Erfassung von Kühlschmierstoffemissionen

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Arten von Erfassungseinrichtungen
Bild: IFA

Lässt sich bei Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen (KSS) eine Ausbreitung von Dämpfen und Aerosolen nicht durch verfahrenstechnische und organisatorische Maßnahmen verhindern, so müssen sie an den Entstehungs- und Austrittsstellen mithilfe von Erfassungseinrichtungen wirksam abgesaugt werden.

Bei der Auswahl und Dimensionierung von Erfassungseinrichtungen sind gemäß VDI 3802 Blatt 2 die folgenden Vorgänge zu berücksichtigen:

  • Stoffausbreitung durch Dichteunterschiede (Thermik)
    An und über warmen Maschinen sowie durch exotherme (Wärme freisetzende) Prozesse wird die umgebende Luft erwärmt und steigt nach oben.
  • Stoffausbreitung durch Druckunterschiede
    Durch Maschinenöffnungen und Leckagen können Emissionen aus dem unter Überdruck stehenden Maschinensystem austreten.
  • Stoffausbreitung durch äußere Kraft
    Durch sich bewegende Maschinenteile oder äußere Strömungen (Raumströmung, Druckluft, Kühlgebläse, etc.) wird ein Bewegungsimpuls auf die umgebende Luft übertragen.
  • Stoffausbreitung durch Diffusion
    Durch die Molekularbewegung vermischen sich miteinander in Berührung stehende Stoffe verschiedener Konzentration.

Hinsichtlich des Umschließungsgrades der Emissionsquelle unterscheidet man (siehe Bild):

  • geschlossene Erfassungseinrichtungen (z. B. Kapselung, Einhausung)
  • halboffene Erfassungseinrichtungen (z. B. Absaugstand, Abzugschrank, Werkzeugeinkleidung) und
  • offene Erfassungseinrichtungen (z. B. Düsenplatte, Drallhaube).

Für den Bereich der spanenden Bearbeitung mit KSS sind geschlossene Erfassungseinrichtungen (Einhausungen) vorzusehen. Die Erfassungsluftströme sind hier am geringsten und im Wesentlichen abhängig von Undichtigkeiten der Einhausung (nach VDI 3802-2).

Muss der Verfahrensprozess leicht zugänglich sein, sind Erfassungseinrichtungen halboffener Bauart zu verwenden, z. B. wenn Beschickungs- oder Bedienungsöffnungen an der Einhausung notwendig sind. Dabei ist die Öffnungsfläche auf ein Mindestmaß zu begrenzen, um die Wirksamkeit der Erfassung zu verbessern. In den Öffnungsquerschnitten muss eine deutlich nach innen gerichtete Luftströmung vorhanden sein.

Bei Verfahrensprozessen, die von allen Seiten her offen sein müssen, werden Erfassungseinrichtungen offener Bauart verwendet. Die Erfassungstiefe hängt hier entscheidend von der Form und Anordnung der Erfassungseinrichtung ab. Empfohlen werden – nach VDI 3802-2 – Düsenplatten und Drallerfassungssyteme.

Das Erfassungskonzept sollte als integraler Bestandteil bereits bei der Maschinenplanung berücksichtigt werden. Hierzu ist eine enge Abstimmung zwischen den für die Maschinenplanung und Lufttechnik zuständigen Personen notwendig. Bei der Planung der Erfassungseinrichtung sind gemäß VDI 3802 Blatt 2 folgende Ziele zu berücksichtigen:

  • Während der Bearbeitung dürfen keine KSS-Emissionen austreten.
  • Beim Öffnen der Werkzeugmaschine müssen die Emissionen möglichst gering bleiben.
  • Es dürfen keine Konzentrationsanreicherungen im Bearbeitungsraum auftreten.
  • Das Brand- und Explosionsrisiko ist zu minimieren.
  • Es darf keine Verschleppung von Spänen und KSS in die Absaugung erfolgen.

Um eine Konzentrationsanreicherung in der Maschine zu verhindern, sind für eine zielgerichtete Luftführung Öffnungen in der Werkzeugmaschineneinhausung vorzusehen. Die Anordnung und Größe dieser Öffnungen lässt sich für Neumaschinen u. a. über eine Strömungssimulation bestimmen.

Grundsätzlich sind Öffnungen in der Werkzeugmaschineneinhausung, die nicht der Luftführung dienen, soweit wie möglich zu minimieren. Der Absaugluftstrom muss so hoch gewählt werden, dass an allen Öffnungen ein nach innen gerichteter Luftvolumenstrom besteht. Die Luftgeschwindigkeit sollte 0,2 bis 0,4 m/s betragen. Damit keine größeren Tropfen oder Späne mit angesaugt werden, ist die Luftgeschwindigkeit im Erfassungsquerschnitt (Schnittstelle zwischen Werkzeugmaschine und Absaugung) auf maximal 4 m/s zu begrenzen (nach VDI 3802-2).

Es wird empfohlen, Vorabscheidersysteme (z. B. Spänetor®, Pipeclean®) vorzusehen, um eine Überfrachtung von Rohrleitungen und Absauganlage zu vermeiden. Prallbleche bieten ebenfalls einen Schutz, sind allerdings nicht so effektiv.

Erfassungseinrichtungen und Absaugrohre sind so anzuordnen und zu gestalten, dass sich in ihnen keine flüssigen KSS ansammeln und angesammelte KSS aus den Erfassungsseinrichtungen und Rohrsystemen ablaufen können. Um eine Verschmutzung des Rohrleitungssystems zu verhindern, ist es so auszulegen, dass an jeder Stelle Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von ca. 20 m/s nicht unterschritten werden (nach VDI 3802-2). Zur Vermeidung von Totzonen sind an Rohrleitungselementen strömungsgünstige Übergänge vorzusehen. Die Rohrleitungssysteme sind mit Gefälle zur Emissionsquelle hin zu verlegen und müssen gut zu reinigen sein.

Literatur/Informationen/Links

VDI 3802 Blatt 2 "Raumlufttechnische Anlagen für Fertigungsstätten – Absaugung luftfremder Stoffe an materialabtragenden Werkzeugmaschinen"

VDI 2262 Blatt 4 "Luftbeschaffenheit am Arbeitsplatz – Minderung der Exposition durch luftfremde Stoffe – Erfassen luftfremder Stoffe"

VDI 3802 Blatt 1 "Raumlufttechnische Anlagen für Fertigungsstätten"

DGUV Regel 109-002 (bisher BGR 121) "Arbeitsplatzlüftung – Lufttechnische Maßnahmen"

DGUV Information 209-073 (bisher BGI 5121) "Arbeitsplatzlüftung – Entscheidungshilfen für die betriebliche Praxis"

DGUV-Information 209-078 (bisher BGI/GUV-I 7006-2) "Absauganlagen einkaufen – aber richtig"

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