Gesundheitsrisiken durch eingeatmete Partikel und erhöhte Brand- gefahr: In der zerspanenden Fertigung entsteht durch den Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) großes Gefährdungspotenzial für Mensch und Maschine. Die Büchel GmbH aus Niederstotzingen senkt mit angepassten Absauglösungen die Risiken – und bietet Brandschutz inklusive.
Beim Fräsen, Drehen oder Schleifen bilden sich aufgrund der Verwendung von Kühlschmiermitteln zwischen Werkzeug und Werkstück oder an rotierenden Teilen Aerosolnebel. Durch hohe Bearbeitungstemperaturen kommen Dämpfe und Rauch hinzu. Besonders die eingeatmeten Feinaerosole und Partikel sind ein erhebliches Gesundheitsrisiko, da sie sich in der Lunge ablagern. Sind sie kleiner als 5 µm, gelangen sie in die unteren Atemwege. Bei einer Größe kleiner als 2,5 µm dringen sie sogar bis in die Lungenbläschen vor.
Um schweren Atemwegserkrankungen vorzubeugen, müssen folglich geeignete Absauganlagen installiert werden. Im Idealfall wird dabei die schadstoffhaltige Luft direkt aus gekapselten Bearbeitungsräumen innerhalb der Maschinen abgesaugt. Der im Maschinenraum entstehende Unterdruck verhindert ein Austreten von Aerosolen und Rauch aus der Maschine.
„Bei einer geeigneten Absauganlage ist der Abscheidegrad von Feinaerosolen ein entscheidender Faktor“, erläutert Klaus Schmidt, Geschäftsführer der Büchel GmbH. „Häufig wird angegeben, dass eine Anlage 99 Prozent und mehr bei Partikeln größer 3 Mikrometer abscheidet. Bei bestimmten Drehbearbeitungen können zum Beispiel jedoch 95 Prozent der KSS-Partikel kleiner als 1 Mikrometer sein. Deswegen stimmen wir die Anlage in enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden genau auf die Anforderungen ab – vom Filtersystem über das Anlagenkonzept bis zum Brandschutz.“
Elektrostatische Filter bieten Vorteile
Grundsätzlich wird zwischen drei Filtersystemen unterschieden: Massenkraftabscheider, wie Zentrifugalabscheider, sind beim Filtern von Feinaerosolen nur ungenügend wirksam. Mechanische Abscheider, die in der Regel über Gewebematten filtern, haben hingegen zwar bei kleinsten Partikeln einen hohen Abscheidegrad, benötigen aber durch den filterbedingten Druckverlust eine hohe Antriebsleistung. Zudem müssen die Einwegfilter immer wieder neu angeschafft und entsorgt werden.
Büchel setzt deswegen auf elektrostatische Filter: Sie laden Partikel elektrisch auf, um sie dann über ein elektrostatisches Feld aus dem Luftstrom abzulenken und abzuscheiden. Vorteilhaft ist dabei neben dem hohen Abscheidegrad von Feinaerosolen der geringe Luftwiderstand und somit der niedrige Energiebedarf – ohne den Einsatz von Einwegfiltern.
Abgestimmte Anlagenkonzepte
Da alle genannten Filter jedoch keine Gase abscheiden können, müssen bei Anlagen, die gefilterte Luft in die Halle zurückführen, zusätzliche lufttechnische Maßnahmen getroffen werden, um die Grenzwerte sicher einzuhalten. Vor allem Einzelabsaugungen, die direkt einer Maschine zugeordnet sind, geben die gefilterte Luft inklusive der gasförmigen Stoffe und Abwärme einfach in die Produktionshalle ab. Bei Gruppenanlagen für mehrere Maschinen hingegen ist leicht eine Abgabe der Abluft wahlweise nach außen oder innen möglich, da die gefilterte Abluft von mehreren Maschinen an einem Punkt anfällt, was zumindest in den wärmeren Monaten Abhilfe schafft. Zudem lässt sich der Luftmengenbedarf im Vergleich zu Einzelanlagen besser an die tatsächliche Situation anpassen
„Zentrale Absauganlagen kombiniert mit Be- und Entlüftungen sind die Ideallösung für ein gutes Hallenklima“, so Schmidt. „Sie erfassen die Schadstoffe direkt an den Entstehungsstellen und führen sie über Rohrleitungen einer Lüftungsanlage zu. Dort wird die Luft zunächst gereinigt und dann nach außen abgeführt. Gleichzeitig gelangt über eine Zuluftrohrleitung die gleiche Menge Frischluft in die Halle zurück. Der Luftaustausch stellt die Einhaltung der Grenzwerte sicher. Auch die Wärmelast wird nach außen abgegeben oder kann im Winter über einen Wärmetauscher die Zuluft heizen. Eine Montage im Nachhinein ist jedoch sehr aufwendig und oft mit einem hohen Investitionsaufwand verbunden.“
Brandschutz inklusive
Insbesondere beim Einsatz von Ölen als Kühlschmierstoff ist der Brandschutz ein zentraler Faktor, denn die Bildung eines brennbaren Luft-Öl-Gemischs lässt sich auch mit guten Absauganlagen nicht vollständig verhindern. Läuft zum Beispiel ein Bohrer heiß, kann es leicht einen Brand oder eine Verpuffung geben. Bei Gruppen- und zentralen Absauganlagen besteht die Gefahr, dass durch Brände und Explosionen Flammen in die Rohrleitungen oder sogar zu den Lüftungsanlagen gelangen und somit Menschenleben und Gebäude gefährden. Deswegen sind Löschanlagen ein absolutes Muss.
Schnell schließende Klappen sollen dabei verhindern, dass Flammen und Löschmittel aus dem Arbeitsraum abgesaugt werden. Jedoch kann auch eine automatische Löschanlage mit Brandschutzklappe nicht immer das Durchzünden von der Werkzeugmaschine in die Absauganlage verhindern. Ein Beispiel: Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/s in der Rohrleitung – häufig wird die Luft sogar schneller transportiert – wäre eine Flamme bei drei Sekunden Auslösezeit der Klappe und Löschanlage bereits 30 m weit transportiert worden. So kann der Brand in der Maschine zwar gelöscht sein, aber an anderer Stelle unbemerkt ein neuer entstehen. „Deswegen haben wir in Zusammenarbeit mit dem Werkzeugmaschinenhersteller Index ein Bauteil entwickelt, das zwischen Werkzeugmaschine und Absaug- leitung geschaltet wird“, erläutert Schmidt. „Die sogenannte Flammensperre lässt zwar die abgesaugte Luft ungehindert hindurch, eine Flamme oder Verpuffung wird dagegen, wie zahlreiche Versuche zeigen, effektiv und sehr zuverlässig zurückgehalten.“
Die Installation von abgestimmten Absauglösungen ist dabei nicht nur zum Schutz von Mensch und Maschine und zur Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte sinnvoll, sondern dient auch wirtschaftlichen Interessen. Krankheitsbedingte Ausfälle wegen schlechter Atemluft sowie Wartungs- und Reinigungsarbeiten können die Kosten in die Höhe treiben. Wenn sich ein Brand auf den gesamten Maschinenpark ausweitet, drohen Schäden, die schnell in die Millionen gehen.
„Ein weiterer finanzieller Gesichtspunkt bei der Entscheidung für eine Absauglösung ist die Abwägung von Investitions- gegen die Betriebskosten“, ergänzt Schmidt. „Denn die Betriebskosten unterscheiden sich bei den Systemen zum Teil erheblich, so dass eine billige Anlage durchaus im Nachhinein schnell zu teuer werden kann.“
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