Für die Zerspanung von Metall sind Kühl- und Schmierstoffe, kurz KSS, unverzichtbar. Sie verdampfen beim Spanen und bilden Öl- und Emulsionsnebel, die nicht in die Fertigungshalle gelangen dürfen. Sie nicht herauszufiltern würde bedeuten, dass binnen kurzer Zeit die Fertigungshalle eingenebelt ist und sich schmierige, fette Beläge auf Maschinen und Einrichtungen niederschlagen, die Decke und die Fenster verdunken sowie empfindliche Elektronik gefährden. Wichtiger noch ist der gesundheitliche Aspekt: Feinste Öltröpfchen im Nanobereich bedrohen die Gesundheit der Mitarbeiter, weil sie über die Lunge direkt in das Blut gelangen.
So funktioniert die Absaugung und Filterung
Ölnebelabscheider sind ein wichtiges Zubehörteil von spanenden Werkzeugmaschinen, auch wenn diese eine dichte Schutzabdeckung haben. Eine gewöhnliche Hallenabsaugung löst das Problem nicht. Allein die Punktabsaugung an der Emissionsquelle bietet hinreichend Schutz. Hier liegen noch unerschlossene Geschäftsmöglichkeiten für lüftungstechnische Unternehmen.
Zur Punktabsaugung werden effiziente Öl- und Emulsionsnebelabscheider direkt auf den gekapselten Werkzeugmaschinen aufgesetzt (siehe Aufmacherbild). Sie haben mehrere hintereinander geschaltete Abscheidestufen und entfernen in der Regel über 98 Prozent aller Aerosole, Dämpfe, Feinstäube und Rauche.
Die einzelnen Filterstufen werden auf den Bedarfsfall, d. h. auf die jeweilige spanende Werkzeugmaschine und das Partikelspektrum, abgestimmt. Ändert sich die KSS-Strategie, wird also beispielsweise die Schmierung von Öl auf Emulsion umgestellt, wird der Luftreiniger einfach mit anderen Abscheideelementen bestückt. Bewährt haben sich diese Kombi-Lösungen bei Dreh-, Fräs- und Schleifmaschinen, Bearbeitungszentren, Erodiermaschinen, Polier- und Bürstmaschinen.
Selbstreinigendes X-Cyclone-Prinzip
Hersteller wie Rentschler Reven setzen zunehmend mechanische Abscheideelemente beispielsweise nach dem X-Cyclone-Prinzip ein, also keine herkömmlichen Filtermedien. Der Unterschied: Solche Abscheider nehmen das Öl nicht auf, sondern schleudern es durch eine schnelle Luftumlenkung aus. Sie reinigen sich praktisch von selbst und der Filterwechsel entfällt. Somit entfallen auch die Entsorgungs- und Anschaffungskosten für Ersatzfilter.
Ein Beispiel für ein dreistufiges Abscheidesystem: Die erste Stufe fängt nach dem X-Cyclone-Prinzip Festpartikel und Öltröpfchen in der Größenordnung 1 µm und größer ab. Der nachgeschaltete Agglomerator - ein mehrlagiges Metallgestrick aus dünnen Edelstahldrähten - erfasst die Feinpartikel unter 1 µm, sogenannte Nanopartikel. Seine Oberflächen werden von einem Teil des zuvor abgeschiedenen Öles benetzt. Das bewirkt, dass die feinen KSS-Aerosole agglomerieren, das heißt, durch Adhäsion und Kohäsion größere Partikel bilden. Diese werden durch die dritte Stufe, wiederum ein X-Cyclone-Abscheider, zuverlässig entfernt.
Je kleiner die Partikel, desto schwieriger die Abscheidung. Gemäß den jeweiligen Anforderungen werden dann bis zu fünf Abscheidestufen hintereinandergeschaltet, mithin unter Verwendung eines Schwebstofffilters als Endstufe. Fallweise - bei hohen Schmieröldrücken und bei Rauchentwicklung - wird ein Elektrostat-Filter nachgeschaltet. Diese Kombination bietet sich beispielsweise für kleinere Schleifmaschinen an, die mit reinem Öl schmieren und kühlen.
Bei einem wässrigen Kühlschmierstoff ist allerdings nach Meinung von Reven die Verwendung eines Elektrostaten wenig sinnvoll, weil dann die Gefahr eines Kurzschlusses besteht. Ohnehin arbeitet ein elektronischer Abscheider umso ineffizienter, je höher der Wasseranteil im Kühlschmierstoff ist, weil nur die Öltröpfchen elektrostatisch aufladbar sind, nicht dagegen die Wasserbestandteile.
Gruppenabsaugung: Vorabscheidung empfehlenswert
Alternativ zur dezentralen Absaugung an den einzelnen Maschinen kommt die Gruppenabsaugung mit einem leistungsstarken Luftreiniger im Sammel-Abluftkanal infrage. Der zentrale Luftreiniger ist also über ein Kanalsystem mit mehreren Maschinen verbunden. Die gefilterte Luft strömt normalerweise ins Freie. Allerdings hat die Gruppenabsaugung einen gravierenden Nachteil: Die langen waagrechten Abluftkanäle können im Laufe der Zeit verölen und so die Brandlast erhöhen. Im Brandfall wirken die Luftkanäle dann wie eine Zündschnur.
Hohe Abscheidegrade sind also bei der zentralen Abscheidung alleine schon aus Gründen des baulichen Brandschutzes geboten. Feuerschutzklappen verringern zwar die Brandgefahr; sie schließen aber bei starken Fettablagerungen nicht hundertprozentig ab. Es gibt jedoch eine Alternative, die wirkungsvoller ist – nämlich die Vorabscheidung der Emissionen an den einzelnen Maschinen.
Die Vorabscheidung, beispielsweise mit kompakten X-Cyclone-Abscheidern, hält das Luftkanalnetz weitgehend ölfrei. Sie ist aber nur sinnvoll, wenn die Abscheider flammendurchschlagssicher sind. Diese Eigenschaft muss durch ein entsprechendes DIN-Prüfzeichen nachgewiesen werden. Es sagt aus, dass bei einem Schmierölbrand das Feuer nicht in den Luftkanal überschlägt und schwächt die Wirkung einer Verpuffung im Arbeitsraum ab. Die dezentrale Lösung hat ferner den Vorteil, dass beim Ausfall eines Absauggeräts nicht die ganze Produktion unterbrochen wird.
Was bei der Trockenzerspanung zu beachten ist
Ein Sonderfall ist die Trockenzerspanung mit hoher Zustellung, z. B. die Guss- und Graphitbearbeitung ohne KSS. Dabei entstehen mitunter Feinstaub und Rauch im Nanobereich, nicht selten auch explosionsfähige Gemische. Auch die Trockenbearbeitung von Aluminium erzeugt hohe Emissionswerte. Hier haben sich ebenfalls mehrstufige X-Cyclone-Abscheider bewährt. Ratsam ist ein ergänzendes nachgeschaltetes Spraysystem. Seine Funktion: Ein Düsenstock besprüht die Edelstahl-Abscheidelamellen mit Wasser und spült die pulverförmigen Zerspanungspartikel in einen Auffangbehälter.
Generell muss bei der Trockenbearbeitung mit höherer Absaugleistung gefahren werden als beispielsweise bei der Emulsionskühlung. Andernfalls setzen sich Feinstaubpartikel im Bearbeitungsraum, auf den Führungen und Antrieben, ab.
Allgemein gilt: Je offener die Werkzeugmaschine ist, desto größer muss die Luftleistung sein. Gekapselte Maschinen kommen mit einem kleineren Luftstrom aus. ■
Bild: Rentschler Reven
Bild: Rentschler Reven
Je kleiner, desto gefährlicher
Es gibt in Europa keine einheitlichen Grenzwerte für Öl- und Emulsionsnebel am Arbeitsplatz. Als zulässiger Grenzwert hat sich in der Automobilindustrie weltweit 1 mg pro m3 Luft durchgesetzt. Um das Gefahrenpotential einzuschätzen, sagt dieser Wert aber wenig aus. Es kommt vielmehr auf das Partikelspektrum an: Je kleiner die Partikel sind, desto größer die Gefährdung.
Eingeatmete Partikel unter 2,5 µm Größe sind lungengängig: Sie gelangen über die Luftröhre und Bronchien bis in die unteren Atemwege. Das kann Schleimhautreizungen, Atemwegsentzündungen, Herz-Lungen-Krankheiten und sogar Krebs nach sich ziehen. Ultrafeine Tröpfchen mit weniger als 0,1 µm Durchmesser sind sogar blutgängig: Sie durchdringen die Wand der Lungenbläschen, geraten dadurch in die Blutbahn und somit in jedes Organ.
Es ist daher sehr nützlich und sogar notwendig, dass Hersteller von Absaugsystemen die Abscheidegrade ihrer Produkte über dem gesamten Partikelspektrum aufschlüsseln. Beispielsweise 98 Prozent bei 0,8 µm und 93 Prozent bei 0,05 µm Größe. Die Angabe eines gravimetrischen Gesamtwirkungsgrades reicht nicht aus, weil er die am Markt miteinander konkurrierenden Absaug- und Filtersysteme nicht vergleichbar macht.
Bild: Rentschler Reven
Bild: Rentschler Reven / Göhringer
