Bei der heute geforderten hohen Produktivität in der Fertigung von Metallteilen müssen Werkzeugmaschinen mit hohen Vorschüben und Schnittgeschwindigkeiten arbeiten. Dies bedingt hohe Drehzahlen und damit starke Wärmeentwicklung an den Werkzeugen. Die erforderliche Kühlung wird in der Regel erreicht, indem man bei der Bearbeitung große Mengen Kühlschmiermittel zuführt.
Kühlen und Schmieren
Neben den Kühlschmiermitteln gibt es reine Schmiermittel, die bei geringen Schnittgeschwindigkeiten, wie etwa beim Gewindeschneiden von Hand im Schraubstock, beim Reiben oder beim Räumen eingesetzt werden. Sie üben eine reine Schmierfunktion aus, wobei hier eine hohe Druckfestigkeit das Hauptmerkmal ist. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten, wie sie bei der maschinellen Bearbeitung auftreten, wird zusätzlich eine Kühlung erforderlich. Die Kühlwirkung kann, vor allem beim Zerspanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, sogar in den Vordergrund treten.
Das Spanen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten ist die Domäne der wassermischbaren Kühlschmierstoffe (KSS). Hier unterscheidet man Lösung und Emulsionen. Lösungen, die vor allem kühlen, werden vornehmlich beim Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide eingesetzt. Emulsionen werden beim Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide, speziell also beim Bohren, Drehen und Fräsen eingesetzt. Das Wasser der Emulsion kühlt und schwemmt Späne fort, das Öl sorgt für die Schmierung.
An KSS-Öle werden ähnliche Anforderungen gestellt, wie an Schneidöle: Sie müssen gut schmieren und dabei druckfest sein, damit die Moleküle nicht von den hohen Drücken zerstört werden, die an den Schneiden entstehen. Dies wird durch chemische Zusätze erreicht. Weitere Chemie schützt die bearbeiteten Werkstoffe vor Korrosion und macht das Öl emulgierbar.
Risiken beim Einsatz von Kühlschmierstoffen
Einige in KSS enthaltene Stoffe, sind gesundheitlich nicht unbedenklich; jedoch können die Risiken minimiert werden, wenn die Richtlinien, Sicherheits- und Herstellungsvorschriften für den Umgang mit und den Einsatz von wassermischbaren Kühlschmierstoffen, vor allem die TRGS (Technische Richtlinie Gefahrstoffe) 611, eingehalten werden. Dafür zu sorgen ist Sache des Arbeitsgebers, der dabei von der beauftragten Sicherheitsfachkraft (Sifa) unterstützt wird. .
Ein großes Problem ist, dass die KSS durch schnelllaufende Werkzeuge vernebelt werden und Aerosole bilden. Diese gelangen beim Einatmen in den Körper. Aber auch durch Hautkontakt können Gesundheitsschäden entstehen, vor allem allergische Reaktionen.
Bis vor ca. 15 Jahren entstanden beim Einsatz von KSS Nitrosamine in großen Mengen. Sie bildeten sich während durch Reaktion mit anderen Stoffen aus sekundären Aminen, die früher in größeren Mengen in Kühlschmierstoffen erhalten waren. Immer noch enthalten sind verschiedene giftige und mindergiftige, also gesundheitsschädliche Stoffe, vor allem aber auch Allergene.
Gesundheitsschäden durch Allergene und andere Gifte können typischerweise durch den Hautkontakt mit dem flüssigen Kühlschmierstoff entstehen, aber auch das Einatmen der Aerosole birgt große Gefahren: Kühlschmierstoffe, die nicht der TRGS 611 entsprechen, können krebserregend sein und über das Einatmen der Aerosole Lungenkrebs verursachen. Schuld sind hier die bereits erwähnten Nitrosamine, die entstehen können, wenn das Mittel nicht der TRGS 611 entspricht und daher sekundäre Amine enthalten kann.
Der sichere Umgang mit Kühlschmierstoffen
Die gefährlichen Nitrosamine entstehen, wenn sekundäre Amine im Kühlschmierstoff-Konzentrat enthalten sind und mit Nitrit reagieren. Nitrit kann zum Beispiel im Wasser enthalten sein, welches man zum Anmischen der Emulsion verwendet.
Da die sekundären Amine keine Funktion ausüben, sondern lediglich prozessbedingt und unbeabsichtigt in die Kühlschmierstoffe gelangen, sind sie relativ leicht zu vermeiden und werden auch heute vermieden. Michael Rocker, Diplomchemiker bei der Berufsgenossenschaft Metall Nord-Süd, kann daher beruhigen: »Durch Beachtung der TRGS 611 und der Einhaltung der sonstigen Sicherheitsvorschriften lässt sich die Gefahr minimieren.«
Wichtig ist also, das man nur KSS-Öle verwendet, die der TRGS 611 entsprechen und durch Messung sicherstellt, dass der Nitritgehalt der Emulsion 20 mg/l nicht überschreitet. Ferner sind schnelllaufende Werkzeugmaschinen, wie etwa CNC-Bearbeitungszentren, zu kapseln und mit Absaugeinrichtungen zu versehen, was ja bei Neuanlagen mittlerweile auch Vorschrift ist. Schutzvorrichtungen wie Türverriegelungen dürfen nicht umgangen werden. Allgemein darf der MAK-Wert für KSS in der Atemluft nicht mehr als 10 mg/m³ betragen und man sollte nach Möglichkeit nebelarme KSS-Öle mit hohem Flammpunkt verwenden.
Gegen die immer noch vorhandene allergene Wirkung schützt man sich, indem man den Hautkontakt mit Kühlschmierstoffen möglichst vermeidet und geeignete Hautschutzmittel verwendet. Außerdem sind Verschmutzungen zu vermeiden und die Kühlschmierstoffe rechtzeitig austauschen. Durch überalterte und/oder verschmutzte Kühlschmierstoffe können zwar Gesundheitsgefahren eher weniger verursacht, jedoch die Arbeitsergebnisse beeinträchtigt und die Maschinen beschädigt werden. Da KSS-Öle eben Öle und damit brennbar sind, sind überdies bei der Lagerung die Technischen Regeln für brennbare Flüssigkeiten (TrbF) zu beachten.
Wichtig ist, dass alle Mitarbeiter mit dem sicheren Umgang mit Kühlschmierstoffen vertraut sind. Das erreicht man durch Instruktion, vor allem der Führungskräfte und durch Betriebsanweisungen,
Eine Alternative: Die trockene Bearbeitung
In vielen Fällen kann man übrigens auf Kühlschmiermittel auch vollständig verzichten. Moderne Schneidstoffe halten diese ohne weiteres aus, zumindest bei geringeren Schnittgeschwindigkeiten wie etwa in der Schwerzerspanung, bei der konventionellen Bearbeitung und in der Ausbildung. Ein weiterer Vorteil dieser Arbeitsweise ist, dass die Schneiden zwar wärmer werden, jedoch die schroffe Abkühlung beim Austritt aus dem Schnitt entfällt.
Text: Volker Wollny
