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: Sie beeinträchtigen die Wirksamkeit des KSS und ver­schlechtern somit dessen Ge­brauchs­eigen­schaften. Gelegentlich kommt es 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 Metho¬den. Weit ver¬brei-tet ist die Bestrahlung mit ultra¬vio¬let¬tem Licht. Diese funktio¬niert bei transpa¬ren¬ten Flüssig-keiten relativ problemlos, doch bei KSS dringen UV-Strahlen auf Grund der milchigen Be-schaffenheit und von Verunreinigungen nur ober¬flächlich ein. Daher muss der KSS auf einen so dünnen Film redu¬ziert werden, dass UV-Licht diesen durch¬drin¬gen kann. Dies er¬weist sich in der Praxis als große Her¬ausfor¬de¬rung, und oft sind die Ergeb¬nis¬se in der Praxis nur bescheiden: Oft werden nur 60-80%, z.T. sogar unter 50% der vor¬handenen Bak¬te¬ri¬en und Pilze abgetötet.

Sicherlich am weitesten verbreitet ist die Verwendung von Bioziden, d.h. von Bakteriziden und Fun¬gi¬ziden. Diese haben unzweifelhaf¬t den Vor¬teil, kostengünstig und z.T. auch sehr effizient zu sein. Allerdings handelt es sich bei Bio¬ziden um Gefahrstoffe im Sinne der CLP-Verord¬nung der EU, die eine fachge¬rech¬te und damit teure Verwendung erfor¬dern.

So wird in mancher Hinsicht „der Teufel mit dem Be¬elzebub“ ausgetrieben, denn Bio¬zide können be¬achtliche ge¬sund¬heit¬liche Be¬schwer¬den verursachen. Diese reichen von leichten Ent-zündun¬gen all¬täglicher Wunden über Haut¬aus¬schläge über Aller¬gien bis hin zu Reizungen von Haut, Au¬gen und Schleimhäuten. Insbeson¬de¬re Konzentrate, die immer öfter zur Anwendung kommen, dürfen in keinem Falle mit der Haut in Kontakt kommen, da schon kleinste Spritzer zu erheblichen ge¬sund¬heit¬lichen Schäden führen können.

Die Vermeidung von Bioziden würde daher die Ge¬sundheitsrisiken für die Mitarbeiter re¬du-zieren und tendenziell dazu beitragen, Kranken¬stände zu reduzieren.

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. 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 75 verschiedenen KSS unter­sucht. Bei 88 Kunden fanden sich Bak­terien, bei 29 der 107 Kunden fanden sich auch Pilze im KSS.

Anmerkung: Der Anteil an Pilzen und Bak­terien vor der Ent­keimung des je­weiligen KSS sagt nur aus, dass sich bei einem bestimmten Kun­den zu einem be­stimm­ten Zeit­punkt viele oder we­nige Keime be­fan­den; dies mag 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 Graphen 1a, 1b und 2 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).

In 90% der Fälle – bei 79 von 88 Kunden - 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 10^3 reduziert werden. Selbst bei schwe­rem Be­fall – 10^6 oder 10^7 bak­te­ri­el­le Kei­me pro Milli­liter – fanden sich nach der Ent­keimung in 23 von 26 Fällen keinerlei Bak­te­rien mehr im Kühlschmier­stoff, und in den ver­blei­ben­den Fällen wurden die Bakterien um einen Fak­tor 1.000 bzw. 10.000 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 an­wen­den, können völlig auf Biozide verzichten und die Lebens­dauer des KSS hat sich deutlich ver­län­gert, 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 Ther­mo-EK 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 Still­stand 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 kaum 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 Rest­bestände an nicht ent­keim­tem KSS im Tank der Werk­zeug­maschine, ins­be­sondere der Biofilm am Bo­den­ und an den Wän­den der Werk­zeugmaschi­ne. Dies ist aber bei allen anderen Methoden, selbst bei Biozi­den, nicht anders, man steht sich hier also nicht schlechter.

In der Praxis empfiehlt es sich, den KSS drei 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. So wird es je nach konkreter Anwendung Wochen, manch­mal Monate dauern, bis der KSS wieder so stark be­lastet ist, dass eine neue Ent­kei­mung notwendig wird. Dennoch sollte die ther­mi­sche Ent­kei­mung unbedingt regel­mäßig, z.B. einmal im Monat, wiederholt werden, um eine zu starke Keim­bildung von vorneherein zu unterbinden. Da dies im Bypass erfolgen kann und soll, wird der laufen­de Betrieb dadurch nicht beeinträchtigt.

Dies kann mit der folgenden schematischen Darstellung visualisiert werden.

Zusammenfassend ist mit der thermischen eine beachtliche Ver­län­ge­rung der Lebensdauer des KSS möglich - mit ent­spre­chen­­dem Spar­potential bei der Beschaf­fung und Ent­sor­gung des KSS sowie bei den Still­stand­zeiten der Werkzeugmaschinen. Darüber hinaus können Gesundheitsrisiken für die Mit­arbeiter sowie Umweltrisiken reduziert werden.