DE10016328A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung und Entkeimung von Kühlschmiermitteln - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Reinigung und Entkeimung von Kühlschmiermitteln (K) unter Vorabscheidung von groben Verunreinigungen in Form von freiem Öl und Festpartikeln in einem Vorabscheider (2), Weiterleitung des vorgereinigten Kühlschmiermittels (K) zu einem Feinabscheider (8), Ausleiten des praktisch ölfreien gereinigten Kühlschmiermittels (K) vom Ausgang des Feinabscheiders (8) in einen Sammelbehälter (6), Zuführung des Kühlschmiermittels aus dem Sammelbehälter (6) zum Eingang (13) eines UV-Flachbettreaktors (12) und Durchleiten des Kühlschmiermittels (K) durch den UV-Flachbettreaktor (12) unter UV-Bestrahlung des durchströmenden Kühlschmiermittels (K), wird am Eingang (13) des Flachbettreaktors (12) eine oxidierende Substanz (O) zum Kühlschmiermittel (K) zudosiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung und Entkeimung von Kühlschmiermitteln.

Kühlschmiermittel werden bei der spanenden Bearbeitung von festen Stoffen, z. B. von Metallen, Kunststoffen, keramischen Stoffen usw. eingesetzt, um die Reibung zwischen der Schneidkante bzw. den Schneidkanten des Werkzeuges und dem zu bearbeitenden Material herabzusetzen, um die durch Reibung und Materialtrennung entstehende Wärme kontinuierlich abzuführen, und um die abgetrennten Materialspäne sowie alle in den Arbeitsprozeß eingetretenen son­ stigen Verunreinigungen wegzuspülen.

Die Kühlschmiermittel sind wäßrige Emulsionen von Kohlenwasserstoffen, Tensiden und Inhibitoren, welche von den Werkzeugmaschinen über Leitungen den Schneidwerkzeugen, meist im Kreislauf, kontinuierlich so zugeführt werden, daß sie direkt auf die Bearbeitungsstellen fließen und den vorstehend erwähnten Kühl-, Schmier- und Reinigungseffekt hervorrufen. Obwohl Späne und grobe Verschmutzungen meist durch einen oder mehrere im Kühlschmiermittel­ kreislauf der Werkzeugmaschine vorgesehene Abscheider zurückgehalten werden, bevor die Kühlschmiermittel erneut zu den Schneidwerkzeugen ge­ langen, werden kleine und flüssige Verunreinigungen wie freies Öl usw. von den Abscheidern nicht erfaßt, reichern sich im Kühlschmiermittel immer mehr an und machen es schließlich unbrauchbar.

Die im Kreislauf geführten Kühlschmiermittel sind auch Verunreinigungen durch Mikroorganismen ausgesetzt, die sich in dem durch Abwärme erwärmten Medium obendrein noch vermehren und zur allmählichen biologisch-chemischen Zersetzung des Kühlschmiermittels sowie zu zusätzlichen Belastungen, u. a. auch zu Geruchsbelästigungen und zu gesundheitlichen Risiken für die im Fer­ tigungsprozeß tätigen Mitarbeiter führen können.

Um die Gebrauchsfähigkeit des Kühlschmiermittels auch über längere Zeit zu erhalten sowie Belästigungen und gesundheitliche Gefahren für Personen aus­ zuschließen, ist es deshalb unerläßlich, die Kühlschmiermittel bei ihrem fort­ währenden Gebrauch einer regelmäßigen Reinigung und Entkeimung zu unter­ ziehen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur periodischen oder kontinuierlichen Wiederaufbereitung von Kühlschmiermitteln bekannt. So beschreibt z. B. die Offenlegungsschrift 42 30 798 A1 eine Filter­ einrichtung zur Abscheidung von festen Verschmutzungen mit einer nach­ geschalteten UV-Bestrahlungseinrichtung zur Abtötung der Mikroorganismen, die mittels zweier Pumpen das Kühlschmiermittel sowohl durch die ein- oder zweistufige Filtereinrichtung als auch durch die UV-Bestrahlungsanlage leitet, wobei es möglich ist, das Kühlschmiermittel bei Bedarf, d. h. bei ungenügender Abtötung der Mikroorganismen auch mehrmals die UV-Bestrahlungseinrichtung durchlaufen zu lassen. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß keine aus­ reichende Abtötung der Mikroorganismen in der UV-Bestrahlungseinrichtung erfolgt, weil die UV-Strahlern nicht die gesamte Tiefe des an den UV-Strahlern vorbeifließenden Mediums durchdringen, so daß auch bei mehrmaligem Durch­ lauf nur eine Keimverminderung bis zu einer Größenordnung von etwa 10⁷ Keime/cm³ möglich ist.

Um die Keimabtötung zu verbessern, schlagen andere Lösungen des Standes der Technik z. B. die UV-Bestrahlung des Kühlschmiermittels in Form eines über eine Kante senkrecht herabfließenden dünnen Flüssigkeitsschleiers (DE 298 21 502 U1), die Behandlung des Kühlschmiermittels mit Ozon (DE 42 38 720 A1), die Abtötung der Mikroorganismen durch harte Gammastrahlen (DE 36 01 724 A1), die Anwendung von Ultraschall zur Keimabtötung (DE 198 00 114 A1) oder die Zudosierung von Crospovidone-Jod oder Crospovidone-H₂O₂ vor.

Außer bei der Anwendung von Gammastrahlen, durch welche eine Keim­ verminderung auf < 10⁶ Keime/cm³ erreichbar ist, bei welcher aber die Strahlen­ problematik sich nachteilig auswirkt, erreichen alle anderen bekannten Ver­ fahren lediglich eine Verminderung der Keimzahl auf etwa 10⁷ Keim/cm³. Außerdem ist die Reinigung und Entkeimung mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen relativ zeitaufwendig.

Zur Überwindung dieser Nachteile bei der Reinigung und Entkeimung von Kühl­ schmiermitteln liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit welchen die Wiederaufbereitung ver­ kürzt werden kann, und mit welchen eine Keimverminderung auf etwa 10⁴ Keime/cm³ möglich ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Kennzeichen der Unteransprüche 2 bis 12 und 14 bis 16.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit der Zeichnung nach Fig. 1 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das zu reinigende und zu entkeimende Kühlschmiermittel K wird z. B. mittels einer Pumpe 1 dem Eingang eines Vorabscheiders 2 zugeführt. Zweckmäßiger­ weise ist dieser Vorabscheider 2 ein bekannter Lamellenabscheider oder Schräg­ klärer, in welchem bereits ein großer Teil der im Kühlschmiermittel enthaltenen Festpartikel und der größte Teil des freien Öles abgeschieden werden. Die Fest­ partikel sammeln sich am unteren Ende des Schrägklärers als Schlamm in einer Sumpfmulde 4 und können diskontinuierlich aus dieser abgeführt und einer Weiterbehandlung, z. B. einer Spezialentsorgung zugeführt werden.

Das freie Öl verbindet sich an den Lamellen zu größeren Tropfen, die sich auf­ grund ihrer gegenüber der Kühlschmiermitteldispersion relativ geringeren Dichte oberhalb des Schrägklärers an einem Ölablauf 5 sammeln und von dort zur Entsorgung oder Regenerierung abgezogen werden können. Das durch den Schrägklärer 2 weitgehend vorgereinigte Kühlschmiermittel wird vom Ausgang des Schrägklärers 2 dem Eingang 7 eines Feinabscheiders 8 zugeführt. Der Fein­ abscheider 8 ist zweckmäßigerweise ein mit oberflächenaktiven Substanzen, z. B. mit Aktivkohle, gefülltes Koaleszenzfilter, in welchem sowohl die noch vor­ handenen kleineren Öltröpfchen zu größeren Öltropfen aneinandergelagert, feinste feste Verunreinigungen ausgefiltert und unerwünschte Substanzen. Wie z. B. Nitrate, Nitrite und oxidierende Substanzen zersetzt werden. Das zu größeren Öltropfen aneinandergelagerte freie Öl steigt infolge seiner geringen Dichte im Koaleszenzfilter 8 nach oben und sammelt sich dort z. B. in einem Überlauf 9, aus dem es zur Weiterbehandlung kontinuierlich oder diskonti­ nuierlich abgezogen werden kann. Nach Passieren des Koaleszenzfilters tritt das von feinen Verunreinigungen und unerwünschten Substanzen sowie dem noch vorhandenen feinverteilten freien Öl befreite Kühlschmiermittel K durch min­ destens eine Austrittsöffnung 10 an der Oberseite des Koaleszenzfilters unter­ halb des Ölüberlaufes 9 in einen Sammelbehälter 6 aus, dessen Flüssigkeits­ spiegel F im Betriebszustand der Vorrichtung oberhalb des Auslaufes in Höhe des Ölüberlaufes 9 liegt, was eine wichtige Voraussetzung für die Ölabtrennung an der Oberseite des Koaleszenzfilters ist.

Das sich im Sammelbehälter 6 befindliche gereinigte Kühlschmiermittel wird mittels einer Saugpumpe 11, die zweckmäßig als Tauchpumpe ausgebildet ist, zum Eingang eines UV-Flachbettreaktors 12 geleitet. Am Eingang des Flachbett­ reaktors 13 wird dem gereinigten jedoch noch nicht entkeimten Kühlschmier­ mittel erfindungsgemäß eine oxidierende Substanz, z. B. Wasserstoffperoxid (H₂O₂) zudosiert, um die Effektivität der Entkeimung im bekannten UV-Flach­ bettreaktor 12 zu erhöhen, d. h. um die Keimzahl auf höchstens 10⁴ Keime/cm³ reduzieren und die Entkeimungsgeschwindigkeit gleichzeitig entscheidend er­ höhen zu können. Das zu reinigende und zu entkeimende Kühlschmiermittel K wird im Sammelbehälter 6 vor der Einleitung in den UV-Flachbettreaktor 12 einem bekannten Schnelltestverfahren zur Bestimmung der Keimzahl, des Nitrat- und Nitritgehaltes, des pH-Wertes sowie des Brechungsindexes der Kühl­ schmiermittelemulsion K unterzogen. Die Konzentration und Menge der zu dosierenden oxidierenden Substanz wird entsprechend der im Sammelbehälter 6 ermittelten Keimzahl gesteuert.

Nach dem ermittelten Brechungsindex des zu entkeimenden Kühlschmiermittels kann die Filmdicke des über den UV-Flachbettreaktor geführten Kühlschmier­ mittelstromes z. B. durch Einstellung der Neigung des Flachbettreaktors und des Zulaufvolumens gesteuert werden. In dieser Weise ist es möglich, die Filmdicke des Stromes so einzustellen, daß die UV-Strahlen die gesamte Filmdicke durch­ dringen und ihre keimtötende Wirkung ausüben können. Im Zusammenhang mit der oxidierenden Wirkung der zudosierten oxidierenden Substanz kann die Dauer des Entkeimungsprozesses im Flachbettreaktor gegenüber bekannten Ver­ fahren entscheidend vermindert und gleichzeitig eine besonders hohe Ent­ keimung mit einer geringen Restkeimzahl von etwa 10⁴ Keimen/cm³ erreicht werden.

Mit dem bereits erwähnten bekannten Schnelltestverfahren wird am Ausgang 15 des Flachbettreaktors 12 ebenfalls die Keimzahl, der Nitrat- und Nitritgehalt, der pH-Wert und der verbliebene Gehalt der zudosierten oxidierenden Substanz be­ stimmt. Im Ergebnis des Schnelltestes wird das vom UV-Flachbettreaktor aus­ laufende gereinigte und entkeimte Kühlschmiermittel K, wenn es die ange­ strebten Reinheitswerte erreicht hat, zur Wiederverwendung ausgeleitet.

Sofern die Entkeimung die geringe Restkeimzahl von 10⁴ Keime/ cm³ erreicht hat, jedoch noch zu hohe Anteile der zudosierten oxidierenden Substanz bzw. zu hohe Nitrat- oder Nitritkonzentrationen enthalten sind, wird das Kühlschmier­ mittel K zum Eingang 7 des Koaleszenzfilters 8 zurückgeleitet, um diese Stoffe beim erneuten Durchlauf durch das Koaleszenzfilter 8 weiter zu reduzieren. Das Kühlschmiermittel kann dann nach erneuten Durchlauf, wenn es die vorge­ gebenen Grenzwerte unterschreitet, aus dem Koaleszenzfilter zur Wieder­ verwendung direkt ausgeleitet werden.

War am Ausgang 15 des UV-Flachbettreaktors 12 auch die Keimzahl noch zu hoch, wird das Kühlschmiermittel nach Durchlaufen des Koaleszenzfilters 8 nochmals dem UV-Flachbettreaktor 12 zugeleitet. Meist ist entsprechend der bereits stark reduzierten Keimzahl nur noch eine geringe oder keine Zudosierung der oxidierenden Substanz O mehr erforderlich. Der Schnelltest am Ausgang des UV-Flachbettreaktors entscheidet dann wiederum, ob nunmehr eine Ausleitung des gereinigten und entkeimten Kühlschmiermittels K zur Wiederverwendung erfolgen kann oder ob noch ein weiterer Durchlauf durch das Koaleszenzfilter 8 und eventuell durch den UV-Flachbettreaktor 12 erfolgen muß.

Gegenüber den bekannten Verfahren hat das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil einer wesentlich rascheren Wiederaufbereitung von ge­ brauchten Kühlschmiermitteln. Außerdem kann die Restkeimzahl auf außer­ ordentlich niedrige Werte vermindert werden.

Claims (16)

1. Verfahren zur Reinigung und Entkeimung von Kühlschmiermitteln (K) mit Vorabscheidung von groben Verunreinigungen in Form von freiem Öl und Festpartikeln in einem Vorabscheider (2), Weiterleitung des vorgereinigten Kühlschmiermittels (K) zu einem Feinabscheider (8), Ausleiten des prak­ tisch ölfreien gereinigten Kühlschmiermittels (K) vom Ausgang des Fein­ abscheiders (8) in einen Sammelbehälter (6), Zuführung des Kühlschmier­ mittels aus dem Sammelbehälter (6) zum Eingang (13) eines UV-Flachbett­ reaktors (12) und Durchleiten des Kühlschmiermittels (K) durch den UV- Flachbettreaktor (12) unter UV-Bestrahlung des durchströmenden Kühl­ schmiermittels (K), gekennzeichnet durch Zudosieren einer oxidieren­ den Substanz (O) zum Kühlschmiermittel (K) am Eingang (13) des Flach­ bettreaktors (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sammel­ behälter (6) die Keimzahl, der Nitrat- und Nitritgehalt, der pH-Wert sowie der Brechungsindex des Kühlschmiermittels (K) bestimmt wird und die Zudosierung der oxidierenden Substanz (O) am Eingang (13) des UV- Flachbettreaktors (12) in Abhängigkeit von der ermittelten Keimzahl ge­ steuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmdicke des den UV-Flachbettreaktor (12) durchströmenden Kühl­ schmiermittels (K) sowie dessen Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den ermittelten Werten der Keimzahl und des Brechungsindex gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmdicke und die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Keimzahl und dem Brechungsindex durch unterschiedliche Neigung des UV-Flach­ bettreaktors (12) gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (15) des UV-Flachbett­ reaktors (12) die Keimzahl, der Nitrat- und Nitritgehalt, der pH-Wert und der Restgehalt an oxidierender Substanz bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ein­ haltung der Grenzwerte für die Keimzahl, den Nitrat- und Nitritgehalt, den pH-Wert und die oxidierende Substanz das Kühlschmiermittel (K) vom Ausgang (15) des UV-Flachbettreaktors (12) zur Wiederverwendung aus­ geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über­ schreitung der Grenzwerte für den Nitrat- und Nitritgehalt oder die oxi­ dierende Substanz das Kühlschmiermittel (K) vom Ausgang (15) erneut dem Eingang (7) des Feinabscheiders (8) zugeleitet und am Ausgang des Feinabscheiders (10) die Werte für den Nitrat- und Nitritgehalt, den pH- Wert und die oxidierende Substanz erneut bestimmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ein­ haltung der Grenzwerte für den Nitrat- und Nitritgehalt, für den pH-Wert und die oxidierende Substanz das Kühlschmiermittel (K) vom Ausgang (10) des Feinabscheiders (8) zur Wiederverwendung ausgeleitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über­ schreitung der Grenzwerte für den Nitrat- und Nitritgehalt oder die oxi­ dierende Substanz das Kühlschmiermittel (K) nochmals, gegebenenfalls wiederholt, durch den Feinabscheider (8) geleitet wird, und am Ausgang (10) des Feinabscheiders (8) die genannten Werte bestimmt werden, bis die Grenzwerte für die Substanzen eingehalten sind.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu­ sätzlicher Überschreitung des Grenzwertes für die Keimzahl das Kühl­ schmiermittel (K) nach dem Durchströmen des Feinabscheiders (8) erneut dem Eingang (13) des UV-Flachbettreaktors (12) zugeleitet wird, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten Keimzahl erforderlichenfalls erneut eine oxidierende Substanz (O) zudosiert wird, und das Kühlschmiermittel (K) nach Passieren des UV-Flachbettreaktors (12) erneut auf Einhaltung der Grenzwerte für die Keimzahl, den Nitrat- und Nitritgehalt, den pH-Wert und den Restgehalt an oxidierender Substanz (O) überprüft wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiter­ behandlung des Kühlschmiermittels (K) in Abhängigkeit von den er­ mittelten Werten nach einem der Ansprüche 6 bis 10 erfolgt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Keimzahl, des Nitrat- und Nitritgehaltes, des pH-Wertes, des Restgehaltes der oxidieren­ den Substanz sowie des Brechungsindex durch ein Schnelltestverfahren erfolgt.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 umfassend die Hintereinander­ schaltung eines Vorabscheiders (2), eines Feinabscheiders (8), eines Sammelbehälters (6), einer Flüssigkeitssaugpumpe (11) und eines UV- Flachbettreaktors (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Fein­ abscheider (8) als Aufstromabscheider mit einem Ölsammler (9) an seiner Oberseite ausgebildet ist, in welchem, ebenfalls an der Oberseite, unterhalb des Ölsammlers (9) seitlich mindestens eine Austrittsöffnung (10) für das praktisch ölfreie gereinigte Kühlschmiermittel (K) angeordnet ist, welche in den Sammelbehälter (6) mündet, wobei der Flüssigkeitsspiegel (F) des Sammelbehälters (6) im Betriebszustand oberhalb der mindestens einen Austrittsöffnung (10) des Feinabscheiders (8) liegt, und die Flüssigkeits­ saugpumpe (11) eine Flüssigkeitsbewegung aus der mindestens einen Aus­ trittsöffnung (10) zum Eingang (13) des Flachbettreaktors (12) erzeugt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor­ abscheider (2) ein Schrägklärer ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinabscheider (8) ein Koaleszenzfilter ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des UV-Flachbettreaktors (12) zur Variierung der Filmdicke und der Strömungsgeschwindigkeit des Kühl­ schmiermittelflusses einstellbar ist.