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Spanende Metallverarbeiter brauchen ausgeklügelte Lüftungseinrichtungen, die weit höhere Ansprüche erfüllen als beispielsweise eine Schweißrauchabsaugung. Der Grund: Für das Abtragen von Metall sind Kühlschmierstoffe unverzichtbar, die dabei jedoch teilweise als Öl- und Emulsionsnebel freigesetzt werden. Diese Schadstoffbelastung gilt es abzuscheiden. Sie bedrohen die Gesundheit der Werktätigen und hinterlassen Fettbeläge auf Decken, Wänden und Maschinen. Die Gegenmaßnahmen sind vielfältig und bieten TGA-Fachplanern und TGA-Anlagenbauern ein zusätzliches Geschäftsfeld.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Öl- und Emulsionsnebelabscheider sind ein wichtige Komponente für spanende Werkzeugmaschinen.
■ Sie saugen den Öl- oder Emulsionsnebel direkt an der Emissionsquelle ab und werden auf die jeweilige Anwendung abgestimmt mit unterschiedlichen Abscheide- und Filterelementen bestückt.
■ Besonders wirkungsvoll sind mechanische X-Cyclone-Abscheider, die das Aerosolat durch den Fliehkrafteffekt ausschleudern und sich praktisch von selbst reinigen.
■ Bei der dezentralen Anlagentechnik erhält jede Werkzeugmaschine ein kompaktes Abscheidemodul; das macht ein verzweigtes Luftkanalnetz überflüssig. Für TGA-Unternehmen liegt hier noch reichlich Potenzial.
Für die Zerspanung von Metall sind Kühl- und Schmierstoffe (KSS) unverzichtbar. Sie verdampfen teilweise beim Spanen und bilden so Öl- und Emulsionsnebel, die nicht in Fertigungshalle gelangen dürfen. Sie nicht herauszufiltern würde bedeuten, dass binnen kurzer Zeit die Fertigungshalle eingenebelt ist und sich eine Fettschicht auf Maschinen und Einrichtungen niederschlägt, die Decke schwärzt und die Fenster blind macht. Und die empfindliche Elektronik gefährdet.
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. Ölnebelabscheider sind deshalb ein wichtiges Zubehör spanender Werkzeugmaschinen, auch wenn sich diese in einer dichten Schutzkabine befinden. Eine gewöhnliche Hallenabsaugung löst das Problem nicht. Allein die Punktabsaugung an der Emissionsquelle bietet hinreichend Schutz.
Punktabsaugung
Rentschler Reven
Zur Punktabsaugung werden hocheffiziente Öl- und Emulsionsnebelabscheider direkt auf den gekapselten Werkzeugmaschinen aufgesetzt (Bild 2). Sie haben mehrere hintereinander geschaltete Abscheidestufen und entfernen in der Regel über 98 % aller Aerosole, Dämpfe, Feinstäube und Rauch.
Die einzelnen Stufen werden auf den Bedarfsfall, das heißt auf die jeweilige Maschine und das Partikelspektrum abgestimmt. Ändert sich die KSS-Strategie, wird beispielsweise die Schmierung von Öl auf Emulsion umgestellt, wird der Luftreiniger einfach mit anderen Abscheideelementen bestückt (Bild 3). Bewährt haben sich diese Kombi-Lösungen bei Dreh-, Fräs- und Schleifmaschinen, Bearbeitungszentren, Erodierwerkzeugen sowie Maschinen zum Polieren und Bürsten.
Bewährtes X-Cyclone-Verfahren
Bei der Punktabsaugung werden nach Angaben des Herstellers Rentschler Reven statt herkömmlicher Filtermedien zunehmend mechanische Abscheideelemente nach dem Cyclone-Prinzip eingesetzt. Der Unterschied: Mechanische Abscheider speichern nicht das Öl in einem Filtermedium, sondern schleudern es durch die schnelle Luftumlenkung aus. Sie reinigen sich durch die Schwerkraft praktisch von selbst und es ist kein regelmäßiger Filterwechsel erforderlich. Somit entfallen auch die Entsorgungs- und Anschaffungskosten für Ersatzfilter.
Rentschler Reven
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 Öls benetzt. Das bewirkt, dass die feinen KSS-Aerosole agglomerieren, das heißt, durch Adhäsion und Kohäsion größere Partikel bilden. Diese werden dann durch die dritte Stufe, wiederum ein X-Cyclone-Abscheider, zuverlässig entfernt.
Je kleiner die Partikel, desto schwieriger ist die Abscheidung. Gemäß den Anforderungen des Kunden werden bis zu fünf Abscheidestufen hintereinandergeschaltet, mithin unter Verwendung eines Schwebstofffilters als Endstufe. Fallweise – bei hohen Schmieröldrücken und bei Rauchentwicklung – wird ein Elektrostat nachgeschaltet. Diese Kombination bietet sich beispielsweise für kleinere Schleifmaschinen an, die mit reinem Öl schmieren und kühlen.
Bei einem wässrigen KSS rät Reven indes von der Verwendung eines Elektrostaten ab, weil dann die Gefahr eines Kurzschlusses besteht. Ohnehin arbeitet ein elektrostatischer Abscheider umso ineffizienter, je höher der Wasseranteil im Kühlschmierstoff ist. Weil nur die Öltröpfchen aber nicht die Wasserbestandteile elektrostatisch aufladbar sind.
Brandlasten vermeiden
Alternativ zur dezentralen Absaugung an den einzelnen Maschinen kommt die Gruppenabsaugung mit einem leistungsstarken Luftreiniger im Abluft-Sammelkanal infrage. Der zentrale Luftreiniger ist also über ein Kanalsystem mit mehreren Maschinen verbunden. Die gefilterte Luft strömt normalerweise ins Freie. Die Gruppenabsaugung hat aber einen gravierenden Nachteil: Die langen waagrechten Abluftkanäle können im Laufe der Zeit verölen / verharzen 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 bei starken Fettablagerungen jedoch nicht hundertprozentig ab. Entsprechend hoch ist der vorbeugende Wartungsaufwand. Es gibt aber eine Alternative, die wirkungsvoller ist – nämlich die Vorabscheidung der Emissionen an den einzelnen Maschinen (Bild 4).
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 wird durch ein entsprechendes DIN-Prüfzeichen nachgewiesen. Es garantiert dem Betreiber, dass bei einem Schmierölbrand das Feuer nicht in den Luftkanal überschlägt. Zudem wird die Wirkung einer Verpuffung im Arbeitsraum abgeschwächt. Die dezentrale Lösung hat ferner den Vorteil, dass beim Ausfall eines Geräts nicht die ganze Produktion unterbrochen wird.
Rentschler Reven
Sonderfall Trockenzerspanung
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 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 auf den Antrieben ab.
Generell gilt: Je offener eine Werkzeugmaschine ist, desto größer muss die Luftleistung sein. Gekapselte Maschinen kommen mit einem kleineren Luftstrom aus. peg Peter Göhringer, pg relations, Wissembourg (Elsass)
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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/m3 Raumluft durchgesetzt. Um das Gefahrenpotenzial einzuschätzen, sagt dieser Wert aber wenig aus. Es kommt vielmehr auf das Partikelspektrum an: Je kleiner die Partikel, 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 Krebs nach sich ziehen. Ultrafeine Tröpfchen mit weniger als 0,1 µm Durchmesser sind blutgängig: Sie durchdringen die Wand der Lungenbläschen, geraten dadurch in die Blutbahn und somit in jedes Organ.
Seriöse Anbieter schlüsseln deshalb die Abscheidegrade ihrer Produkte über dem gesamten Partikelspektrum auf (Bild 5). Beispielsweise 98 % bei 0,8 µm und 93 % bei 0,05 µm Durchmesser. Die Angabe eines gravimetrischen Gesamtwirkungsgrades reicht nicht aus, weil er die am Markt konkurrierenden Systeme nicht vergleichbar macht.
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