DE4408797A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung und zur Spaltung von Kühlschmiermitteln - Google Patents

Description

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben zur gezielten Beeinflussung der Lebensdauer von Kühlschmiermitteln. Dabei wird entweder eine durch den täglichen Gebrauch in ihrer Stabilität verminderte Emulsion dadurch regeneriert und stabilisiert, daß diese mittels elektrischem Strom gleichzeitig von gebildeten Hydrogencarbonat befreit, im pH-Wert angehoben und das Wachstum von Mikroorganismen durch den Stromfluß behindert wird oder aber umgekehrt die Emulsion nach Vertauschen der Elektroden, bzw. durch Anlegen einer entgegengesetzten Spannung und gleichzeitiger Ultrafiltration gespalten wird.

1. Stabilisierung von Kühlschmiermitteln

Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung werden fast immer mit wassermischbaren Kühlschmiermitteln betrieben. Diese bestehen in der Regel aus 90 bis 98% Wasser und Mineralöl oder Esteröl und einer Auswahl aus einer langen Reihe von verschiedenen Emulgatoren, Korrosionsschutzstoffen, Bakteriziden u. ä.

Den meisten dieser Kühlschmiermittel ist in frischem, unbelastetem Zustand ein pH-Wert von etwa pH 8 bis pH 9 gemeinsam, der sich im Laufe des Gebrauchs der Emulsion allmählich erniedrigt. Im Laufe ihres Gebrauchs wird die Emulsion zunehmend instabiler, wodurch teilweises Brechen bewirkt wird. Äußerlich leicht zu erkennen ist dieser Zustand meist schon an aufschwimmendem Öl und am unangenehmen Geruch. Die ursprüngliche Funktion des Schmierens und des Aufbaus von Schutz gegen Korrosion geht dabei allmählich verloren.

Im täglichen Gebrauch sind diese Kühlschmiermittel atmosphärischer Luft und dem darin enthaltenen Kohlendioxid ausgesetzt. Wie eigene Arbeiten gezeigt haben, führt nun Kohlendioxid, bzw. die im wäßrigen System sich daraus bildende Kohlensäure durch die Reaktion mit basischen Inhaltsstoffen der Emulsion zu Hydrogencarbonaten, welche durch ihren Aussalzungseffekt die Emulsion aus der Wasserphase heraus schwächen. Darüber hinaus wird die Stabilität aber auch durch die direkte Veränderung des Zeta-Potentials der Emulsionströpfchen aufgrund des Säurecharakters der Kohlensäure herabgesetzt. Dabei werden die an den hydrophilen Molekülenden der Tenside befindlichen negativen Ladungsträger hydrophobisiert. Diese emulsionsspaltende Potenz von Kohlendioxid ist bislang nur wenig berücksichtigt worden.

Wie sich in entsprechenden Versuchen gezeigt hat, lassen sich nämlich mit Hilfe von Kohlendioxid (im betrieblichen Einsatz eines Kühlschmiermittels stammt dieses aus der Luft) und Wärme (in der betrieblichen Praxis von der Werkzeugmaschine) praktisch alle industriegebräuchlichen Kühlschmiermittel in eine Ölphase und eine mehr oder weniger stark ölhaltige Wasserphase spalten. Auch wenn bei einer Reihe von Kühlschmiermitteln unter diesen Bedingungen nur eine geringe, bzw. unvollständige Emulsionsspaltung stattfindet, so werden doch die Eigenschaften des Kühlschmiermittels stark verändert. Der aufschwimmende Ölfilm ist aber nicht nur dafür ein Indiz, er bewirkt auch einen Luftabschluß zur Emulsion und damit eine Förderung der emulsionszerstörenden, anaeroben, bakteriellen Abbauprozesse.

Bei einer ganze Reihe von Kühlschmiermitteln reichen bei Sättigung mit Kohlendioxid bereits ausgesprochen milde thermische Bedingungen für eine vollständige Spaltung aus. Besonders anfällig für eine Spaltung mit Kohlendioxid ist die große Palette der auf dem Markt angebotenen Produkte auf der Basis Fettsäureamid als nichtionischer, aber "anionogener" Emulgator. So zeigte sich, daß eine Reihe von Produkten der Zusammensetzung <63% Mineralöl, <13% Fettsäureamid und 2-3% nichtionische Tenside bereits durch kräftiges Schütteln mit Kohlendioxid bei Raumtemperatur zu <95% gespalten werden. Dementsprechend lassen sich Testemulsionen, bestehend nur aus Fettsäureamid und Wasser, ebenfalls durch einfaches Schütteln mit Kohlendioxid bei Raumtemperatur vollständig spalten. Wegen ihrer ausgezeichneten Eigenschaften als Kühlschmiermittel (vor allem wegen der Korrosionsschutzwirkung der Fettsäureamide) haben diese Produkte aber einen großen Anteil und eine feste Stellung im Markt.

Der Einfluß von Kohlendioxid auf die Emulsionsstabilität der nichtionischen Tenside ist weniger stark. Reine Testemulsionen, bestehend aus nichtionischen Tensiden, zeigen im allgemeinen steigende Spaltbarkeit bei Temperaturerhöhung bis auf 100°C. Bei der Gruppe der Alkylarylpolyglykolether läuft diese Spaltung auch ohne Kohlendioxid ab. Ähnlich verhalten sich Alyklpolyethylenglykolether, bzw. Alkylpolyalkylenglykolether. Dagegen bilden Fettsäurepolyglykolester thermisch stabilere Emulsionen, die allerdings bei thermischer Behandlung nach Schütteln mit Kohlendioxid leicht und vollständig brechen.

In der Praxis wirken nichtionische und anionische Emulgatoren bezüglich der Stabilisierung der meist stark mineralölhaltigen Kühlschmiermittel in unterschiedlichem Maß synergistisch emulsionsstabilisierend, wodurch exakte Voraussagen über die Spaltbedingungen nur relativ grob aus dem Verhalten der Einzelkomponenten abgeleitet werden können.

Nun lassen sich Kühlschmiermittel aber nicht nur mit Kohlendioxid und Wärme spalten, sondern auch durch alleinige Zugabe von Hydrogencarbonat. Bei entsprechenden Versuchen konnten durch Zugabe von Hydrogencarbonat alle untersuchten Kühlschmiermittel (eine willkürliche Auswahl aus 25 Industrieprodukten) gut und vollständig gespalten werden. Darunter auch die Kühlschmiermittel, die mit der anderen großen Klasse von anionischen Tensiden, den im Vergleich zu Fettsäureamiden gegenüber Kohlendioxid wesentlich unempfindlicheren Sulfaten und Sulfonaten, stabilisiert sind. Bei gleichzeitiger Anwendung von Kohlendioxid reduziert der Hydrogencarbonatverbrauch sich auf ein Drittel bis die Hälfte und wird durch gleichzeitiges Erwärmen noch weiter herabgesetzt. Eine Abhängigkeit der benötigten Hydrogencarbonatmengen von der Emulsionskonzentration wurde nicht gefunden, was einen Hinweis auf den Mechanismus einer Spaltung durch Aussalzung bedeutet. Die erforderlichen Salzmengen liegen bei ca. 20-40 g/l Emulsion. Die entsprechende Kohlendioxidmenge befindet sich in ca. 30 m³ atmosphärischer Luft oder 300 l verbrauchter Atemluft.

Da zur Verhinderung des mikrobiellen Abbaus der Kühlschmiermittel durch anaerobe Bakterien eine permanente Luftumwälzung der Kühlschmiermittel erforderlich ist, reichern sich demzufolge auf diese Weise gleichzeitig entsprechend große Mengen Kohlendioxid aus der Luft in der Emulsion an. Abhilfe könnte z. B. das Vorbehandeln der mit der Emulsion kontaktierten Luft über basische Kohlendioxidadsorber (Hydroxide) schaffen. In der Praxis wäre dies aber sicher nur schwer durchzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein praktikables Verfahren zu finden, welches den Hauptursachen der Alterung von Kühlschmiermitteln, nämlich der Anreicherung von Hydrogencarbonat, der Senkung des pH-Wertes in der betrieblichen Praxis, sowie der Bakterienvermehrung möglichst wirksam entgegentritt.

Zu der vorliegenden Lösung führte die Erkenntnis, daß eine Hauptursache der Emulsionsschwächung im Betrieb in der Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft besteht. In der Emulsion werden dadurch nämlich einerseits der für die Erhaltung des Zeta-Potentials der Emulsionströpfchen, und damit für die Stabilität der Emulsion wichtige basische pH-Wert abgesenkt, gleichzeitig wird aber in der Emulsion Hydrogencarbonat gebildet. Eine weitere Hauptursache liegt im Befall des Kühlschmiermittels durch Mikroorganismen. Während Pilze und Hefen besonders im Bereich unterhalb pH 7 ein ideales Milieu vorfinden, wirkt auf Bakterien das saure Milieu hemmend, das basische Milieu eher wachstumsfördernd.

Erfindungsgemäß wurde demnach eine Anordnung aufgebaut, mit deren Hilfe es gelingt, gleichzeitig ein basisches Milieu im Kühlschmiermittel aufrechtzuerhalten, bzw. zu erzeugen und gleichzeitig bereits gebildetes Hydrogencarbonat, sowie andere unerwünschte Anionen, die sich zum Beispiel als Ausscheidungsprodukte von Mikroben anreichern, aus dem Kühlschmiermittel zu entfernen. Der dabei erforderliche Stromfluß durch das Kühlschmiermittel wird auf die Bakterien zudem wachstumshemmend bzw. toxisch. Durch den gleichzeitigen Querstrombetrieb des Kühlschmiermittels über die Ultrafiltrationsmembran mit Reynoldszahlen <4000 wird ein Verölen der Membran verhindert.

Eine einfache Anordnung, die die Forderung nach Hebung des pH-Wertes und Abreicherung von Anionen aus den Kathodenraum erfüllt, besteht aus einer elektrochemischen Zelle mit einem Anoden- und einem Kathodenraum, welche durch ein Diaphragma voneinander abgetrennt sind. Dieses Diaphragma kann aus einer Aniodenaustauschermembran, im einfachsten Fall durchaus aber z. B. aus Filterpapier oder aus Vlies bestehen. Günstigerweise verwendet man aber eine Ultrafiltrationsmembran. Füllt man nun in die Elektrodenräume verbrauchtes Kühlschmiermittel, so beobachtet man eine Stabilisierung der Emulsion im Kathodenraum. Diese Stabilisierung zeigt sich darin, daß z. B. ehemals feindisperse, opak durchscheinende Emulsionen, die durch betrieblichen Einsatz in ihrer Stabilität geschwächt wurden und durch Emulsionsvergröberung bereits grobdispers-milchig aussehen, im Kathodenraum zunehmend transparenter und damit feindisperser werden. (Im Anodenraum findet, sofern inerte Elektroden aus z. B. Kohlenstoff verwendet werden, eine - unvollständige - Emulsionsspaltung statt).

Fig. 1 zeigt die Vorgänge in dieser einfachen Zelle. Bei angelegter Gleichspannung wandern neben Hydroxidionen (OH^-) vor allem Hydrogencarbonationen (HCO₃^-) vom Kathodenraum (K) durch das Diaphragma (D) in den Anodenraum (A). Gleichzeitig wandern vom Anodenraum Hydroniumionen (H⁺) und Metallionen (M⁺) in den Kathodenraum. An der Kathode werden Hydroniumionen zu gasförmigem Wasserstoff reduziert, an der Anode Hydroxidionen zu gasförmigem Sauerstoff und Wasser oxidiert. Der Kathodenraum wird also gleichzeitig von Hydrogencarbonationen befreit und im pH-Wert angehoben.

Etwas anders stellen die Verhältnisse sich dar, sofern als Diaphragma eine Anionenaustauschermembran verwendet wird. In diesem Fall werden, abweichend von der voranstehenden Beschreibung, die Hydroniumionen und die Metallionen am Durchtritt von der Anodenseite auf die Kathodenseite gehindert. An der weiteren Funktion im gleichen, beschriebenen Sinne verändert sich dabei prinzipiell nichts.

Grundsätzlich kann auf der Anodenseite statt Kühlschmiermittel Wasser verwendet werden. Bei salzarmen Wässern treten entsprechend auch bei Verwendung einer anderen Membran als einer Anionentauschermembran Metallionen naturgemäß nicht nennenswert in den Kathodenraum.

Da sich im Anodenraum die Aufnehmerphase für aus der Emulsion diffundiertes Hydrogencarbonat befindet, könnte man hier Wasser verwenden, welches regelmäßig erneuert wird. Nun wird im Anodenraum aber durch die Säureproduktion an der Anode des Hydrogencarbonat aus seinem Salz verdrängt, d. h. es wird Kohlendioxid frei, welches den Anodenraum gasförmig verlassen kann. Der Anodenraum wird dementsprechend auch nicht sauer, solange noch unverbrauchtes Hydrogencarbonat vorliegt. Aus diesem Grund kann auch der Inhalt des Anodenraumes der Emulsion immer wieder zugeführt werden. Sofern auch andere anionische Inhaltsstoffe entfernt werden sollen, empfiehlt sich allerdings eine kontinuierliche Erneuerung des Inhaltes der Anodenseite.

Obwohl sich mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung deren prinzipielle Funktion bereits zeigen läßt, werden für den praxisgerechten Einsatz des Verfahrens weitere Anforderungen gestellt. Es zeigt sich nämlich, daß der voranstehend beschriebenen Anordnung das Diaphragma nicht nur von den in Richtung Anode wandernden Hydrogencarbonat- und anderen Anionen durchdrungen wird, sondern auch von den negativ geladenen emulgierten Öltröpfchen. In den voranstehend beschriebenen Anordnungen dringen diese Öltröpfchen in die Membran ein und blockieren bereits nach kurzer Zeit die Stoffströmung und bauen gleichzeitig eine elektrische Isolation auf, so daß der Prozeß zum Erliegen kommt.

Die Anforderungen an ein funktionsfähiges System bestehen demnach aus:

• - der Verhinderung des Verölens der Anode. Diese Verölung führt zum Verlust der Stromleitung und damit zum Stillstand des Prozesses.
• - der Verhinderung des Verölens des Diaphragmas. Das Verölen des Diaphragmas wird verursacht durch die Wanderung von negativ geladenen Emulsionströpfchen aus dem Kathodenraum in den Anodenraum und führt ebenfalls zum Stillstand des Prozesses.
• - Verhinderung der Emulsionsbrechung an der Kathode. Obwohl die Emulsion im Kathodenraum stabilisiert wird, ist bei einigen Emulsionen an der unmittelbaren Kathodenoberfläche gelegentlich ein teilweises Brechen der Emulsion zu beobachten. Die genaue Ursache hierfür ist nicht bekannt.

Eine Anordnung gemäß den bekannten Anforderungen ist in der Fig. 2 dargestellt. Abweichend zu der Anordnung in Fig. 1 befindet sich zwischen der Anionentauschermembran (AM) und dem Kathodenraum (K) zusätzlich eine bipolare Membran, wobei die Aniodentauscherseite dieser Membran der Anode und die Kationentauscherweise der Kathode zugewandt ist. Die aufzubereitende Emulsion befindet sich in dem Raum zwischen Anionentauschermembran (AM) und bipolarer Membran (BM). Auf diese Weise wird die Hydroxidionenproduktion nicht indirekt, wie in Fig. 1 durch Verbrauch von Hydroniumionen an der Kathode bewirkt, sondern direkt durch die Produktion von Hydroxidionen. Wesentlich ist die Tatsache, daß in dieser Anordnung vor allem das gelegentliche teilweise Brechen der Emulsion unmittelbar auf der Kathode unterbunden wird. (Statt der bipolaren Membran könnte auch eine Kationenaustauschermembran verwendet werden. Dies entspräche einer Elektrodialyseanordnung, wobei in dieser Anordnung aber zusätzlich Kationen aus der Emulsion in den Kathodenraum abgeleitet würden).

Eine erfindungsgemäße Anordnung, die mit Ultrafiltrationsmembranen arbeitet und das Problem der erwähnten, gelegentlichen kationischen Spaltung wirksam verhindert, ist in Fig. 3, bzw. Fig. 4 dargestellt.

Die zu behandelnde Emulsion wird im Kreislauf aus dem Vorrat (V) mittels einer Pumpe (P) über eine Drossel (D) durch Ultrafiltrationsrohrmembranen gepumpt, die in zwei verschiedenen Modulen (MA und MB) fixiert sind. Der Einfachheit halber ist in Fig. 4 jeweils nur eine Rohrmembran in den Modulen dargestellt. Die Rohrleitungen und die Module sind aus elektrisch nicht leitfähigem Material hergestellt.

Die Hohlräume der Module auf der Filtratseite sind gemäß Fig. 4 mit Elektrodenmaterial z. B. einer Schüttung aus Elektrodengraphitkugeln (GK) gefüllt. An die Elektroden je eines der beiden Module wird anodische, bzw. kathodische Gleichspannung, vorzugsweise zwischen 2 und 80 Volt angelegt. Die Vorgänge an den Elektroden entsprechen den in den zuvor besprochenen Ausführungen. Zusätzlich wird aber in beiden Modulen eine verhältnismäßig geringe Menge Permeat (P) bzw. Filtrat erzeugt, welches zum Transport des basischen Substrates aus MK, bzw. eventuell auch zum Transport des neutralen bis leicht sauren Substrates aus MA zurück in die Emulsion dient. Aus diesem Grund werden die Membranen mit einem leichten Überdruck betrieben.

Die Ultrafiltrationsmembran hat hier einerseits die Aufgabe eines Diaphragmas aber gleichzeitig auch die Aufgabe einer normalen Ultrafiltrationsmembran zur Verhütung der Verölung der Anode, dadurch nämlich, daß durch die vorgeschlagene Anordnung die Elektroden lediglich mit dem Permeat der Emulsion in Kontakt kommen. Die Verölung der Ultrafiltrationsmembran im Anodenmodul MA wird durch die hohe Überströmung der Rohrmembran verhindert.

Die Module sind mit Filtratabgängen ausgestattet, die in Abweichungg zu einer Ultrafiltratitonsanlage jedoch mit abgesperrten Permeatausgängen betrieben werden, bzw. gedrosselt sind und damit die entstehende Filtratstrommenge auf das Minimum reduzieren, welches zur Entfernung der durch Elektrodialyse, bzw. Elektrophorese eingetragenen Salze erforderlich ist. Zusätzlich sind die Module mit automatischen Entlüftern versehen, durch welche die entstehenden Gase (Wasserstoff an der Kathode, Sauerstoff und Kohlendioxid an der Anode) abgeleitet werden. Das basische Filtrat aus dem Filtratabgang des Moduls MK wird der Emulsion wieder zugegeben. Das Filtrat aus dem Filtratabgang des Moduls MA, welches eventuell ebenfalls in die Emulsion zurückgeführt wird, ist günstigerweise höchstens leicht sauer, d. h. die über die Drossel abgelassene Filtratmenge ist so bemessen, daß das im Anodenraum befindliche Hydrogencarbonat möglichst gerade quantitativ zu Kohlendioxid oxidiert wird. Dieses so behandelte Filtrat wird abgelassen oder der Emulsion wieder zugeführt.

Eine weitere, vereinfachte aber wesentliche Ausführungsform der Erfindung wurde derart realisiert, daß statt der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Module MA und MB nur ein Modul gemäß Fig. 5 verwendet wird und dieses elektrisch so verschaltet wird, daß die Anode (A) auf der Außenseite der Rohrmembran (M) liegt. Als Kathode wird ein elektrisch leitfähiger Draht, z. B. aus Edelstahl in das Innere des Membranrohres geschoben.

Im Einzelnen befindet sich also eine als Kathode (K) geschaltete Elektrode in einer Rohrmembran (M) für die Ultrafiltration. Auf der Außenseite der Rohrmembran befindet sich eine als Anode (A) geschaltete Elektrode. Diese besteht aus nicht oxidierendem Material, wie platiniertem Titan oder billigerem Elektrodengraphit. Durch das Membranrohr wird das Kühlschmiermittel im Kreislauf umgewälzt. Der Filtratraum wird durch das Modulrohr (MR) begrenzt. Die voranstehend beschriebenen Prozesse laufen auf der Anodenseite wie im Modul (MA), auf der Kathodenseite wie im Modul (MB) der Fig. 4 ab. Anionen des Kühlschmiermittels (KSM) wandern also von der Innenseite durch die Membran (M) auf die Anodenseite (A), während die Öltröpfchen von der Membran zurückgehalten werden. Eine Verölung der Membran auf der Kathodenseite findet wegen des permanenten Überströmens der Membran durch Umwälzung des Kühlschmiermittels mit einer Fließgeschwindigkeit von ca. 2-5 m/sec durch das Membranrohr nicht statt. Wie in den voranstehenden Beispielen ist es wesentlicher Teil der Erfindung, die Anordnung bei normal geschlossenem, stark gedrosseltem oder nur intervallmäßig geöffnetem Permeatausgang zu betreiben.

Mit dieser beschriebenen Anordnung wird der weiter oben postulierten Anforderung an das Verfahren, nämlich der Verhinderung einer gelegentlichen, leichten Emulsionsbrechung, auch an der Kathode, nicht Rechnung getragen. Diese Anordnung ist in der Praxis aber dennoch sinnvoll, da die hier unerwünschte Emulsionsbrechung anionisch stabilisierter Emulsionen an Kathoden nur schwach ist und meist reversibel verläuft. Wegen der Einfachheit des Aufbaus einer solchen Anordnung und gleichzeitig wirkungsvoller Funktion ist die zuletzt beschriebene die bevorzugte Anordnung der Erfindung.

Von wesentlicher Bedeutung für die Durchführbarkeit dieses Verfahrens ist die hohe Überströmung des Membranrohres. Nur die dadurch erreichten hohen Reynoldszahlen verhindern das Verölen der Membran. Da die Anode nämlich auf der Membranrückseite angeordnet ist, wandern die negativ geladenen Emulsionströpfchen in Richtung Anode zur Membran. Bereits bei kurzzeitigem Abschalten der Überströmung verblockt die Membran und kann meist nicht regeneriert werden. Die wirksame Teilchenwanderung ist ohne diese Überströmung vergleichbar der einer gewöhnlichen Ultrafiltration, welche, als dead-end Filtration betrieben, ebenfalls sehr schnell zu einer irreversiblen Verblockung führt.

2. Spaltung von Emulsionen

Die beschriebene bevorzugte erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 5 zur Pflege von Kühlschmiermitteln kann aber auch, wenn dazu die elektrische Belegung der Elektroden von Fig. 5 gemäß Fig. 6 vertauscht wird, erfindungsgemäß für die Spaltung von Emulsionen genutzt werden.

Eine Anordnung zur Spaltung von Emulsionen und Dispersionen mittels elektrischem Strom an Elektroden, ist in DE 37 39 580; FR 2 541 130 und EP 491 528 beschrieben. Der Nachteil des dort beschriebenen Verfahrens liegt einerseits darin, daß die Gefahr des Verölens des Diaphragmas sowie der Anode nicht ausgeräumt werden konnte, bzw. für die Entölung der Anode chemische Hilfsstoffe eingesetzt werden müssen. Zudem gelingt die dort beschriebene Emulsionsspaltung in effizienter Weise nur bei höheren Konzentrationen an Inhaltsstoff, wie z. B. Kühlschmiermittel. Bei abnehmenden Konzentrationen, wie sie während dieses Spaltprozesses selbst entstehen, nimmt die Effizienz stetig ab.

Zur Lösung dieses Problems dient also die gleiche Anordnung, die für die Pflege von Kühlschmiermitteln beschrieben wurde, jedoch mit umgekehrter Polung und mit geöffnetem Permeatausgang. Die Anode (A) befindet sich bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung, also innerhalb der Rohrmembran (M) im Kühlschmiermittel (KSM), die Kathode (K) befindet sich auf der Membranrückseite im Filtrat.

In diesem Verfahren (gemäß Fig. 6) wird die Ultrafiltrationsmembran (M) nun während der elektrischen Spaltung der Emulsion selbst unter Druck im Querstromverfahren betrieben, so daß auf der Rückseite der Membran, wie zur Spaltung von Emulsionen als Stand der Technik gebräuchlich, ein einleitfähiges Filtrat entsteht. Während sich durch die Membranfiltration der Ölgehalt der Emulsion erhöht, wird durch diese Aufkonzentrierung die Effektivität der elektrischen Spaltung im Inneren der Rohrmembran gesteigert. Die elektrische Spaltung im Inneren der Membran verläuft so, daß große koagulierte Öltropfen auf der Anode abgeschieden, durch den Querstrombetrieb abgelöst und in den Vorratstank gepumpt werden, wo sie sich als aufschwimmende Ölschicht abtrennen. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik der Ultrafiltration von verbrauchten Kühlschmiermitteln, nach dem die Aufkonzentrierung mittels Membranen bis auf etwa 50% Öl-Wasser bei stark nachlassender Membranleistung betrieben wird, bringt das beschriebene Verfahren einige Vorteile:

Neben der klaren Wasserphase wird zusätzlich eine wasserarme Ölphase gewonnen. Die Entsorgungskosten werden also halbiert.

Die Membranleistung ist stets hoch, weil die Ölkonzentration immer niedrig gehalten wird.

Es kann mit höheren Trenngrenzen (eventuell Mikrofiltration) gearbeitet werden, da die Ölkonzentrationen niedrig sind.

Die Membran wird geschont, weil die Öltröpfchen zur Anode hin gezogen werden und die Membran damit entlasten. Dies erhöht die Lebensdauer der Membran und vergrößert die notwendigen Spülintervalle.

Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Verfahrens sieht eine zusätzliche Behandlung des Kühlschmiermittels mit Kohlendioxid im Laufe der zuletzt beschriebenen Verfahrensvariante vor. Dadurch wird die elektrische Spaltbarkeit des Kühlschmiermittels, erheblich gesteigert. Als nachteilig erweist sich bei dieser Variante allerdings die Tatsache, daß unverbrauchtes Kohlendioxid während des Ultrafiltrationsprozesses in die Membran eindringen und diese verblocken kann. Der "Sättigungs- und Neutralisationsprozeß" mit Kohlendioxid geschieht daher zur Verhinderung dieses Verblockens bei geschlossenem Permeatablauf. Erst nach Entfernung von freiem Kohlendioxid wird der Ultrafiltrationsprozeß durch Öffnen des Permeatabflusses im voranstehend beschriebenen Sinn fortgesetzt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer von Kühlschmiermitteln, gekennzeichnet dadurch, daß dieser in einer mit Gleichstrom zwischen 2 und 80 Volt elektrisch zu betreibenden Zelle nach (Fig. 1), die mit einem Diaphragma (D) in eine Anoden- (A) und eine Kathodenkammer (K) unterteilt ist, im Kathodenraum durch die Bildung von Hydroxidionen, die Entfernung von Hydrogencarbonationen durch Abwanderung in den angrenzenden Anodenraum und durch den auf Mikroorganismen wachstumshemmenden Stromfluß durch das Kühlschmiermittel stabilisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß statt des Kühlschmierstoffes dessen Ultrafiltrat behandelt wird und dieses nach Behandlung wieder dem Kühlschmierstoff beigefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das im Anodenraum durch Abgasen von Kohlendioxid behandelte Filtrat wieder dem ursprünglichen Kühlschmiermittelvorrat beigemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß (gemäß Fig. 2) zwischen Diaphragma, bzw. Anionentauschermembran (AM) und Kathode zusätzlich eine Kationentauschermembran oder eine bipolare Membran (BM) eingebaut wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Diaphragma Ultrafiltrationsmembran, vorzugsweise Rohrmembranen , verwendet werden, die (gemäß Fig. 4) in verschiedenen Modulen (MA und MB) als getrennten Anoden- und Kathodenkammer untergebracht werden, wobei das Kühlschmiermittel als Strombrücke fungiert und sich die Elektroden auf den Membranrückseiten in den Modulen in Form von elektrisch leitenden inerten Materialien, wie z. B. Kugeln aus Elektrodengraphit befinden (gemäß Fig. 3 und 4) und diese Ultrafiltrationsmembranen im Querstrom (gemäß Fig. 3) betrieben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Diaphragma Ultrafiltrationsmembranen, vorzugsweise Rohrmembranen, verwendet werden, wobei (gemäß Fig. 5) das Innere der Rohrmembran (M) als Kathode (K), vorzugsweise bestehend aus rostfreiem Stahl, die Filtratseite als Anode (A), vorzugsweise bestehend aus einem inerten Leiter, wie platiniertem Titan oder Elektrodengraphit, geschaltet werden und die Rohrmembran mit dem Kühlschmiermittel (KSM) unter hoher Überströmung und niedrigem Transmembrandruck und einem stark gedrosselten Filtratfluß betrieben werden. Das Modulrohr (MR) ist dazu, gemäß Fig. 7 mit einer Drossel im Permeatausgang versehen.

7. Verfahren zur Spaltung von Kühlschmiermitteln, gekennzeichnet dadurch, daß (gemäß Fig. 8) als Diaphragma Ultrafiltrationsmembranen, vorzugsweise Rohrmembranen, verwendet werden, wobei in die Rohrmembran (M) eine Elektrode (A) aus einem inerten Material, zum Beispiel aus platiniertem Titan oder aus Graphit, eingebracht und als Anode verschaltet wird und auf der Membranrückseite eine Elektrode (K) aus z. B. rostfreiem Stahl als Kathode angeschlossen wird und die Membran (M) unter den bei der Ultrafiltration zur Spaltung von Kühlschmiermitteln üblichen Bedingungen betrieben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine zusätzliche Behandlung des Kühlschmiermittels mit Kohlendioxid durchgeführt wird, wodurch die elektrische Spaltbarkeit des Kühlschmiermittels erheblich gesteigert wird und diese Behandlung derart durchgeführt wird, daß der Permeatabfluß des Modulrohres solange geschlossen bleibt, bis im Anschluß noch unverbrauchtes Kohlendioxid aus der Emulsion entfernt worden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die vorgenannten Verfahren zur elektrodialytischen Aufarbeitung von wäßrigen Lösungen, Emulsionen, Dispersionen und Suspensionen aller Art, z. B. die Entionisierung von Flüssigkeiten aus Fermenterprozessen der Lebensmittel- oder der Biotechnologie, allgemein der Abtrennung von Ionen aus einer Umgebung von etwa gleich großen ungeladenen Molekülen in der Pharmazie, wie auch in chemisch- technischen Prozessen durchgeführt wird, wobei in jedem Fall der Querstrombetrieb mit, je nach Trennabsicht, geringer oder hoher Permeatleistung die elektrischen Wanderungen überlagert.