Für Betreiber in der Metallbearbeitung, die Fräsprozesse ohne Kühlschmierstoff durchführen, stellt sich eine dringende Frage: Welche Schadstoffe entstehen dabei, und wie gefährlich sind sie wirklich? Die Trockenbearbeitung ist in vielen Betrieben Standard, weil sie Kosten spart und den Aufwand für die Kühlschmierstoffentsorgung reduziert. Doch ohne Kühlschmierstoff entstehen beim Fräsen Emissionen, die ohne wirksame Absaugtechnik direkt in die Atemluft der Beschäftigten gelangen.
Dieser Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen zu Emissionen beim Fräsen ohne Kühlschmierstoff – von den entstehenden Schadstoffen über geltende Grenzwerte bis hin zu konkreten Absauglösungen für Fräsbetriebe.
Welche Schadstoffe entstehen beim Fräsen ohne Kühlschmierstoff?
Beim Fräsen ohne Kühlschmierstoff entstehen vor allem Metallstäube, Feinstäube und thermisch erzeugte Partikel. Je nach Werkstoff kommen Metalloxide, Schwermetallverbindungen und ultrafeine Partikel hinzu. Die genaue Zusammensetzung hängt vom Grundmaterial, der Schnittgeschwindigkeit und der Werkzeuggeometrie ab.
Typische Schadstoffe bei der Trockenbearbeitung von Metall umfassen:
- Metallstaub und Metallspäne in verschiedenen Korngrößen, darunter auch Feinstäube unter 10 Mikrometern
- Metalloxide, die durch die hohe Prozesstemperatur an der Schneidkante entstehen
- Ultrafeine Partikel unter 1 Mikrometer, die tief in die Lunge eindringen können
- Schwermetallverbindungen bei legierten Stählen, Aluminium, Titan oder Sonderwerkstoffen
- Thermisch erzeugte Aerosole, wenn Restöle auf Werkstück oder Werkzeug vorhanden sind
Besonders kritisch ist die Partikelgröße. Partikel unter 4 Mikrometern, die sogenannte alveolengängige Fraktion, gelangen bis in die Lungenbläschen und werden vom Körper nicht mehr vollständig abtransportiert. Bei der Bearbeitung von Aluminium oder Edelstahl entstehen zusätzlich Partikel, die als krebserzeugend oder als vermutlich krebserzeugend eingestuft sind.
Warum ist Trockenbearbeitung besonders emissionsintensiv?
Trockenbearbeitung ist emissionsintensiver als Nassbearbeitung, weil der Kühlschmierstoff fehlt, der Partikel bindet, abführt und die Prozesstemperatur senkt. Ohne diesen Effekt entstehen mehr feine und ultrafeine Partikel, die frei in die Raumluft gelangen.
Bei der Nassbearbeitung übernimmt der Kühlschmierstoff drei Funktionen gleichzeitig: Er kühlt die Schneidzone, schmiert den Kontaktbereich und transportiert Späne und Partikel aktiv ab. Fällt dieser Mechanismus weg, steigt die Temperatur an der Schneide deutlich an. Hohe Temperaturen fördern die Oxidation des Werkstoffs und begünstigen die Entstehung ultrafeiner Partikel.
Zusätzlich verteilen sich Trockenspäne und Stäube unkontrolliert im Arbeitsraum. Ohne Flüssigkeit, die Partikel bindet und nach unten zieht, bleiben feine Stäube länger in der Schwebe und verteilen sich über größere Flächen. Typische Herausforderung: In Hallen mit mehreren Fräsmaschinen akkumulieren sich diese Partikel in der Raumluft, wenn keine gezielte Absaugtechnik für die jeweilige Anwendung vorhanden ist.
Welche gesundheitlichen Risiken birgt Frässtaub für Beschäftigte?
Frässtaub bei der Trockenbearbeitung birgt erhebliche Gesundheitsrisiken. Feinste Metallpartikel können Atemwegserkrankungen, Lungenfibrosen und bei bestimmten Werkstoffen auch Krebs verursachen. Die Risiken steigen mit der Expositionsdauer und der Partikelkonzentration in der Atemluft.
Kurzfristige Auswirkungen
Schon bei kurzzeitiger Exposition gegenüber hohen Staubkonzentrationen können Reizungen der Atemwege, Husten und Augenreizungen auftreten. Bei der Bearbeitung von Aluminium kann Metallrauch zu Metallfieber führen, einem grippeähnlichen Krankheitsbild, das einige Stunden nach der Exposition einsetzt.
Langfristige Gesundheitsschäden
Langfristig sind die Risiken gravierender. Chronische Exposition gegenüber Metallstäuben kann zu folgenden Erkrankungen führen:
- Silikose bei der Bearbeitung siliziumhaltiger Werkstoffe
- Lungenfibrose durch Ablagerung nicht abbaubarer Partikel
- Lungenkrebs bei Exposition gegenüber Chrom(VI)-Verbindungen, Nickel oder Beryllium
- COPD (chronisch obstruktive Lungenerkrankung) durch dauerhafte Reizung der Atemwege
- Berufsasthma als allergische Reaktion auf bestimmte Metallstäube
Besonders gefährdet sind Beschäftigte, die täglich an Fräsmaschinen ohne Absaugung arbeiten. Die Berufsgenossenschaft (BG) prüft bei Betriebsbegehungen gezielt, ob Schutzmaßnahmen nach dem STOP-Prinzip umgesetzt sind, also Substitution, technische Maßnahmen, organisatorische Maßnahmen und persönliche Schutzausrüstung – in dieser Reihenfolge.
Welche Normen und Grenzwerte gelten für Fräsemissionen am Arbeitsplatz?
Für Fräsemissionen am Arbeitsplatz gelten in Deutschland die Technischen Regeln für Gefahrstoffe, insbesondere TRGS 900 (Arbeitsplatzgrenzwerte) und TRGS 559 (Mineralischer Staub). Ergänzend regelt die DGUV Vorschrift 1 die allgemeinen Schutzpflichten des Arbeitgebers.
Nach TRGS 900 gilt für einatembaren Staub ein allgemeiner Staubgrenzwert von 10 mg/m³, für alveolengängigen Feinstaub ein Grenzwert von 3 mg/m³. Für spezifische Metallverbindungen gelten deutlich niedrigere Grenzwerte:
- Chrom(VI)-Verbindungen: 0,01 mg/m³ (krebserzeugend, Kategorie 1)
- Nickel und Nickelverbindungen: 0,006 mg/m³ (alveolengängig)
- Kobalt: 0,02 mg/m³
- Aluminium und Aluminiumoxide: 1,5 mg/m³ (alveolengängig)
Wichtig: Nach DGUV Grundsatz 209-044 sind Arbeitgeber verpflichtet, eine Gefährdungsbeurteilung für alle Bearbeitungsprozesse durchzuführen, bei denen Stäube oder Rauche entstehen. Liegt keine wirksame Absaugung vor und werden Grenzwerte überschritten, drohen empfindliche Bußgelder und im Schadensfall eine persönliche Haftung der verantwortlichen Führungskräfte.
Bei ATEX-relevanten Stäuben, etwa bei Aluminium oder Magnesium, kommen zusätzlich die Anforderungen der ATEX-Richtlinie 2014/34/EU zum Tragen. Explosionsfähige Staubgemische erfordern zertifizierte Absaugsysteme mit entsprechender ATEX-Einstufung.
Wie lassen sich Emissionen beim Fräsen wirksam absaugen?
Emissionen beim Fräsen lassen sich durch eine Kombination aus quellennaher Erfassung, geeignetem Filtermedium und ausreichendem Luftvolumenstrom wirksam absaugen. Entscheidend ist, dass die Absaugung direkt an der Entstehungsquelle ansetzt, also an der Schneidzone der Fräsmaschine.
Erfassung: Quellennahe Absaugung ist Pflicht
Je weiter der Erfassungspunkt von der Emissionsquelle entfernt ist, desto mehr Luftvolumen ist erforderlich, um dieselbe Wirkung zu erzielen. Für Fräsmaschinen kommen folgende Erfassungssysteme infrage:
- Maschineneinhausungen mit integrierter Absaugung
- Absaughauben direkt über dem Bearbeitungsraum
- Schlitzdüsen seitlich der Fräszone
- OEM-integrierte Absaugstutzen bei neuen Maschinen
Filtration: Partikelgröße bestimmt das Filtermedium
Für Metallstäube aus der Trockenbearbeitung sind in der Regel Trockenfilter mit Filterklasse M (nach DIN EN 60335-2-69) oder höher erforderlich. Bei krebserzeugenden Stäuben wie Chrom(VI) ist Filterklasse H vorgeschrieben. Das Filtermedium muss für Partikel unter 1 Mikrometer ausgelegt sein, um die alveolengängige Fraktion zuverlässig zurückzuhalten. Weitere Informationen zu geeigneten Filtersystemen und Absaugprodukten helfen bei der konkreten Auswahl.
Luftvolumenstrom: Ausreichende Strömungsgeschwindigkeit sicherstellen
An der Erfassungsöffnung ist eine Mindestströmungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 m/s erforderlich, um Partikel zuverlässig zu erfassen. Der genaue Volumenstrom hängt von der Maschinengeometrie, der Bearbeitungsgeschwindigkeit und der Anzahl gleichzeitig betriebener Maschinen ab.
Wann lohnt sich eine zentrale Absauganlage für Fräsbetriebe?
Eine zentrale Absauganlage lohnt sich für Fräsbetriebe ab etwa drei bis vier gleichzeitig betriebenen Maschinen. Sie ist wirtschaftlicher als mehrere Einzelgeräte, wenn der Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt wird und die Maschinen räumlich konzentriert sind.
Der Gleichzeitigkeitsfaktor ist dabei der entscheidende Planungsparameter. Nicht alle Absaugstellen sind gleichzeitig aktiv. Wenn in einem Betrieb zehn Fräsmaschinen stehen, aber erfahrungsgemäß nie mehr als sechs gleichzeitig laufen, kann die zentrale Anlage auf diesen Wert ausgelegt werden. Das kann die Anlagengröße und damit die Investitionskosten um bis zu 80 Prozent reduzieren.
Zentrale Absauganlagen bieten gegenüber dezentralen Einzelgeräten folgende Vorteile:
- Geringerer Wartungsaufwand durch eine zentrale Filtereinheit
- Niedrigere Energiekosten durch bedarfsgeregelte Ventilatoren
- Möglichkeit zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft
- Einfachere Dokumentation für Behörden und Berufsgenossenschaft
- Skalierbarkeit bei Erweiterung des Maschinenparks
Dezentrale Lösungen sind sinnvoll, wenn Maschinen räumlich weit verteilt sind, nur eine oder zwei Maschinen betrieben werden oder die Emissionsarten stark voneinander abweichen. In solchen Fällen können separate Absauglösungen je nach Anwendungsfall die bessere Wahl sein.
Für die Entscheidung zwischen einer zentralen und einer dezentralen Anlage sind fünf Informationen entscheidend: der benötigte Luftvolumenstrom, eine genaue Prozessbeschreibung, der Gleichzeitigkeitsfaktor, das verfügbare Budget und der geplante Projektstart. Ohne diese Angaben lässt sich keine belastbare Auslegung erstellen.
Wie ULMATEC bei der Absaugung von Fräsemissionen unterstützt
Für Betreiber in der Metallbearbeitung, die Emissionen beim Fräsen ohne Kühlschmierstoff sicher und normkonform erfassen müssen, bieten wir konkrete technische Lösungen, die auf den jeweiligen Prozess ausgelegt sind.
Unser Leistungsangebot umfasst:
- Quellennahe Erfassungssysteme für Fräsmaschinen, ausgelegt für Partikel unter 1 Mikrometer
- Trockenfilter und Entstauber mit den Filterklassen M und H, je nach Werkstoff und Gefährdungsklasse
- Zentrale Absauganlagen für Luftvolumenströme von 3.000 bis 250.000 m³/h in den Größen S bis XXL
- ATEX-zertifizierte Systeme für explosionsgefährdete Stäube wie Aluminium oder Magnesium
- Modulare Konfiguration aus über 100 Filterkombinationen für die passende Lösung je Anwendung
- Vollständige technische Dokumentation für BG-Prüfungen und Behördenbesuche
- Förderfähige Anlagen nach BAFA und KfW
Wir entwickeln, fertigen und montieren Absauganlagen aus einer Hand – vom Engineering bis zur Inbetriebnahme. Auf Basis einer strukturierten Prozessbeschreibung erstellen wir ein Angebot innerhalb von 24 Stunden. Nehmen Sie jetzt Kontakt auf und schildern Sie uns Ihren Fräsprozess; gemeinsam klären wir, welche Absauglösung für Ihre Anlage geeignet ist.