Hochdruckkühlung erhöht die Aerosolbildung beim Drehen erheblich. Der unter hohem Druck zerstäubte Kühlschmierstoff erzeugt feine Öl- und Flüssigkeitspartikel, die in der Hallenluft verbleiben. Betreiber, die Hochdruckkühlung einsetzen, müssen diese Aerosole aktiv erfassen und filtrieren, um gesetzliche Grenzwerte einzuhalten und Mitarbeiter zu schützen. Dieser Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen rund um Aerosolbildung, Gesundheitsrisiken und geeignete Absaugtechnik.
Welche Aerosole entstehen beim Drehen mit Hochdruckkühlung?
Beim Drehen mit Hochdruckkühlung entstehen primär Ölnebel und Ölrauch aus dem Kühlschmierstoff. Der Hochdruckstrahl trifft auf die rotierende Werkstückoberfläche und zerstäubt den Kühlschmierstoff in feine Tröpfchen mit Partikelgrößen von 0,1 bis über 10 Mikrometer. Zusätzlich entstehen durch die hohen Schnitttemperaturen dampfförmige Anteile, sogenannter Ölrauch.
Typische Aerosolfraktionen beim Hochdruckdrehen umfassen:
- Grobaerosole (größer als 10 µm): Setzen sich schnell ab, belasten Maschinenumgebung und Boden
- Feinaerosole (1 bis 10 µm): Verbleiben länger in der Luft, werden über den Atemtrakt aufgenommen
- Ultrafeine Partikel (kleiner als 1 µm): Dringen tief in die Lunge ein, kaum durch einfache Filter abscheidbar
- Ölrauch (dampfförmig): Entsteht bei hohen Schnitttemperaturen durch Verdampfung des Kühlschmierstoffs
Die genaue Zusammensetzung hängt vom verwendeten Kühlschmierstoff (wassermischbar oder nicht wassermischbar), dem Werkstückmaterial und den Schnittparametern ab. Bei der Bearbeitung von legierten Stählen oder Sonderwerkstoffen können zusätzlich metallhaltige Partikel im Aerosol enthalten sein.
Warum erzeugt Hochdruckkühlung mehr Feinaerosole als konventionelle Kühlung?
Hochdruckkühlung erzeugt mehr Feinaerosole, weil der Zerstäubungseffekt direkt mit dem Druck des Kühlschmierstoffstrahls steigt. Während konventionelle Kühlung mit Drücken unter 10 bar arbeitet, arbeitet Hochdruckkühlung typischerweise bei 40 bis über 200 bar. Je höher der Druck, desto kleiner die entstehenden Tröpfchen und desto größer der Anteil lungengängiger Partikel.
Der physikalische Mechanismus dahinter ist die Strahlzerstäubung: Ein Flüssigkeitsstrahl unter hohem Druck zerfällt beim Auftreffen auf Werkstück und Spanfläche in immer kleinere Tröpfchen. Dieser Prozess wird durch die hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Strahl und Werkstückoberfläche verstärkt. Hinzu kommt, dass Hochdruckkühlung gezielt in die Schnittzone eingebracht wird, wo Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius herrschen. Diese thermische Energie verdampft einen Teil des Kühlschmierstoffs sofort, was die Entstehung von Ölrauch mit ultrafeinen Partikeln begünstigt.
Konventionelle Flutkühlsysteme erzeugen zwar ebenfalls Aerosole, aber der überwiegende Anteil der Partikel ist grob genug, um sich rasch abzusetzen. Bei Hochdrucksystemen verschiebt sich die Partikelgrößenverteilung deutlich in den Bereich unter 5 µm, was die Luftbelastung in der Produktionshalle spürbar erhöht.
Welche Gesundheitsrisiken gehen von Kühlschmierstoff-Aerosolen aus?
Kühlschmierstoff-Aerosole sind als Gefahrstoff eingestuft und können bei dauerhafter Exposition Atemwegserkrankungen, Hautkrankheiten und im schlimmsten Fall Krebs verursachen. Die TRGS 611 regelt den Umgang mit Kühlschmierstoffen und legt Anforderungen an deren Zusammensetzung und Verwendung fest. Der allgemeine Staubgrenzwert der TRGS 900 für einatembaren Staub beträgt 10 mg/m³, für die alveolengängige Fraktion 3 mg/m³.
Besonders problematisch sind folgende gesundheitliche Auswirkungen:
- Exogen-allergische Alveolitis: Entzündliche Lungenerkrankung durch biologisch kontaminierte Kühlschmierstoffe (Bakterien, Pilze)
- Berufsasthma: Durch Sensibilisierung gegenüber Additiven im Kühlschmierstoff
- Lipidpneumonie: Durch Einlagerung von Öltröpfchen im Lungengewebe bei langfristiger Exposition
- Hauterkrankungen: Kontaktekzeme und Follikulitis durch Hautkontakt mit Aerosolen
- Krebsrisiko: Bei nitrosaminbildenden Kühlschmierstoffen oder metallhaltigen Aerosolen besteht ein erhöhtes Krebsrisiko
Die DGUV Regel 109-003 konkretisiert die Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Kühlschmierstoffen. Betriebe, die bei einer BG-Prüfung keine ausreichende Absaugtechnik nachweisen können, riskieren Bußgelder, Auflagen und im Schadensfall die persönliche Haftung verantwortlicher Führungskräfte.
Wie lassen sich Kühlschmierstoff-Aerosole beim Drehen effektiv absaugen?
Kühlschmierstoff-Aerosole beim Drehen lassen sich am effektivsten durch eine quellennahe Erfassung direkt an der CNC-Drehmaschine absaugen. Entscheidend ist, dass die Absaugung so nah wie möglich an der Entstehungszone positioniert wird, bevor sich die Aerosole in der Hallenluft verteilen.
Für eine wirksame Erfassung gelten folgende Grundprinzipien:
- Maschinenkapselung: Vollständige oder teilweise Einhausung der Drehmaschine minimiert die Ausbreitung von Aerosolen in die Hallenluft
- Absaughaube an der Arbeitszone: Direkterfassung an Spindelstock und Schnittzone mit angepasstem Volumenstrom
- Unterdruck im Maschinenraum: Durch leichten Unterdruck innerhalb der Kapselung wird verhindert, dass Aerosole nach außen dringen
- Ausreichender Volumenstrom: Der Absaugvolumenstrom muss auf die Maschinengröße und den eingesetzten Kühlmitteldruck abgestimmt sein
Die Gefährdungsbeurteilung nach GefStoffV bildet die Grundlage für die Auswahl der geeigneten Erfassungseinrichtung und des notwendigen Volumenstroms. Ohne eine belastbare Gefährdungsbeurteilung lässt sich weder die Erfassungseffizienz noch die Filterauswahl fachgerecht festlegen. Informationen zu industriellen Absauganwendungen helfen bei der Einordnung des jeweiligen Prozesses.
Welche Filtertechnologie ist für Ölnebel aus der Hochdruckkühlung geeignet?
Für Ölnebel aus der Hochdruckkühlung sind Ölnebelabscheider auf Basis von Koaleszenzfiltration oder elektrostatischer Abscheidung geeignet. Die Wahl der Technologie hängt von der Partikelgröße, dem Volumenstrom und der Art des eingesetzten Kühlschmierstoffs ab.
Koaleszenzfilter
Koaleszenzfilter sind für grobe und mittlere Ölnebelpartikel geeignet. Die Filterfasern erzwingen eine Kollision der Öltröpfchen, die dann zu größeren Tropfen zusammenwachsen und ablaufen. Diese Technologie eignet sich besonders für wasserunmischbare Kühlschmierstoffe bei moderaten Drücken. Für Hochdruckanwendungen mit einem hohen Anteil ultrafeiner Partikel reicht ein einstufiger Koaleszenzfilter oft nicht aus.
Elektrostatische Abscheider und Kombinationssysteme
Elektrostatische Abscheider laden Partikel elektrisch auf und scheiden sie an geerdeten Platten ab. Sie sind besonders effektiv für Partikel unter 1 µm und damit gut geeignet für Ölrauch aus Hochdruckprozessen. Praxisbewährt sind mehrstufige Systeme, die einen Vorfilter (Koaleszenz) mit einer elektrostatischen Stufe kombinieren. So werden grobe Tröpfchen mechanisch abgeschieden und feine Partikel elektrostatisch erfasst. Für Betreiber, die geeignete Filtersysteme suchen, ist die Partikelgrößenverteilung des jeweiligen Prozesses der entscheidende Auswahlparameter.
Bei wassermischbaren Kühlschmierstoffen ist zusätzlich auf die Keimbelastung im Filtersystem zu achten. Biologisch kontaminierter Kühlschmierstoff kann im Filter weiterwachsen und zu einer sekundären Luftbelastung führen. Regelmäßige Wartung und geeignete Filtermedien sind hier Pflicht.
Wann ist eine Absauganlage für Hochdruckkühlprozesse gesetzlich vorgeschrieben?
Eine Absauganlage ist gesetzlich vorgeschrieben, sobald beim Drehen mit Hochdruckkühlung Kühlschmierstoff-Aerosole entstehen, die den Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) überschreiten oder eine Gefährdung der Beschäftigten nicht ausgeschlossen werden kann. Die rechtliche Grundlage bildet die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) in Verbindung mit der TRGS 611 und der DGUV Regel 109-003.
Konkret bedeutet das:
- Die Gefährdungsbeurteilung nach § 6 GefStoffV ist Pflicht und muss dokumentiert werden
- Technische Schutzmaßnahmen haben Vorrang vor persönlicher Schutzausrüstung (Rangfolge nach § 8 GefStoffV)
- Bei Überschreitung des AGW für die einatembare Fraktion (10 mg/m³) oder die alveolengängige Fraktion (3 mg/m³) ist eine technische Absaugung verpflichtend
- Hochdruckkühlung mit Drücken über 40 bar gilt in der Praxis als Prozess mit erhöhtem Aerosolaustrag, der technische Schutzmaßnahmen erfordert
- Berufsgenossenschaften (insbesondere BG Metall Nord Süd) können im Rahmen von Betriebsbegehungen die Nachrüstung von Absauganlagen anordnen
Auch ohne Grenzwertüberschreitung gilt das Minimierungsgebot: Expositionen gegenüber Gefahrstoffen sind so weit wie möglich zu reduzieren, auch wenn der AGW eingehalten wird. Hochdruckkühlprozesse fallen in der Praxis fast immer unter diese Anforderung. Betriebe sollten die Messung der Luftbelastung durch eine zugelassene Messstelle durchführen lassen und die Ergebnisse dokumentieren.
So unterstützt ULMATEC bei der Aerosolabsaugung an Hochdruckdrehmaschinen
Für Betreiber von CNC-Drehmaschinen mit Hochdruckkühlung, die Kühlschmierstoff-Aerosole sicher und normkonform erfassen müssen, analysiert ULMATEC den jeweiligen Werkstoff, Prozess und Volumenstrom und entwickelt, fertigt und montiert die passende Absauganlage dazu, hergestellt in Deutschland.
Konkret bedeutet das für Ihre Anlage:
- Auslegung des Absaugvolumenstroms auf Basis der Maschinengröße und des Kühlmitteldrucks
- Auswahl der Filtertechnologie (Koaleszenz, Elektrostatik oder Kombination) nach Partikelgrößenverteilung und Kühlschmierstofftyp
- Ölnebelabscheider für Partikel ab 0,1 µm, abgestimmt auf Volumenströme von 500 bis 100.000 m³/h
- Quellennahe Erfassungslösungen für Maschinenkapselungen und offene Bearbeitungszentren
- Vollständige technische Dokumentation für die Gefährdungsbeurteilung und BG-Prüfung
- Auslegung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme aus einer Hand
Sprechen Sie uns an und lassen Sie Ihren Hochdruckkühlprozess konkret bewerten. Einen umfassenden Überblick über das gesamte Spektrum an ULMATEC-Absauganlagen finden Sie auf unserer Website. Über unsere Kontaktseite erreichen Sie unsere Spezialisten direkt für eine technische Erstberatung.
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