Korrosionsschutz und Bakterienbekämpfung – neue Wege ohne Chemikalien und Biozide Schlechte Kühlwasserqualität schadet Maschinen und Werkzeugen

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Wilhelm Büchner Hochschule - Träger: Hochschule für Berufstätige Darmstadt GmbH

Herzog Systems AG

Korrosives oder mit Bakterien belastetes Kühlwasser schadet Maschinen und Anlagen in kunststoffverarbeitenden Unternehmen. Häufig werden Chemikalien zur Regulation des pH-Wertes und Biozide gegen die Bildung von Biofilmen eingesetzt, um Korrosion in den Anlagen zu vermeiden oder wenigstens zu vermindern. Der Einsatz dieser Mittel ist wartungs- und kostenintensiv. Eine chemikalienfreie Lösung zum Erhalt der Kühlwasserqualität ist nicht nur mit weniger Kosten verbunden, sondern schont auch die Umwelt.

Bei Spritzgießern begegnet man kaum Unternehmen, die mit ihrer Wasserqualität zufrieden sind. Hier sind besonders häufig halboffene Kühlkreisläufe im Einsatz, welche als Königsdisziplin der Wasseraufbereitung gelten, da immer Sauerstoff und das saure Gas CO2 in das Wasser eindringen und den pH-Wert reduzieren. Auch die Aufbereitung der Werkzeuge kann im Nachgang eine bis dahin gute Wasserqualität im Kühlkreislauf verschlechtern. Dies passiert, wenn mit Phosphorsäure passiviert wird und der Rest der hoch konzentrierten Säure vor der nächsten Verwendung nicht ordnungsgemäß aus der Form gespült wird.

Dieser Rest gelangt dann bei Inbetriebnahme der Form wieder in den großen Kreislauf und beeinflusst die Wasserqualität negativ. Für gute Produktionsergebnisse und geringe Servicekosten für die Spritzgusswerkzeuge ist eine dauerhaft hohe Wasserqualität erforderlich. Die Anwender müssen sicherstellen, dass sich keine Bakterien in ihren Kreisläufen bilden, die durch Biofilme die Kälteübertragung stören und Korrosion besonders an den Stahlformen ausgeschlossen ist. Gelingt beides, bleiben die Kosten für Service und Wartung von Maschinen und Formen überschaubar und die Produktergebnisse wie geplant.

Die Praxis sieht für Anwender von Chemie aber meist anders aus. Wenn chemische Korrosionsschutzmittel gegen die Korrosion dem System zugeführt werden, kommt es nicht selten vor, dass die Biologie im Vorratstank quasi explodiert. Infolgedessen sind Biozide notwendig, um die Bakterien zu entfernen – ein Teufelskreis.

Korrosion stoppen und Biologie in den Griff bekommen

Fast immer sind Hydraulik- und Werkzeugkreis offen gegenüber der Atmosphäre. Große Tanks fangen das rückströmende Wasser aus den Prozessen wieder auf, um es anschließend in den Kreislauf zu schicken. Die Spritzgussunternehmen nutzen das Medium Wasser, um die Formen zu kühlen, in die der Kunststoff mit hohen Temperaturen eingebracht wird.

Es gibt meist mehrere Herausforderungen im Umgang mit dem Kühlwasser: Der pH-Wert ist sehr schwierig konstant auf einem Niveau zu halten. Sinkt er aber, so kommt zu der eintretenden Korrosion immer auch die Problematik der Bakterienbildung. Die offenen Behälter lassen dauerhaft Kohlendioxid in das Prozesswasser eindringen und das saure Gas reduziert den pH-Wert. Auch können Chemikalienreste aus einer Passivierung in das Prozesswasser gelangen und den pH-Wert nach unten verschieben. Ein weiterer Faktor ist das Verwenden von Bioziden, deren Auswirkungen ähnlich sind. Werden chemische Zusätze geimpft, so beinhalten sie fast immer auch organische Substanzen. Der Betreiber möchte also Korrosion verhindern und füttert gleichzeitig mit der chemischen Dosierung über deren Inhaltsstoffe seine Bakterien an. Da dies immer bei Prozesswassertemperaturen von 20 bis 40 °C stattfindet, sind auch diese Bedingungen optimal für die Bakterienvermehrung. Flechten und Pilze benötigen beispielsweise einen niedrigen pH-Wert, warmes Wasser und organische Nährstoffe zum Überleben. Oft unterschätzt werden Sandfilter, in denen sich ebenfalls Kulturen bilden. Die Filter werden häufig mit Anlagenwasser zurückgespült und es muss Ergänzungswasser nachgefüllt werden, in das wiederum Chemie zuzuführen ist.

Sauberes Wasser ohne Chemikalien

Eine Lösung ohne Chemikalien für sauberes Systemwasser in den Kühlkreisen ist der Einsatz der chemikalienfreien Enwamatic-Technologie. Sie ist durch die konsequente Verwendung von Mineralien auch keine Nahrungsquelle für Bakterien. Der eingestellte, dauerhaft hohe pH-Wert stellt in Kombination mit den Mineralien eine wirkungsvolle Bakterienbarriere dar. Natürlich wird auch gefiltert: 5µm im Bypass, damit der Hauptvolumenstrom nicht negativ beeinflusst werden kann. Die Rückspülung kommt ohne Verlust beim Anlagenwasser aus. Der Korrosionsschutz erfolgt über den eingestellten pH-Wert, durch den sich auf den unedlen Metallen eine stabile Schutzschicht bildet. Der pH-Wert wird selbstregulierend gehalten und ermöglicht Wartungsintervalle von zwölf Monaten für den Betreiber. Er hat keinen weiteren Aufwand bei Abschluss eines Wartungsvertrages.

Nachfüllwasser ist ein großer Kostenfaktor – meist geht viel Wasser beim Wechsel der Formen verloren und wird einfach in den Abfluss entsorgt. Bei einem Anlagenvolumen von ca. 5 bis 7 m³ Kühlwasser sind durch Werkzeugwechsel noch pro Jahr teilweise bis 10 m³ Ergänzungswasser notwendig. Die Aufbereitung dieses Wasser zieht weitere Kosten nach sich. Eine andere Lösung ist, über eine Vorrichtung das abgelassene Systemwasser beim Wechsel der Werkzeuge wieder dem Behälter zuzuführen und damit die Verlustmenge so gering wie möglich zu halten.

Der Anbieter für Prozesswassertechnik, Enwa AS aus Hennef, empfiehlt, bei einer neu zu planenden Anlage ein druckbehaftetes, geschlossenes System einzusetzen. Hierbei haben sich zwar nicht automatisch alle Herausforderungen offener Systeme erledigt, jedoch sind die Randbedingungen einfacher zu kontrollieren. Bakterienfrei ist dieses Wasser allerdings nicht – wie auch Trinkwasser es nicht ist. Es entstehen auch hier unter Umständen Bakterien. So ist auch Korrosion ein Thema, da viele dieser Systeme aus Stahl gebaut werden und der offene Behälter eventuell durch einen Kältepufferspeicher ersetzt wird.

Die Enwamatic-Technik wurde ursprünglich für die Anwendung auf hoher See konzipiert, um die Schiffsmotoren vor Biofouling, Korrosion und Ablagerungen zu schützen. Da die Verwendung von Chemie auf See immer den Umgang mit Sondermüll mit sich bringen würde, ist die Technik bewusst chemikalienfrei. Und weil alle Systeme an Board möglichst wartungsarm sein müssen, erfolgt die Aufrechterhaltung der Wasserqualität selbstregulierend und das Wartungsintervall ist tatsächlich zwölf Monate. Es ist eine umweltfreundliche Wasseraufbereitung, ohne eine Umweltgefährdungsklasse.neu zu planenden Anlage ein druckbehaftetes, geschlossenes System einzusetzen. Hierbei haben sich zwar nicht automatisch alle Herausforderungen offener Systeme erledigt, jedoch sind die Randbedingungen einfacher zu kontrollieren. Bakterienfrei ist dieses Wasser allerdings nicht – wie auch Trinkwasser es nicht ist. Es entstehen auch hier unter Umständen Bakterien. So ist auch Korrosion ein Thema, da viele dieser Systeme aus Stahl gebaut werden und der offene Behälter eventuell durch einen Kältepufferspeicher ersetzt wird.

Die Enwamatic-Technik wurde ursprünglich für die Anwendung auf hoher See konzipiert, um die Schiffsmotoren vor Biofouling, Korrosion und Ablagerungen zu schützen. Da die Verwendung von Chemie auf See immer den Umgang mit Sondermüll mit sich bringen würde, ist die Technik bewusst chemikalienfrei. Und weil alle Systeme an Board möglichst wartungsarm sein müssen, erfolgt die Aufrechterhaltung der Wasserqualität selbstregulierend und das Wartungsintervall ist tatsächlich zwölf Monate. Es ist eine umweltfreundliche Wasseraufbereitung, ohne eine Umweltgefährdungsklasse.