Die Metallzerspanung setzt durch Verdampfung der Kühlschmierstoffe Öl- und Emulsionsnebel, Dämpfe und Rauch frei. Diese Emissionen gilt es, in den zulässigen Grenzen zu halten. Sonst verölt die Halle und die Gesundheit der Mitarbeiter ist gefährdet. Das Thema fordert den TGA-Planer heraus, denn es birgt aussichtsreiche Umsatzmöglichkeiten.

Bei der Zerspanung von Metallen entstehen an den Werkzeugschneiden hohe Temperaturen. Das führt zur Verdampfung von Kühlschmierstoff (KSS) und würde ohne deren Absaugung den Arbeitsplatz einnebeln und die Halle schwärzen. Wichtiger ist freilich das gesundheitliche Risiko. Der Mensch atmet im Tagesverlauf zirka 12.000 Liter oder 15 kg Luft ein und mit ihr eine große Schwebstoff-Menge. Viele KSS-Partikel haben eine Größe von weniger als 5 µm und können Krebs und Asthma verursachen, wenn sie eingeatmet werden. Je kleiner die Tröpfchen, desto gefährlicher sind sie: Ultrafeine Partikel mit weniger als 2 µm Durchmesser sind alveolengängig. Das heißt, sie dringen bis in die Lungenbläschen vor und geraten dadurch in die Blutbahn. Dagegen hat der Körper keinen natürlichen Abwehrmechanismus. Der Emissionsschutz ist also dringend geboten und ist ein aussichtsreiches Geschäftsfeld für den TGA-Planer. Welche Lösungsmöglichkeiten bietet ihm die Industrie an?

Steckerfertige Aufsatzgeräte

"Die Wahl des Abscheideverfahrens hängt hauptsächlich vom verwendeten Kühlschmierstoff und den emittierten Partikelgrößen ab", erklärt Tamás Szegfü, Produktmanager der schwäbischen Rentschler Reven GmbH, Anbieter von Luftreinigern für die verarbeitende Industrie. Für kleinere Werkzeugmaschinen mit einem Arbeitsraum bis etwa 10 m³ und geringer Dampf- und Rauchentwicklung haben sich kompakte Öl- und Emulsionsnebelabscheider bewährt, die auf der Maschine aufgesetzt werden. Ihre Luftleistung liegt zwischen 500 und 5.000 m³/h. Der Unterdruck in den gekapselten Maschinen verhindert das Austreten der KSS-Emissionen. Die gereinigte Luft strömt in die Halle zurück. Die Geräte sind nach oben aufklappbar, wodurch die Abscheideelemente leicht zugänglich sind.

Moderne Kompaktabscheider sind mit selbstreinigenden "X-Cyclone"-Abscheidelamellen bestückt. Sie arbeiten ohne Filtermatten, die sich vollsaugen und periodisch auszuwechseln sind. Es entfallen also die Entsorgungs-und Anschaffungskosten für Ersatzfilter. Vorteilhaft sind beim "X-Cyclone"-Prinzip die konstanten Abscheidegrade. Speichernde Luftfilter haben zwar am Anfang gute Abscheidegrade; mit zunehmendem Sättigungsgrad geht die Abscheideleistung aber drastisch zurück.

Die vom Abscheider abgefangenen Nebeltröpfchen fliesen zurück in den KSS-Tank der Maschine. Diese Geräteart ist oft als Rotationsabscheider (Zentrifuge) konstruiert, bei der – wie bei einem Wäschetrockner – die ganze Filtertrommel rotiert. Daraus resultieren Vibrationen, Geräusche und ein großer Energieverbrauch. Bei fortschrittlichen Konstruktionen rotiert dagegen nur der Ventilator und nicht die Abscheidetrommel. Ferner lässt sich hier die Luftmenge stufenlos den Emissionen angleichen. Die Kompaktabscheider werden mitunter als steckerfertige Aufsatzgeräte angeboten. Als Zubehör gibt es einen Elektrostaten. Tamás Szegfü: "Diese Kombination bietet sich beispielsweise für kleinere Schleifmaschinen an, die mit reinem Schleiföl schmieren und kühlen."

Anwendergerecht bestückt

Für größere Werkzeugmaschinen und hohe KSS-Drücke sind mehrstufige Abscheidesysteme geboten. Sie rotieren nicht, sondern haben mehrere hintereinander geschaltete "X-Cyclone"-Abscheider. Die Elemente sind ausziehbar; sie lassen sich zur Grundreinigung zerlegen und beliebig oft wiederverwenden. Die mehrstufige Abscheidung erlaubt kundenspezifische Lösungen: Ändert sich die Kühlschmierung, wird beispielsweise von wasserhaltiger Emulsion auf Mineralöl umgestellt oder von ölhaltigen auf esterbasierten KSS, wird die Kombination der Abscheideelemente darauf abgestimmt. Ein typisches Beispiel für ein dreistufiges System: Die erste Stufe fängt nach dem "X-Cyclone"-Prinzip Festpartikel und Öltröpfchen in der Größenordnung 1 µm und darüber ab.

Der nachgeschaltete Agglomerator erfasst die Partikel unter 1 µm, auch Nanopartikel genannt. Er besteht aus einem mehrlagigen Edelstahl-Gestrick. Die Oberflächen werden von einem Teil des zuvor abgeschiedenen Öles benetzt. Das bewirkt, dass die feinen Aerosole agglomerieren, das heißt, durch Adhäsion und Kohäsion größere Partikel bilden. Diese werden durch die dritte Stufe, wiederum einem "X-Cyclone"-Abscheider, zuverlässig entfernt. Aus dem Zubehör-Baukasten entsteht so ein maßgeschneidertes Endprodukt.

Nach den Entwurfsparametern sind bis zu 5 und mehr Abscheidestufen geboten, mithin unter Verwendung eines Schwebstofffilters als Endstufe. Fallweise – so bei hohen KSS-Drücken bis 200 bar und/oder bei Rauchentwicklung – wird ein Elektrostat nachgeschaltet. Beispielsweise beim Tieflochbohren, das mitunter KSS-Drücke bis zu 300 bar notwendig macht. Bei der Hochdruckeindüsung ist es wichtig, dass der Abscheider recht großzügig ausgelegt wird, weil sonst durch die Ritzen im Arbeitsraum unkontrolliert Aerosole entweichen.

Die hohe Abscheideleistung der mehrstufigen Systeme erlaubt in der Regel die Rückführung der gereinigten und geruchsneutralen Luft in die Werkhalle. Bei einer Partikelgröße von 1 µm beträgt der Abscheidegrad moderner Systeme oft 100 Prozent, bei 0,5 µm immer noch 95 Prozent.

Für den Kunden ist es in der Angebotsphase wichtig, die Fraktions-Abscheidegrade zu erfahren. Reven-Sprecher Tamás Szegfü: "Seriöse Anbieter schlüsseln die Abscheidegrade ihrer Produkte über dem gesamten Partikelspektrum auf. Die Angabe gravimetrischer Gesamtwirkungsgrade hingegen ist eine nutzlose Katalogweisheit, denn sie lässt keinen Vergleich mit den konkurrierenden Systemen zu."

Vorsicht ist ferner geboten, wenn bei der Absaugleistung der Hinweis "frei saugend" steht. Das ist dann nicht die wirkliche Luftleistung des Gerätes, sondern die reine Ventilatorleistung ohne Filter und eine Täuschung des Kunden.

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