Die Verwendung von Öl als Kühlschmierstoff

Beim Bearbeitungsprozess mit hoher Drehzahl und Öl als Kühlschmierstoff entsteht Ölnebel. Die Verwendung von innengekühlten Werkzeugen führt zu einer massiven Ölnebelbildung im Maschinenarbeitsraum. Das verwendete Öl wird mittels einer Hochdruckpumpe mit bis zu 100 bar Förderdruck durch das Werkzeug (z. B. Bohrkopf) auf das Werkstück aufgebracht und sofort vernebelt. Auch beim Schleifen mit CBN-Schleifscheiben (kubisches Bornitrid, aus dem Englischen: Cubic Boron Nitride, zweithärtestes Material nach dem Diamant) wird Öl eingesetzt, um die Schleifscheiben mit Hochdruck freispülen zu können. Auch das führt zu einer enormen Vernebelung des Kühlmediums.

Das aufgetragene Öl wird durch die schnelle Bewegung in der Maschine zurückgeschleudert und in kleinste Tröpfchen zerteilt. Gehen die Flüssigkeiten in den gasförmigen Zustand über, verlassen die Moleküle die Oberfläche der Flüssigkeit und verdampfen. Dies wird durch einen niedrigen Siedepunkt und eine erhöhte Temperatur der Flüssigkeit beschleunigt. Ölrauch hingegen entsteht, wenn sich das Öl an den heißen Flächen so weit aufheizt, dass es sich zersetzt. Dabei entstehen leicht entzündliche Gase sowie feste Teilchen. Kommt es hier zu einer Entzündung und folglich zu einem Brand verstärkt sich die Rauchentwicklung, und der sonst helle Rauch wird schwarz. Metallverarbeitende Betriebe weisen den typischen Geruch von Öl und ggf. auch Ölrauch auf. Dieser wird durch die in der Luft enthaltenen kleinsten Ölpartikel ausgelöst. Die ständige Belastung der Mitarbeiter über einen langen Zeitraum kann zu gesundheitlichen Schäden führen.
Eine weitere große Emissionsquelle sind die fertigen Werkstücke selbst, hier wurden die höchsten Belastungskonzentrationen festgestellt. Darüber hinaus entstehen beim Bearbeiten Späne, die über einen Späneförderer aus der Maschine abtransportiert werden.
Sowohl der Spändeförderer, die Späne selbst oder der Auffangbehälter sind weitere nicht zu vernachlässigende Emissionsquellen im direkten Maschinenumfeld.

Während des Bearbeitungsprozesses entsteht im Maschinenraum Ölnebel. Dieser muss durch leistungsstarke Ölnebelabscheider abgeschieden werden, damit die Luftbelastung für die Mitarbeiter minimiert wird. Nicht abgesaugter Ölnebel gelangt bei Kontakt über die Atemwege in den Körper. Kleinste Tröpfchen können sich in den Lungen absetzen. Der Ölnebel kann Augen, Nase, Hals und Rachen reizen oder allergische Hautreaktionen auslösen. Zu den bekannten Spätfolgen durch Ölnebelbelastung zählen Erkrankungen der Lungen und Bronchien wie z. B. Asthma. Je nach Bearbeitung werden kleinste Metallpartikel über den Ölnebel in den Körper transportiert. Diese können krebserregende Substanzen enthalten.

Nicht abgeschiedener Ölnebel setzt sich im Maschinenumfeld, auf Mobiliar oder den Böden ab und führt zu erhöhten Reinigungskosten im Unternehmen. Bei vernachlässigter Reinigung können Schäden durch Korrosion entstehen und im schlimmsten Fall erhöht sich die Brandgefahr am Arbeitsplatz. Beim Einsatz von Emulsionen können sich Bakterien und Schimmel bilden und ein weiteres Gesundheitsrisiko darstellen.. Auch das Unfallrisiko durch Rutschgefahr erhöht sich, wenn sich das Öl auf den Böden oder z. B. Treppen absetzt.

Neben dem direkten Ölnebel können sich weitere Emissionen aus der offenen Lagerung von Spänen, benutzten Öllappen, offenen Ölbehältern, Pfützen auf Böden und in offenen Ölwannen u. ä. entstehen. In der Gesamtbetrachtung der Luftsituation am Arbeitsplatz müssen diese Punkte mit berücksichtigt werden.

Die DGUV definiert die Arbeitsplatzgrenzwerte in ihren Praxishilfen für den Umgang mit Kühlschmierstoffen wie folgt:

„Der Arbeitsplatzgrenzwert ist nach Gefahrenstoffverordung (GefSToffV) definiert als Grenzkonzentration eines Stoffes oder Gemisches in der Luft am Arbeitsplatz, unterhalb derer keine akuten oder chronisch schädlichen Auswirkungen auf die Gesundheit von Beschäftigten zu erwarten sind.“

Der Aerosolanteil, welcher durch Werkzeugmaschinen entsteht, ist nur eine Emissionsquelle von vielen die in einem entsprechenden Luftreinhaltungskonzept aufgenommen und bewertet werden müssen. Für den Einsatz von Kühlschmierstoff wurden bis heute keine festen Arbeitsplatzgrenzwerte definiert, jedoch gibt es Arbeitsplatzgrenzwerte die zu berücksichtigen sind (DGUV Regel 109-003):

Bei Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen (KSS) sind – abhängig von der Zusammensetzung des Kühlschmierstoffs, der technischen Rahmenbedingungen und der physikalischen Eigenschaften folgende Grenzwerte definiert:

Borsäure und Natriumborate: 0,5 mg/m³
2-Aminoethanol: 5,1 mg/m³
1-Aminopropan-2-ol (MIPA): 5,8 mg/m³
2-Amino-2-methylpropanol (AMP): 4,6 mg/m³
2-Diethylaminoethanol: 24 mg/m³

Grenzwerte für die Luftbelastung in Anlehnung an TRGS 402 als Beurteilungsmaßstab für wassermischbare und nichtwassermischbare KSS:

Nichtwassermischbare Umformschmierstoffe 40mg/m³ (E-Fraktion)
Hierbei ist der Grenzwert vom Flammpunkt abhängig.

Flammpunkt größer als 100°C 10mg/m³
Flammpunkt kleiner als 100°C 100mg/m³

Für wassermischbaren Kühlschmierstoff (Emulsionen) gelten folgende Richtwerte:
Wassermischbare Kühlschmierstoffe 10mg/m³ (E-Fraktion)

Diese werden der Vollständigkeit halber mit in diesem Artikel aufgeführt.

• DGUV Information 209-051: Biostoffverordnung
• TRGS 400: Gefährdungsbeurteilung für Tätigkeiten mit Gefahrenstoffen
• TRGS 401: Gefährdung durch Hautkontakt – Ermittlung – Beurteilung – Maßnahmen
• TRGS 402: Inhalative Exposition
• TRGS 900: Arbeitsplatzgrenzwerte (für eingesetzte Metalle – Werkstück und Werkzeug)
• CLP-Verordnung | Die Verordnung (EG) Nr. 1272/2008: EU-Chemikalienverordnung vom 20.01.2009
• Gefahrenstoffverordnung (GefStoffV)
• § 5 Arbeitsschutzgesetz: (Gefährdungsermittlung am Arbeitsplatz)

Auf den Seiten der Berufsgenossenschaft für Holz und Metall sowie z.B. dem Institut für Arbeitsschutz der Gesetzlichen Unfallversicherung finden sich weitere nützliche Hinweise und Schriften die individuell geprüft werden können.

Die Konzentration der Kühlschmierstoffe wird durch die technischen Gegebenheiten der Maschine vorgegeben. Diese Werte müssen in einer Dokumentation für die Maschine festgehalten werden. Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (Öle) müssen nicht extra geprüft werden. Ein Austausch muss erst nach einer Verunreinigung mit Wasser oder anderen Ölen z.B. bei einer Leckage an der Maschine erfolgen.

Die VDI-Richtlinie 3035 „Gestaltung von Werkzeugmaschinen, Fertigungsanlagen und peripheren Einrichtungen für den Einsatz von Kühlschmierstoffen“ empfiehlt eine Richttemperatur zwischen 30 °C und 40 °C für Öle im Maschinenkreislauf. Mit dieser Temperatur wird das Öl im Bearbeitungsprozess auf das Werkstück aufgetragen und sorgt so für die Kühlung und Schmierung von Werkstück und Werkzeug. Bei der Bearbeitung können Temperaturen von mehreren 100 °C entstehen. Diese werden an das Öl abgegeben und so aus der Maschine abgeleitet. Im Anschluss muss das Öl auf seine Ausgangstemperatur runtergekühlt werden.

Rückstände vom Kühlschmierstoff am Werkstück sollten nur mit Druckluft abgeblasen werden. Hierfür müssen Schutzeinrichtungen wie z. B. eine Einhausung oder Kabine vorhanden sein. Lassen Sie Werkstücke nicht unmittelbar an Ihrem Arbeitsplatz abkühlen. Im Abkühlprozess entstehen weitere, hohe Emissionen.

Geschlossene Maschinen und Anlagen verringern die Emissionen in der Werkshalle. Darüber hinaus sollen Behälter für Kühlschmierstoffe oder benutzte Putztücher etc. verschlossen sein. Ziel sollte es sein, die Mitarbeiter im Sinne ihrer eigenen Gesundheit darauf zu sensibilisieren, ihren Arbeitsplatz sauber zu halten. Verschüttete Kühlschmierstoffe müssen aufgeputzt werden. Lecks an Behältern oder Rohrleitungen müssen abgedichtet werden.

Um die Raumluft zu verbessern und Gerüche zu minimieren, muss für einen ausreichenden Luftwechsel im Werk gesorgt werden. Die Belüftung der Halle mit frischer Luft muss gewährleistet sein. Je nach Größe des Unternehmens werden hierfür passende Lüftungsanlagen installiert. Moderne Luftfiltergeräte können im Umluftbetrieb betrieben werden. Die vom Ölnebel (oder Emulsionsnebel) gereinigte Luft wird dann wieder in die Werkshalle abgegeben werden.

Der effektivste Umgang mit Ölnebel ist die Abscheidung am Entstehungsort – also direkt an der Maschine. Hierfür stehen verschiedene mechanische oder elektrostatische Ölnebelabscheider zur Verfügung. Diese saugen den entstanden Ölnebel kontstant ab und reinigen den Bearbeitungsraum. Das abgeschiedene Öl wird dem Maschinenkreislauf wieder zugeführt. Je nach Filterauslegung können Reinluftgrade von bis zu 99,95 % erzielt werden. Unser elektrostatisches Luftfiltersystem ELBARON® ist in 18 Gerätegrößen erhältlich und zählt zu den leistungsfähigsten Luftfiltersystemen am Markt. ELBARON® kann als Simplexgerät (mit einer elektrostatischen Filterzelle oder Duplexgerät (mit zwei elektrostatischen Filterzellen) betrieben werden. Die Duplex-Ausführung empfehlen wir, wenn neben Ölnebel, durch hohe Temperaturen im Bearbeitungsprozess, auch Rauch entsteht. Rauch zählt zu den schwer abzuscheidenden Emissionen und bedarf einer besonderen Bewertung. Alle Einstellungen im Filtergerät können Sie über die digitale Filtergerätesteuerung ISI-TRONIC über einen Laptop oder die Maschinensteuerung vornehmen. Auch das datensichere Einbinden des Filtergerätes in ein Firmennetzwerk ist problemlos möglich. Als erster Hersteller von Luftfiltergeräten für die metallverarbeitende Industrie haben wir alle Filtergeräte serienmäßig digitalisiert. Mit ISI-TRONIC können Sie die die Verschmutzung der Filterzellen überwachen, die Luftleistung einstellen und u.a. Fehlermeldungen auslesen und diese direkt für weiteren Support an den Hersteller schicken. Mit ISI-TRONIC ist es erstmals möglich, den optimalen Zeitpunkt für eine anstehende Wartung abzulesen und vorrausschauend zu planen.