 10 = 1000. Gemessen wurden Koloniebildende Einheiten pro Milliliter (KbE/ml).

Testergebnisse der ph-cleantec GmbH bei diversen Kunden im Zeitraum Oktober 2017 bis heute – Blatt 1 Bakterien: blaue Balken vor Entkeimung; grüne Balken nach Entkeimung
Testergebnisse der ph-cleantec GmbH bei diversen Kunden im Zeitraum Oktober 2017 bis heute – Blatt 2 Bakterien: blaue Balken vor Entkeimung; grüne Balken nach Entkeimung

In 90% der Fälle – bei 79 von 88 untersuchten KSS - konnten die Bakterien auf null reduziert werden (Graphik 1a und 1b). Lediglich in 9 Fällen verblieben überhaupt Bakterien, konnten aber im Schnitt um einen Faktor 10^4 reduziert werden. Selbst bei schwerem Befall – 10^6 oder 10^7 bakterielle Keime pro Milliliter – fanden sich nach der Entkeimung in 22 von 25 Fällen keinerlei Bakterien mehr im Kühlschmierstoff, und in den verbleibenden Fällen wurden die Bakterien im Schnitt um einen Faktor 1000 reduziert. Noch erfolgreicher war die thermische Entkeimung bei Pilzen (Graphik 2): Diese wurden in allen 29 Fällen auf null reduziert. Aus Sicht des Anwenders besonders relevant ist, dass die thermische Entkeimung in der Praxis und auf Dauer funktioniert. Unternehmen, die das System inzwischen seit mehreren Jahren anwenden bestätigen uneingeschränkt, dass sie völlig auf Biozide verzichten können, und sich die Lebensdauer des KSS erheblich verlängert hat, seit sie den KSS regelmäßig entkeimen. Dies wird auch von KSS-Herstellern bestätigt. Vom Ergebnis her ist die thermische Entkeimung somit sicher eine der effizientesten Methoden zur Entkeimung von KSS. Sie ist, da sie völlig ohne Chemie oder Biozide auskommt, zudem umwelt- und gesundheitsfreundlich. Schließlich ist die thermische Entkeimung ausgesprochen kostengünstig, denn es sind lediglich geringe Investitionen für eine Entkeimungsmaschine – z.B. den ThermoDes oder den 1000 SR mit der Option Entkeimung von der ph-cleantec in Fellbach – sowie minimale laufende Kosten, im wesentlichen Strom, notwendig. Die Entkeimung sollte in jedem Fall während der laufenden Produktion erfolgen, damit auch der KSS in den Leitungen entkeimt wird. Damit entstehen während der Entkeimung keine Stillstandkosten.

Dies sei an einem einfachen Beispiel verdeutlicht: Bei einem Unternehmen mit zehn Werkzeugmaschinen (WZM) à 500 Liter, bei dem der KSS zwei Mal pro Jahr ausgetauscht wird, beträgt der jährliche Verbrauch 10.000 Liter KSS. Bei Kosten von €5/l KSS-Konzentrat und einer 6%-igen Konzentration kostet das 10.000 l x 6% x €5 = €3.000. Die Entsorgung kostet weitere €0,12/l, ergibt 10.000 l x €0,12 = €1.200. Hinzu kommen die Kosten des Stillstandes: Angenommen, die WZM stehen für den Wechsel des KSS jeweils acht Stunden still, und eine Stunde Still-stand kostet €100, so kostet das 10 WZM x 2 Wechsel pro Jahr x 8 Stunden x €100 = €16.000. Die Gesamtkosten betragen somit €20.200.
Kann die Lebensdauer des KSS durch die Entkeimung um 50% verlängert werden, spart das Unternehmen €6.733 p.a., kann die Lebensdauer des KSS verdoppelt werden, spart es €10.100 pro Jahr. Darüber hinaus werden die Kosten für Bakterizide und Fungizide eingespart. Schließlich kommen monetär nicht genau quantifizierbare Vorteile hinzu: keine Geruchsbelastung, ein sauberes Betriebsumfeld, und vor allem weniger gesundheitlichen Probleme.
In der Praxis sind die für die thermische Entkeimung notwendigen Geräte mobil und können problemlos an die jeweilige Werkzeugmaschine herangefahren werden. Der KSS wird von dem Entkeimungs-Gerät aus dem Tank der Werkzeugmaschine angesaugt, entkeimt, und anschließend wieder in den Tank der Werkzeugmaschine eingespeist. Bei einer Entkeimungs-Kapazität von 5-6 Litern pro Minute kann ein Tank mit z.B. 500 Litern in weniger als zwei Stunden einmal entkeimt werden. Auch eine Einbindung in eine Zentral-Anlage ist möglich.

Idealerweise sollte der entkeimte KSS in einen keimfreien Behälter umgefüllt werden, und die Werkzeugmaschine grundgereinigt und entkeimt werden, bevor der KSS wieder in die Maschine eingetragen wird. Das ist aber – und zwar bei allen Methoden – nicht praktikabel. Vielmehr wird der entkeimte KSS in der Praxis direkt wieder in das Bad eingeführt und dort mit dem nicht entkeimten KSS vermengt. Somit verbleiben regelmäßig Restbestände an nicht entkeimtem KSS im Tank der Werkzeugmaschine, insbesondere der Biofilm am Boden und an den Wänden der Werkzeugmaschine.
In der Praxis empfiehlt es sich daher, den KSS zwei Mal direkt hintereinander zu entkeimen, und ihn nach Möglichkeit etwas aufzumischen, so dass möglichst viel von den keimbelasteten Restbeständen in den Ecken, Leitungen und am Boden aufgewirbelt und entkeimt wird. Selbst dann wird man den Biofilm selber nicht erreichen, und dieser wird den entkeimten KSS wieder neu kontaminieren. Den-noch wird es je nach konkreter Anwendung Wochen, wenn nicht Monate dauern, bis der KSS wieder so stark keimbelastet ist, dass eine neue Entkeimung notwendig wird. Daher sollte die thermische Entkeimung unbedingt regelmäßig, z.B. einmal im Monat, wiederholt werden.
Insgesamt ist dadurch eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer des KSS möglich - mit entsprechendem Sparpotential bei der Beschaffung und Entsorgung des KSS, bei den Stillstandzeiten, sowie durch weniger gesundheitliche Beschwerden der Mitarbeiter und damit potentiell geringere Fehlzeiten.

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