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Spanen ohne Dunst und Rauch

Luftreinhaltung in der Produktion
Spanen ohne Dunst und Rauch

Spanende Metallverarbeiter brauchen ausgeklügelte Lüftungseinrichtungen, die weit höhere Ansprüche erfüllen als eine Schweißrauchabsaugung. Der Grund: Für das Abtragen von Metall sind Kühlschmierstoffe unverzichtbar, die feinste Öl- und Emulsionsnebel freisetzen. Diese Schadstoffbelastung gilt es abzubauen. Eine Übersicht der gängigsten Lösungsmöglichkeiten. Autor: Peter Göhringer

Bei der Zerspanung von Metall spielt die Luftreinhaltung eine wichtige Rolle. Denn die Kühl- und Schmierstoffe, kurz KSS, setzen Öl- und Emulsionsnebel frei. Sie nicht herauszufiltern, würde bedeuten, dass binnen kurzer Zeit die Fertigungshalle eingenebelt ist und sich eine Fettschicht auf Maschinen und Einrichtungen niederschlägt. Wichtiger noch ist der gesundheitliche Aspekt: Feinste Öltröpfchen im Nanobereich gefährden die Gesundheit der Mitarbeiter, weil sie über die Lunge direkt ins Blut gelangen. Ölnebelabscheider sind daher ein wichtiges Zubehörteil von spanenden Werkzeugmaschinen, auch wenn diese eine dichte Schutzabdeckung oder Einhausung haben.

Moderne Öl- und Emulsionsnebelabscheider werden direkt auf den gekapselten Werkzeugmaschinen aufgesetzt. Sie haben mehrere hintereinander geschaltete Abscheidestufen und entfernen in der Regel über 98 % aller Aerosole, Dämpfe, Feinstäube und Rauch aus der Hallenluft. Die einzelnen Stufen werden auf den Bedarfsfall, das heißt auf die jeweilige Maschine, abgestimmt. Ändert sich die KSS-Strategie, wird 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.

Bewährtes Cyclone-Verfahren

Wie der Hersteller Rentschler Reven aus Sersheim/Württemberg mitteilt, werden bei dieser Technik zunehmend mechanische Abscheideelemente nach dem Cyclone-Prinzip eingesetzt. Also keine herkömmlichen Filtermedien. Der Unterschied: Abscheider speichern nicht das Öl, sondern schleudern es durch die schnelle Luftumlenkung aus. Sie reinigen sich praktisch von selbst, und der Filterwechsel entfällt. Somit fallen auch die Entsorgungs- und Anschaffungskosten für Ersatzfilter weg.

Ein Beispiel für ein dreistufiges Abscheidesystem: Die erste Stufe fängt nach dem X-Cyclone-Prinzip Festpartikel und Öltröpfchen in der Größenordnung 1 µm und darüber ab. Der nachgeschaltete Agglomerator – ein mehrlagiges Metallgestrick aus Edelstahl – 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 durch die dritte Stufe, wiederum ein X-Cyclone-Abscheider, zuverlässig entfernt.

Je nach Anforderungen des Kunden werden so 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 elektronischer Abscheider umso ineffizienter, je höher der Wasseranteil im Kühlschmierstoff ist. Weil nur die Öltröpfchen elektrostatisch aufladbar sind, nicht dagegen die Wasserbestandteile.

Brandlasten vermeiden

Alternativ zu der 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.

Laut Reven hat die Gruppenabsaugung aber 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 aus Gründen des baulichen Brandschutzes geboten. Feuerschutzklappen verringern zwar die Brandgefahr; es gibt aber 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 wird durch ein entsprechendes DIN-Prüfzeichen nachgewiesen. Es garantiert dem Betreiber, dass bei einem Schmierölbrand oder einer Verpuffung das Feuer nicht in den Luftkanal überschlägt.

Ein Sonderfall ist die Trockenzerspanung, 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 Antrieben, ab.

Rentschler Reven GmbH
www.reven.de


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 Kubikmeter Luft 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 5 µm Größe gelangen bis in die unteren Atemwege. Sie können Krebs und Asthma verursachen. Ultrafeine Tröpfchen mit weniger als 2 µm Durchmesser geraten über die Lungenbläschen in die Blutbahn und somit in andere Organe.

Seriöse Anbieter schlüsseln daher die Abscheidegrade ihrer Produkte über dem gesamten Partikelspektrum auf. Beispielsweise 98 % bei 0,8 µm und 93 % bei 0,05 µm Durchmesser. Die Angabe eines gravimetrischen Gesamtwirkungsgrades reicht nicht aus, um die am Markt konkurrierenden Systeme vergleichbar zu machen.

Abscheidegrade bei unterschiedlichen Partikelgrößen. Bild: Rentschler Reven
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