Kluthe Magazin
Betriebe der metallverarbeitenden Industrie und Kfz-Werkstätten haben einen charakteristischen Geruch. Es riecht nach Öl. Wenn in den Maschinen hohe Temperaturen erreicht werden, riecht es außerdem nach Rauch. Alles, was man riechen kann, ist in der Luft enthalten und gelangt folglich in die Lunge. Größere Mengen von Öldämpfen, Ölnebel und Ölrauch können dort erheblichen Schaden anrichten, wenn sie über längere Zeiträume eingeatmet werden.
Entstehung von Öldämpfen, Ölnebel und Ölrauch
Thermodynamische Nebelbildung
Flüssigkeiten entwickeln durch Verdunstung Dämpfe, die sich in der Atmosphäre verteilen. Das Maß für die Intensität dieses Vorgangs ist der Dampfdruck. Er ist temperaturabhängig und beträgt zum Beispiel bei 20 °C warmem Wasser 23,4 mbar. Steigt die Temperatur auf 60 °C, wächst der Dampfdruck im Wasser auf 199,2 mbar. Die meisten Öle in der Metallbearbeitung haben bei 20 °C nur einen Dampfdruck von weniger als 0,1 mbar. Kühlschmierstoffemulsionen verhalten sich in etwa so wie Wasser.
Der Luftdruck schwankt um 1.000 mbar. Diesen Druck teilt sich die Luft mit den Dämpfen, die von Flüssigkeiten aufsteigen. Der maximale Volumenanteil eines Dampfes in der Atmosphäre entspricht dem Dampfdruck seiner Flüssigkeit. Ist das Maximum erreicht, ist die Luft gesättigt. Sinkt dann die Temperatur, kondensiert der Dampf zu kleinen Tröpfchen.
Bei der Siedetemperatur verdampfen Flüssigkeiten. Kühlschmierstoffemulsionen sieden bei 100 °C. Diese Temperatur wird beim Drehen, beim Fräsen und vor allem beim Schleifen schnell erreicht, wenn die Kühlung unzureichend ist. Die Dämpfe kühlen sich in der Atmosphäre schnell ab. In der übersättigten Atmosphäre bildet sich daraufhin Ölnebel.
Mechanische Nebelbildung
Auf mechanischem Weg entsteht Nebel, wenn Flüssigkeiten zerstäubt und versprüht werden. Zum Beispiel können bei der Metallbearbeitung rotierende Werkzeuge oder Werkstücke Kühlschmierstoffe mitreißen und fortschleudern. Werden die Teile sofort nach der Bearbeitung mit Hilfe von Druckluftpistolen von anhaftenden Spänen und Kühlmittelresten befreit, bildet sich ebenfalls Ölnebel. Weitere Quellen für Ölnebel sind zerplatzende Schaumblasen und freigesetzte, ölhaltige Druckluft.
Bildung von Ölrauch
Ölrauch entsteht, wenn sich Mineralöle an heißen Flächen soweit aufheizen, dass sie sich zersetzen. Dieser Vorgang wird als Pyrolyse bezeichnet. Es entstehen leicht entzündliche Gase und feste Teilchen. Beginnen sie zu brennen, verstärkt sich die Rauchentwicklung. Hellgrauer Rauch wird durch den entstehenden Ruß schwarz.
Von Ölnebel und Ölrauch verursachte Risiken
Von Ölnebel und -rauch ausgehende Gesundheitsgefahren sind vor allem durch die in den Kühlschmierstoffen enthaltenen Zusätze wie Emulgatoren, Konservierungsstoffe und Entschäumer gegeben. Zusätzlich lagern sich an die Öltröpfchen Staub und Metallabrieb an. Mischungen aus festen oder flüssigen Teilchen mit Luft werden als Aerosole bezeichnet. Die Teilchen sind zum Teil nur wenige Nanometer groß und dringen bei der Atmung sehr tief in die Lunge ein.
Zur Verringerung dieser Gefahren sieht die Berufsgenossenschaft in der DGUV-Regel 109-003 (ehemals BGR/GUV-R 143) “Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen” entsprechende Schutzmaßnehmen vor. Dazu gehören Basismaßnahmen zur Emissionsverringerung, die Überwachung der Luftqualität in den betroffenen Arbeitsbereichen und die Minimierung von Kühlschmierstoff-Emissionen.
Grenzwerte für die Luftbelastung
Die DGUV-Regel 109-003 geht davon aus, dass alle technischen Möglichkeiten zur Reinhaltung der Luft zu nutzen sind. Danach lassen sich Ölnebel und -dämpfe zusammen soweit entfernen, dass die folgenden Grenzwerte erreicht werden:
- wassermischbare Kühlschmierstoffe 10 mg/m³
- nichtwassermischbare Umformschmierstoffe 40 mg/m³
Bei nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen ist der Grenzwert vom Flammpunkt abhängig:
- Flammpunkt größer als 100°C 10 mg/m³
- Flammpunkt kleiner als 100°C 100 mg/m³
Unterschreiten die am Arbeitsplatz gemessenen Werte die Grenzwerte, sind keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu erwarten.
Vermeidung und Verringerung von Emissionen
Regelmäßige Kühlschmierstoffpflege
Durch einfache grundlegende Maßnahmen lassen sich Luftverschmutzungen durch Kühlschmierstoffe vermeiden oder verringern. Dazu gehören zunächst die regelmäßige Überwachung und Pflege der Kühlmittel.
Niedrige Temperaturen einhalten
Die Temperatur muss so niedrig wie möglich gehalten werden. Die VDI Richtlinie 3035 “Gestaltung von Werkzeugmaschinen, Fertigungsanlagen und peripheren Einrichtungen für den Einsatz von Kühlschmierstoffen” empfiehlt für die meisten Zerspanungsprozesse, einen Richtwert von 40 °C nicht zu überschreiten. Dazu sind ausreichend große Sammelbehälter erforderlich, die regelmäßig gereinigt werden müssen. Nach der Reinigung ist das Spülen des Systems erforderlich. Reste von Reinigungsmitteln würden zur Schaumbildung führen, die die Wärmeabfuhr zusätzlich behindert.
Sorgsamer Umgang mit den Werkstücken
Werkstücke, deren Oberfläche von Kühlschmierstoff benetzt ist, sollten nur mit Druckluft abgeblasen werden, wenn entsprechende Schutzeinrichtungen vorhanden sind. Das kann die Einhausung der Maschine sein oder eine Kabine, die mit einer Absaugung ausgerüstet ist. Die Werkstücke sollten nicht unmittelbar im Arbeitsbereich abkühlen und trocknen. Gleiches gilt für die Späne.
Überflüssige Emissionsquellen beseitigen
Die Nutzung geschlossener Maschinen und Anlagen trägt wesentlich zur Verringerung und Vermeidung von Emissionen bei. Die Behälter für Kühlschmierstoffe, Späne und verwendete Putztücher müssen mit einer Abdeckung versehen sein. Verschüttete Kühlschmierstoffe sollten unmittelbar entfernt werden. Lecks an Rohrleitungen und Behältern sind abzudichten.
Technische Schutzmaßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität
Reichen die Basismaßnahmen für die Einhaltung der benötigten Luftqualität nicht aus, sind technische Maßnahmen erforderlich, um die Luft zu reinigen. Dazu gehören die ausreichende Belüftung der Werkhallen und die Absaugung der Maschinen.
Hallenlüftung
Um für einen ausreichenden Luftwechsel in der Arbeitsstätte zu sorgen, ist eine sorgfältig geplante und ausgeführte Lüftungsanlage erforderlich. Für die Gestaltung von Lüftungsanlagen gelten umfangreiche Regeln, die in der VDI 3802 “Lüftung in Industriehallen” beschrieben werden. Die Anlage sollte durch ein qualifiziertes Ingenieurbüro ausgelegt und regelmäßig gewartet werden, damit die Anforderungen an Volumenströme, Luftgeschwindigkeiten und Erfassungsorte korrekt umgesetzt werden.
Absaugung der Maschinen und Anlagen
Absauganlagen erfassen die Luftverunreinigungen am Entstehungsort, um sie ins Freie zu transportieren. Aus Gründen des Umweltschutzes ist es erforderlich, die Luft zu reinigen. Dazu stehen unterschiedliche Abscheidesysteme zur Verfügung, mit denen sich Partikel und Ölnebel entfernen lassen. Öldämpfe können mit dieser Technik jedoch nicht entfernt werden. Deshalb sind Umluftsysteme, in denen die gereinigte Abluft in die Werkhalle zurückgeführt wird, ungeeignet. Die Öldämpfe würden sich in der Hallenluft anreichern.
Zur Abscheidung von Ölnebeln werden Filter, Koaleszenzabscheider oder elektrostatische Abscheider eingesetzt. In Filtern halten Filtervliese oder Filtermatten die Verunreinigungen zurück. Koaleszenzabscheider sind mit einem feinen Fasergefüge ausgestattet, an dem sich mikroskopisch kleine Tröpfchen zusammenschließen, abtropfen und sich am Boden des Gerätes sammeln. In elektrostatischen Abscheidern werden die Verunreinigungen elektrisch aufgeladen. Anschließend lenkt ein elektrisches Feld die Teilchen zu Abscheideplatten, an denen sie sich sammeln und nach unten ablaufen.
