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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bioziden Behandlung eines Kühlschmierstoffs, insbesondere eines wassergemischten Kühlschmierstoffs, insbesondere wobei der Kühlschmierstoff in einem Kreislauf innerhalb einer Maschine zum Schmieren und/oder Kühlen während eines Bearbeitungsschrittes bereitstellbar ist.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Formulierungen, d. h. Zubereitungen oder Erzeugnisse in einer konkreten Applikations- oder Darreichungsform, welche für die biozide Behandlung eines Kühlschmierstoffs geeignet sind, und sich insbesondere zur Verwendung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eignen. Diese Formulierungen werden im Folgenden auch als Biozidformulierungen bezeichnet.
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Kühlschmierstoffe oder Kühlschmiermittel dienen in der Fertigungstechnik bei einer Reihe von Bearbeitungsschritten, insbesondere beim Fräsen, Bohren, Trennen, Umformen und vielem mehr, zur Wärmeabfuhr und/oder durch Ausbildung eines Schmierfilms zur Verminderung der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück. Zusätzlich dienen sie bei der spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken zur Entfernung der Späne durch Wegspülen aus dem Arbeitsbereich. Ein positiver Nebeneffekt von Kühlschmierstoffen besteht des Weiteren in der korrosionsschützenden Wirkung auf das bearbeitete Werkstück.
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Hauptzweck von Kühlschmierstoffen ist jedoch die Verringerung der Reibung beim Bearbeiten, wodurch ein Verschleiß des Werkzeugs und der Energiebedarf vermindert wird. Andererseits wird eine unerwünschte Erhitzung sowohl des Werkzeugs als auch des Werkstücks verhindert, wodurch eine Gefügeänderung und damit eine unerwünschte Verformung unterbleibt.
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In der Praxis wird zwischen wassermischbaren bzw. wassergemischten und nicht wassermischbaren Kühlschmierstoffen unterschieden. Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe sind im Allgemeinen unlegierte oder legierte Öle. Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe kommen zumeist zum Einsatz, wenn eine hohe Schmierwirkung erforderlich ist. Ihr Nachteil besteht in den höheren Anschaffungs- und Entsorgungskosten. Des Weiteren können sie keine Kühlwirkung durch einen verdampfenden Wasseranteil bereitstellen.
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Wassergemischte Kühlschmierstoffe hingegen enthalten einen hohen Anteil an Wasser, im Allgemeinen ca. 95%. Sie werden vor Ort aus wassermischbaren Konzentraten erhalten oder bereits als anwendungsfertige Emulsionen geliefert. Der nicht wässrige Anteil besteht zumeist aus Ölen, ggf. mineralischen Ursprungs, und evtl. Emulgatoren und/oder Additiven. Wassergemischte Kühlschmierstoffe bieten eine gute Wärmeabfuhr, entfalten jedoch eine geringere Schmierwirkung als nicht wassergemischte Kühlschmierstoffe. Durch den hohen Wasseranteil sind wassergemischte Kühlschmierstoffe sowohl hinsichtlich Beschaffung als auch Entsorgung preisgünstiger als nicht wassergemischte Kühlschmierstoffe.
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In Deutschland werden jährlich etwa 28.000 t wassermischbare Kühlschmierstoffe (Konzentrat) verarbeitet. Ausgehend von einer etwa 5%-igen Konzentration dieser Ausgangsstoffe in der betriebsfertigen Emulsion ergibt sich hieraus ein jährliches Volumen von ca. 560.000 m3 wassergemischter Kühlschmierstoffe.
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Die neben Wasser enthaltenen organischen Substanzen in wassergemischten Kühlschmierstoffen sind im Allgemeinen zumindest größtenteils gut biologisch abbaubar. Aufgrunddessen stellt ein wassergemischter Kühlschmierstoff ein nahezu ideales Substrat für Mikroorganismen dar. Daher ist bekannt, den Befall von wassergemischten Kühlschmierstoffen durch Bakterien und Pilze und deren Wachstum bzw. Vermehrung durch die Behandlung mit Bioziden zu kontrollieren.
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Dabei gewährleistet eine einmalige Behandlung eines Kühlschmierstoffvorrats mit einem Biozid jeweils nur eine Stabilität der Emulsion von wenigen Wochen. Nach dieser Zeit ist das zugeführte Biozid größtenteils verbraucht. Um den Kühlschmierstoff weiter einsetzen zu können, muss dieser erneut mit Bioziden versetzt werden.
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Wassergemischte Kühlschmierstoffe werden entweder in Zentralanlagen (bis ca. 200 m3 Kühlschmierstoffinhalt) oder in den einzeln befüllten Bearbeitungsmaschinen (Schmierstoffinhalt ca. 200 l bis ca. 5.000 l) bereitgestellt. Eine Zentralanlage kann dabei eine Vielzahl von Bearbeitungsmaschinen jeweils über einen Kreislauf mit Kühlschmierstoff versorgen. Die Überwachung und Nachbehandlung des Kühlschmierstoffvorrats macht bei solchen Zentralanlagen im Allgemeinen wenig Probleme.
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Problematischer ist jedoch die Situation bei einzeln befüllten Bearbeitungsmaschinen. Aufgrund der üblicherweise großen Anzahl von Bearbeitungsmaschinen in einem Betrieb müssen zunächst Emulsionsproben aus jeder einzelnen Maschine auf entsprechenden Befall mit Mikroorganismen untersucht werden. Danach muss der Schmierstoffvorrat in jeder einzelnen Maschine abhängig von der jeweils festgestellten mikrobiellen Verunreinigung durch Biozidzugabe nachkonserviert werden.
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Dies ist einerseits sehr aufwändig, andererseits passieren in der Praxis hierbei vermehrt Fehler und Zwischenfälle. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Schmierstoffmenge in einzeln befüllten Bearbeitungsmaschinen wird die zuzugebende Biozidmenge oft nicht hinreichend genau ermittelt und/oder abgemessen. Die Folge ist eine Über- oder Unterdosierung des Biozids.
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Des Weiteren ist zu beachten, dass die eingesetzten Biozide ätzende, reizende und im Allgemeinen gesundheitsschädliche Gefahrstoffe darstellen. Das mit dem Betrieb der Bearbeitungsmaschinen betraute Personal, welches üblicherweise auch die Nachkonservierung durchführt, ist im Allgemeinen nicht hinreichend im Umgang mit solchen Gefahrstoffen geschult. Die Folge sind gesundheitliche Beeinträchtigungen oder sogar ernste Unglücksfälle.
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Besonders nachteilig bei der bekannten Nachkonservierung von Schmierstoffvorräten ist darüber hinaus, dass die Biozidmenge unmittelbar nach der Nachkonservierung besonders hoch ist, dann jedoch stetig abfällt. Der Biozidgehalt ist schließlich zu gering, um das Entstehen einer erneuten mikrobiellen Verunreinigung zu verhindern. Sowohl durch den hohen Biozidgehalt am Anfang als auch durch die ansteigende mikrobielle Verunreinigung am Ende der Nachkonservierungsperiode sind Personen im Umfeld der Bearbeitungsmaschine ernsten Gesundheitsgefahren ausgesetzt.
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Schließlich muss nach einer Zeit von ca. drei bis sechs Monaten in jedem Fall eine erneute Nachkonservierung vorgenommen werden, was Personal bindet und Kosten verursacht. Ist die Emulsion soweit kontaminiert, dass eine Nachkonservierung nicht mehr möglich ist, muss sie kostspielig entsorgt werden. Dabei fallen Kosten in Höhe von ca. EUR 100/m3 an.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren – und in diesem Zusammenhang auch Biozidformulierungen – zur bioziden Behandlung eines Kühlschmierstoffs anzugeben, mit dem eine einfache, sichere, dauerhafte und gesundheitlich unbedenkliche Konservierung von Kühlschmierstoffen realisierbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe zunächst hinsichtlich eines Verfahrens zur bioziden Behandlung eines Kühlschmierstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist ein eingangs genanntes Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlschmierstoff ein Biozid oder eine Biozidmischung innerhalb einer Formulierung zugegeben wird, welche die enthaltene Biozidmenge verzögert in den Kühlschmierstoff abgibt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den hierzu nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine aufgabengemäß optimierte biozide Behandlung erreichbar ist, falls das Biozid oder die Biozidmischung dem zu konservierenden Kühlschmierstoff kontinuierlich zugesetzt wird. So kann dem Kühlschmierstoffvorrat stets die richtige Biozidmenge pro Zeiteinheit zugeführt werden, um eine Mindestkonzentration des Biozids im Kühlschmierstoff aufrechtzuerhalten.
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Unter Abkehr von bisher bekannten Konservierungsverfahren kann dabei eine gleich bleibende Konzentration erreicht werden, während bisher eine anfangs zu hohe und am Ende zu niedrige Biozidkonzentration im Kühlschmierstoff festgestellt worden ist.
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Weiter erfindungsgemäß ist vorgesehen, dem Kühlschmierstoff das Biozid oder die Biozidmischung innerhalb einer Biozidformulierung zuzugeben. Auf kostspielige und fehleranfällige Dosiereinrichtungen kann hierbei verzichtet werden. Als Formulierung oder Biozidformulierung wird hierbei eine Zubereitung, Darreichungs- oder Applikationsform verstanden, welche das benötigte Biozid oder die Biozidmischung chemisch oder physikalisch gebunden dergestalt bereitstellt, dass beim Benetzen mit und insbesondere beim Untertauchen der Formulierung in den Kühlschmierstoffvorrat automatisch eine verzögerte Freigabe der enthaltenen Biozidmenge in den Kühlschmierstoff erfolgt.
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Mit anderen Worten kann die Biozidformulierung in geeigneter Form und Menge, bspw. in Form einer Tablette oder in der Art eines bekannten „Klosteins”, einfach dem Kühlschmierstoffvorrat zugegeben werden. Die automatische Freigabe der optimalen Biozidmenge pro Zeiteinheit erfolgt daraufhin automatisch und ohne weiteres Zutun des Bedienpersonals.
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Durch die gleich bleibende Biozidkonzentration lassen sich in erfindungsgemäßer Weise auch in kleinen Bearbeitungsmaschinen Kühlschmierstoffstandzeiten erreichen, welche bisher nur von Zentralanlagen bekannt gewesen sind, nämlich bis zu zwei Jahren oder länger.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach anwendbar und gewährleistet eine dauerhafte Konservierung. Des Weiteren ist kein direkter Kontakt des Bedienpersonals mit dem Biozid in Reinform erforderlich. Zusätzlich entfallen die nachteiligen gesundheitlichen Wirkungen einer sehr hohen Biozidkonzentration unmittelbar nach einer herkömmlichen Nachkonservierung.
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Im Ergebnis ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur bioziden Behandlung eines Kühlschmierstoffs eine einfache, sichere, dauerhafte und gesundheitlich unbedenkliche Konservierung von Kühlschmierstoffen realisierbar.
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Für die Behandlung von Kühlschmierstoffen geeignete Biozide sind dem Fachmann bekannt, und er wird anhand des jeweiligen Einsatzfalles eine Auswahl vornehmen. Daher bedürfen geeignete Biozide an dieser Stelle keiner gesonderten Erwähnung.
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Im Hinblick auf eine effektive und dauerhafte Konservierung eines Kühlschmierstoffs ist die Verwendung einer Formulierung bevorzugt, welche das Biozid in zeitlicher Hinsicht kontinuierlich, insbesondere in im Wesentlichen gleich bleibender Dosierung, bedarfsgerecht in den Kühlschmierstoff abgibt. Dadurch lässt sich im Kühlschmierstoff über einen langen Zeitraum eine gleich bleibende Biozidkonzentration einstellen, wodurch ein optimales Konservierungsergebnis erzielbar ist.
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Als Biozidformulierung kann ein Granulat, eine Kapsel, eine Tablette, ein Stein oder dgl. verwendet werden. Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Formulierung in Form einer großen Tablette oder in der Art eines bekannten „Klosteins” verwendet werden, welche in einfacher Weise dem Kühlschmierstoffvorrat der jeweiligen Bearbeitungsmaschine zugegeben werden kann.
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Dabei ist bevorzugt, dass die Formulierung dem Kühlschmierstoff, insbesondere in einen System- oder Vorratsbehälter für den Kühlschmierstoff, zugegeben wird. Mit anderen Worten kann die Formulierung in den Kühlschmierstoffvorrat eingetaucht oder in diesen eingelegt werden. Die Formulierung lässt sich hierzu einfach in den System- oder Vorratsbehälter für den Kühlschmierstoff werfen.
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Diesbezüglich wird eine Ausgestaltung des Verfahrens vorgeschlagen, bei der die Formulierung dem Kühlschmierstoff in einem flüssigkeitsdurchlässigen Behältnis, vorzugsweise einem Drahtkorb oder dgl., ausgesetzt wird. Die Formulierung, bspw. eine Tablette oder ein Stein, lässt sich in ein flüssigkeitsdurchlässiges Behältnis einbringen und kann mitsamt diesem unter den Flüssigkeitsspiegel des Kühlschmierstoffs eingetaucht werden. Ein Absinken der Formulierung auf den Grund des Schmierstoffbehälters wird vermieden. Das Behältnis kann so jederzeit aus der Flüssigkeit entfernt werden, um nämlich zu kontrollieren, ob noch Reste der Formulierung vorhanden sind, oder ob diese ersetzt werden muss.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Formulierung verwendet, welche zumindest eine wassermischbare und/oder wasserlösliche Trägersubstanz und zumindest ein Biozid aufweist. Dabei ist das Biozid innerhalb der Trägersubstanz dispergiert. Löst sich die Trägersubstanz allmählich auf, wird in entsprechendem Maß das Biozid verzögert und vorzugsweise kontinuierlich in den Kühlschmierstoff abgegeben.
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Alternativ oder zusätzlich hat sich des Weiteren die Verwendung einer Formulierung als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der eine semipermeable und/oder lediglich begrenzt durchlässige Membran oder Folie ein Biozid oder eine Biozidlösung einschließt und beim Benetzen mit dem Kühlschmierstoff die enthaltene Biozidmenge verzögert in den Kühlschmierstoff abgibt. Hierbei kann eine semipermeable Membran ein im Wesentlichen flüssiges Biozid oder eine Biozidlösung einschließen. Diese Membran kann so ausgelegt sein, dass ein Durchtritt des Biozids in den Kühlschmierstoff ermöglicht ist, jedoch kein Eindringen des Kühlschmierstoffs in die Formulierung. Das Ergebnis ist eine wunschgemäß verzögerte und im Wesentlichen kontinuierliche Wirkstoffabgabe in den Kühlschmierstoff. Des Weiteren lässt sich eine Formulierung verwenden, bei der ein flüssiges oder festes Biozid oder eine solche Biozidmischung von einer Folie umgeben ist, welche über eine oder mehrere kleine Durchtrittsöffnungen (Löcher) verfügt. Auch hierdurch ist in einfacher Weise eine verzögerte und im Wesentlichen kontinuierliche Wirkstoffabgabe in den Kühlschmierstoff erreichbar. Ob dabei ein Eindringen des Kühlschmierstoffs in die Formulierung ermöglicht wird oder nicht, wird der Fachmann anhand des Aggregatzustands des Biozids innerhalb der Formulierung und der gewünschten Menge und Dauer der Wirkstofffreisetzung entscheiden.
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Des Weiteren ist die oben angegebene Aufgabe hinsichtlich einer Formulierung für die biozide Behandlung eines Kühlschmierstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Damit wird eine Formulierung angegeben, welche eine wassermischbare und/oder wasserlösliche Trägersubstanz und ein Biozid aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Formulierung sind den diesbezüglich nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.
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Hinsichtlich erfindungsgemäßer Vorteile dieser Formulierung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Formulierung zeichnet sich dadurch aus, dass die Formulierung durch eine vor der Benutzung entfernbare Folie umgeben ist. Dabei handelt es sich ausdrücklich nicht um eine semipermeable oder begrenzt durchlässige Folie, wie sie obenstehend erwähnt worden ist. Vielmehr ist in diesem Zusammenhang eine Folie gemeint, welche die Formulierung als dichte Verpackung umgibt. Damit lässt sich die erfindungsgemäße Formulierung einfach handhaben, ohne dass Personen in direkten Kontakt mit dem Biozid gelangen. Soll die Formulierung eingesetzt werden, wird – vergleichbar zu bekannten Spülmaschinen-Tabletten – die Folie entfernt. Danach kann die Formulierung bspw. einfach in den System- oder Vorratsbehälter für den Kühlschmierstoff innerhalb einer Bearbeitungsmaschine gegeben werden.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Formulierung, bei der die Trägersubstanz einen wassermischbaren und/oder wasserlöslichen Kunststoff, insbesondere Polyethylenglykol (PEG), und insbesondere PEG mit einer mittleren Molmasse von ca. 35.000 g/mol aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass zur Konservierung von Kühlschmierstoffen üblicherweise verwendete Biozide gut in Polyethylenglykol dispergierbar sind. Der mit Biozid dotierte Feststoff kann danach bspw. in Tablettenform gepresst werden, und lässt sich danach in einer der vorgenannten Arten zur bioziden Behandlung verwenden.
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Im Hinblick auf das Erreichen einer vergleichsweise langsameren Auflösung der erfindungsgemäßen Formulierung wird eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der die Trägersubstanz ein wassermischbares und/oder wasserlösliches Wachs, insbesondere ein emulgatorhaltiges Wachs, aufweist. Eine Formulierung mit einer aus Wachs gebildeten Trägersubstanz löst sich langsamer auf als eine vorgenannte Formulierung mit der Trägersubstanz PEG.
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Damit ergibt sich durch die Auswahl der Trägersubstanz, die Wahl des Gehalts an Biozid und die Größe der Formulierung (Größe der Tablette oder des Steins) für den Fachmann eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Möglichkeiten, um Dauer und Betrag der Biozidfreigabe in den Kühlschmierstoff einzustellen. In diesem Zusammenhang ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der die Trägersubstanz eine Mischung aus einem wassermischbaren und/oder wasserlöslichen Kunststoff, insbesondere PEG, und einem wassermischbaren und/oder wasserlöslichen, insbesondere emulgatorhaltigem Wachs aufweist. So kann praktisch jedes beliebige Auflöseverhalten erreicht werden.
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Schließlich ist die oben genannte Aufgabe hinsichtlich einer Formulierung für die biozide Behandlung eines Kühlschmierstoffs weiter mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Danach weist eine erfindungsgemäße Formulierung eine semipermeable und/oder lediglich begrenzt durchlässige Membran oder Folie auf, welche ein Biozid oder eine Biozidlösung einschließt, wobei die enthaltene Biozidmenge beim Benetzen der Formulierung mit dem Kühlschmierstoff verzögert in diesen abgegeben wird.
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Auch hier wird in Bezug auf erfindungsgemäße Vorteile und Effekte auf die Ausführungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
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Diese erfindungsgemäße Formulierung ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Möglichkeit, das Biozid oder die Biozidmischung in reiner Form, also nicht mit anderen Stoffen vermischt oder in diesen dispergiert, bereitzustellen. So kann die genannte Membran oder Folie unmittelbar das flüssige Biozid oder die flüssige Biozidmischung enthalten. Vorteilhaft ist hierbei, dass im Hinblick auf existierende gesetzliche Regelungen durch einen Verzicht auf ein Mischen oder Dispergieren mit anderen Komponenten kein „neuer” biozider Wirkstoff entsteht, welcher ggf. erst ein Zulassungsverfahren durchlaufen müsste. Vielmehr kann auf bewährte und zugelassene Biozide oder dgl. Mischungen zurückgegriffen werden.
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Es sei hervorgehoben, dass die Verwendung der zuletzt beschriebenen erfindungsgemäßen Formulierungen bzw. derer vorteilhaften Weiterbildungen ausdrücklich zugleich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angibt, während anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ausdrücklich auch vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Formulierungen beschrieben worden sind.
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Abschließend sei betont, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die beanspruchte Lehre erörtern, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.