Erprobungsbericht: Entkeimung wassermischbarer Kühlschmierstoffe mittels UV-Licht-Anlage

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1 Erprobungsbericht: Entkeimung wassermischbarer Kühlschmierstoffe mittels UV-Licht-Anlage Situation Uwe Wellmann, MTU Aero Engines AG Zur Reduzierung der Keim- und Schimmelbelastung in wassermischbaren Kühlschmierstoffen (KSS) werden aktuell Bakterizide bzw. Fungizide eingesetzt. Im Durchschnitt erfolgt dies etwa alle 4-6 Wochen pro Anlage. Nachteile: Der Mitarbeiter muss mit dem Bakterizid hantieren (Gefahrstoff). Das Bakterizid setzt Formaldehyd frei (Verschärfte Einstufung ab 2015). Zugabe aus arbeitsmedizinischen Gründen nur vor einer 48 Stündigen Maschinenstillstandszeit möglich; daher kann sich der Zugabe Zeitpunkt verzögern (Bakterizideinsatz nur vor Wochenenden oder gar nicht möglich auf Grund erhöhter Auftragslage). Durch Änderungen in der Gesetzgebung könnte der Einsatz von Bioziden in Zukunft immer stärker eingeschränkt werden. Alternative zu Bioziden Funktionsprinzip Fluid Worker Eine mögliche Alternative stellt die Entkeimung des KSS mittels UV-Strahlung dar. Dieser Ansatz wird schon seit längerer Zeit verfolgt, scheiterte bis jetzt aber immer an der anwenderfreundlichen Anlagenumsetzung. Vor Allem die Wartung der UV-Lampen hat sich als schwierig erwiesen. Die Firma Wallenius Water bietet ein Konzept an, welches bereits erfolgreich in Metallverarbeitenden Betrieben getestet wurde. Die Entkeimungsanlagen können an Zentralanlagen sowie an einzel-befüllten Anlagen betrieben werden. Für letzteres bietet Wallenius Water ein kompaktes, schnell in Betrieb zu nehmendes und transportables System an: den sogenannten Fluid Worker (Abb. 1), der für KSS-Volumina bis 6000l ausgelegt ist. Dieses Gerät wurde der MTU kostenlos für eine Erprobung zur Verfügung gestellt. Der Fluid Worker besteht im Wesentlichen aus einer Pumpe und acht stabförmigen UV-Lampen die vom KSS umströmt werden. Die Anlage wird über eine Zu- und Rücklaufleitung im Bypass betrieben und soll für die maximale Effizienz ständig in Betrieb sein. Abbildung 1: Der Fluid Worker an der Werkzeugmaschine

2 Erprobungsablauf Der Fluid Worker wurde an einer Schleifmaschine mit einem KSS-Tank von 3500l erprobt. Bei dem KSS handelt es sich um eine vollsynthetische, klare Lösung. Die Installation wurde von einem Mitarbeiter der Fa. Wallenius Water vorgenommen. Es wurden regelmäßig (mind. einmal wöchentlich) Proben entnommen und die Keimbelastung (Bakterien und Schimmel) mittels Nährböden ermittelt. Da an dem Arbeitsplatz an den Wochenenden nicht gearbeitet wurde, musste in dieser Zeit der Fluid Worker aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Resultate Es zeigt sich ein deutlicher Rückgang der Keimbildenden Kolonien während des Erprobungszeitraumes. Erwartungsgemäß steigt die Keimbelastung nach den Tagen ohne Betrieb wieder an, sinkt aber nach Wiederinbetriebnahme innerhalb kurzer Zeit wieder auf niedriges Niveau. Vor der Erprobung waren Zugaben von Biozid notwendig, um die Keimzahl gering zu halten. Dies war im gesamten Erprobungszeitraum nicht notwendig. Datum Keimzahl Konzentration KSS PH-Wert ,00 KbE/ml 5,40 % 9, ,00 KbE/ml 5,40 % 9, ,00 KbE/ml 5,70 % 9,0 Bemerkungen ,00 KbE/ml 5,30 % 8,7 Bakterizid zugegeben ,00 KbE/ml 5,50 % 8, ,00 KbE/ml 5,30 % 8, ,00 KbE/ml 5,10 % 8,6 Bakterizid zugegeben ,00 KbE/ml 5,50 % 8, ,00 KbE/ml 5,00 % 8, ,00 KbE/ml 5,90 % 8,8 Bakterizid zugegeben ,00 KbE/ml 5,40 % 8, ,00 KbE/ml 5,60 % 8, ,00 KbE/ml 5,10 % 8,7 Bakterizid zugegeben ,00 KbE/ml 4,60 % 9, ,00 KbE/ml 5,30 % 9, ,00 KbE/ml 5,10 % 9, ,00 KbE/ml 5,10 % 8, ,00 KbE/ml 5,10 % 8, ,00 KbE/ml 5,00 % 8, ,00 KbE/ml 4,90 % 8, ,00 KbE/ml 4,90 % 8, ,00 KbE/ml 4,90 % 8, ,00 KbE/ml 5,90 % 8, ,00 KbE/ml 5,60 % 8, ,00 KbE/ml 5,60 % 8, ,00 KbE/ml 5,40 % 8, ,00 KbE/ml 5,60 % 8, ,00 KbE/ml 5,60 % 8, ,00 KbE/ml 5,70 % 8, ,00 KbE/ml 5,60 % 8, ,00 KbE/ml 5,80 % 8,4 Erprobungszeitraum Fluid Worker ,00 KbE/ml 6,10 % 7,9 Neuansatz wegen niedrigem ph-wert ,00 KbE/ml 5,80 % 8, ,00 KbE/ml 5,50 % 8, ,00 KbE/ml 5,90 % 8,7 Erprobungszeitraum Fluid Worker ,00 KbE/ml 5,90 % 8, ,00 KbE/ml 6,60 % 8, ,00 KbE/ml 6,20 % 8, ,00 KbE/ml 6,50 % 8,4 Anlage nicht in Betrieb. Wartung der Werkzeugmaschine ,00 KbE/ml 4,80 % 8,1 Erprobungszeitraum Fluid Worker Tabelle 1: Auswertung der Keimbelastung

3 Bereits nach dem ersten Tag in Betrieb zeigt sich eine leicht Farbänderung des Kühlschmierstoffs (Abb. 2). Nach einigen Tagen stabilisiert sich dieser Trend. Es ist möglich, dass der im KSS vorhandene Formaldehyddepotstoff chemisch umgewandelt wird und für dieses Phänomen verantwortlich ist. Die Depotstoffe reagieren laut Literatur auf UV-Licht mit der Abspaltung von Formaldehyd. Abbildung 2: Farbänderung des KSS Zur weiteren Analyse wurde ein Infrarotspektrum des eingedampften KSS (vor/nach der Erprobung) aufgenommen (Abb. 3). Die Spektren stimmen sehr gut überein. D.h. es sind keine grundlegenden Änderungen in der chemischen Zusammensetzung zu erkennen. Es bestehen keine Beeinträchtigungen des Fertigungsprozesses. Abbildung 3: Infrarotspektrum KSS vor und nach der Erprobungsphase (eingedampft) Sporadisch konnte ungewöhnliche Schaumbildung beobachtet werden (Abb. 4). Die Ursache könnten Bestandteile von abgetöteten Bakterien sein, was allerdings nicht zu belegen ist. Es entstanden dadurch aber keinerlei Störungen des Maschinenbetriebs.

4 Abbildung 4: Schaumbildung an der Versuchsanlage Der Versuch wurde an einem bereits lange im gebrauch befindlichen KSS durchgeführt. Daher lag der ph-wert zu Beginn der Erprobung bereits recht niedrig.. Im Laufe der Versuchs sank der ph-wert nochmals ab, wodurch eine Neu-Befüllung notwendig wurde. Daraus ergibt sich die Schlussfolgerung, dass der Einsatz der Fluid Worker Anlage in diesem Versuch keine direkte (positive) Auswirkung auf den ph- Wert des KSS hatte. Vereinfachte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Kosten/Aufwände Fluid Worker: Der Anschaffungspreis einer neuen Anlage beträgt z.z. ca Dazu kommen noch Ausgaben für die Installation (ggf. Stromleitungen verlegen, Bodenwanne usw.). Alle acht Lampen müssen laut Herstellerangaben etwa ein mal im Jahr gewechselt werden (Preis unbekannt). Die Leistungsaufnahme beträgt im laufenden Betrieb ca Watt. Bei Anlagen mit Emulsion und viel Fremdöleintrag müssen die Lampen regelmäßig gereinigt werden, was allerdings recht einfach durchzuführen ist. Dadurch entstehen noch weitere Instandhaltungskosten. Kosten mit konventionellem Bakterizid Einsatz: Für die Rechnung wird zu Grunde gelegt, dass alle vier Wochen eine Bakterizid Zugabe erfolgt. Dieses Intervall ist erfahrungsgemäß (Fluidmanagement MTU) üblich. Daraus ergibt sich durch den aktuellen Preis (10,70 /KG) und eine Zugabe Menge von 0,15% vom KSS-Volumen ein Jahresbetrag von etwa 679,14 für die Versuchsanlage. Zusammenfassung Das Hauptziel, die Reduzierung der Keimzahl, konnte erreicht werden. Der Fluid Worker arbeitete in der gesamten Zeit störungsfrei. Die Lampen waren kaum verschmutzt, was sicher auch an dem in dieser Hinsicht eher unkritischem vollsynthetischem KSS lag. Ob das System auch an milchigen KSS-Emulsionen ähnlich gut funktioniert, konnte aus Zeit- und Kapazitätsgründen nicht untersucht werden. Vorteile: +++ Besitzt nicht die Nachteile, die eine chemische Entkeimung mit sich bringt (kein Gesundheitsrisiko, keinen Umgang mit Gefahrstoffen) ++ Reduzierung der Keimbelastung ++ Keine Wartezeit/Maschinenstillstandszeit nach Biozid-Zugaben nötig + Wartungsarmer Betrieb + Einfache Bedienung + Leiser Betrieb

5 Nachteile: - - Die Anlage ist im Vergleich zu den chemischen Entkeimungsmethoden nicht wirtschaftlich - - Die UV-Entkeimung hat lediglich eine Wirkung auf die frei schwimmenden Keime, jedoch nicht auf im Tank und Rohrleitungssystem möglicherweise vorkommenden Biofilm - Obwohl das System an sich sehr gut Transportabel ist, kann es nur an wenigen in der MTU bestehenden Werkzeugmaschinen ohne weiteres angebracht werden, da die KSS-Behälter zu klein sind oder eine geschlossene Bauweise besitzen - Trotz der geringen Maße muss noch genügend Platz und die nötige Peripherie an der Werkzeugmaschine vorhanden sein - Die Standzeit des KSS konnte in diesem Versuch nicht verlängert werden (Im Vergleich zu den üblichen Pflegemaßnahmen) Fazit Sollte die Gesetzgebung keine/kaum Biozide mehr zur Konservierung von wassermischbaren KSS zulassen oder die Systeme immer wirtschaftlicher werden, stellt die Entkeimung mittels UV-Licht in Form des Fluid Workers eine sehr sinnvolle Ergänzung zu den konventionellen Konservierungsmethoden dar. Besonders der Betrieb an großen KSS-Zentralanlagen wäre durchaus sinnvoll.