DGUV Information 209-024 - Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung (b...

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Abschnitt 4.1, 4 Gefährdungen und Schutzmaßnahmen 4.1 Emissi...
Abschnitt 4.1
Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung (bisher: BGI/GUV-I 718)
Titel: Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung (bisher: BGI/GUV-I 718)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-024
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 4.1 – 4
Gefährdungen und Schutzmaßnahmen

4.1
Emissionen bei der Minimalmengenschmierung

Die Metallbearbeitung mit Minimalmengenschmierung wird in der Praxis als emissionsarmes Verfahren angesehen. Dieser Trend geht auch aus Untersuchungen hervor, welche im Rahmen eines Sondermessprogramms an Arbeitsplätzen mit Minimialmengenschmierung vorgenommen wurden.

Hierzu wurden Expositionen (Staub, KSS-Aerosole und Dämpfe) an Werkzeugmaschinen in der Produktion gemessen. Bei diesen Erhebungen kamen jeweils sowohl personengetragene Messungen als auch stationäre Messungen am Bedienpult sowie im Arbeitsinnenraum der Maschine zum Tragen (siehe Bilder 40 und 41).

Bild 40 Bestimmung der Kohlenmonoxidkonzentration mit einem direkt-anzeigenden Messgerät

Bild 41 Expositionsmessungen stationär sowie personengetragen am Bedienpult

Beim Zerspanen von Werkstoffen mit Minimalmengenschmierung an Werkzeugmaschinen in der Produktion haben sich Kühlschmierstoffdämpfe und -aerosole als expositionsbestimmende Komponenten herauskristallisiert. In allen Messungen konnte eine Einhaltung des ehemals gültigen Luftgrenzwertes für Kühlschmierstoffe (früherer Grenzwert: 10 mg/m3 Luft; Stand der Technik) festgestellt werden. Die gemessenen Konzentrationen in den Arbeitsbereichen waren derart gering, dass mehr als 95 % der ermittelten Messwerte deutlich unterhalb Hälfte des Grenzwertes lagen.

Spalt- und Pyrolyseprodukte, z.B. Formaldehyd, wurden lediglich in Spuren in Einzelfällen nachgewiesen. Auch beim Staub lagen die gemessenen Konzentrationen weit unterhalb der zulässigen Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) für die "Alveolengängige Fraktion" (AGW: 3 mg/m3 Luft) bzw. für die "Einatembare Fraktion" (10 mg/m3 Luft).

Die Tendenz, dass bei der Minimalmengenschmierung wesentlich weniger Emissionen als bei der Nassbearbeitung freiwerden, konnte mit folgender Vergleichsmessung bestätigt werden.

An einer Drehmaschine zur Bearbeitung von Revolvermuttern aus Stahl (Ck 45) wurden die entstehenden Emissionen sowohl bei der Überflutungsschmierung als auch mit Minimalmengenschmierung gemessen. Neben Messungen an der Person wurden die Konzentrationen an Kühlschmierstoffaerosolen und -dämpfen durch isokinetische Messungen im Abluftstrom der Maschine bestimmt. Die Ergebnisse sind in Bild 43 dargestellt.

Bild 42 Bearbeitete Revolvermutter und Rohling; Material: CK 45

Bild 43 Emissionen bei der Nassbearbeitung und der Minimalmengenschmierung im Vergleich

Bei der Nassbearbeitung wurden an der Person, am Bedienpult der Maschine sowie im Abluftstrom der Maschine deutlich höhere Emissionen als bei der Metallbearbeitung mit Minimalmengenschmierung ermittelt. Besonders im Abluftstrom erreichten die Emissionen bei der Minimalmengenschmierung weniger als die Hälfte der gemessenen Werte im Vergleich zur Überflutungsschmierung.

Untersuchungen am Prüfstand

Generell gilt genauso wie für eine erfolgreiche Bearbeitung bei der Minimalmengenschmierung die gleiche Faustregel für die Emissionen: Je besser das System aufeinander abgestimmt ist, umso weniger Emissionen entstehen.

Welche Einflussgrößen auf die Emissionsneigung besonderen Einfluss haben, zeigen die Ergebnisse folgender Untersuchungen an einem Prüfstand.

Hier wurden Zerspanungsversuche unter Einsatz der Minimalmengenschmierung mit innerer Zufuhr beim Bohren durchgeführt (siehe Bilder 44 und 45). Die Versuche wurden praxisnah unter Variation der Schnittparameter sowie der Werkstoffe (Stahl-, Aluminium- und Gusswerkstoffe) durchgeführt. Die Emissionsneigung verschiedener Schmierstoffe konnte während der Zerspanung im Innern der Prüfstandsumhausung unmittelbar am Entstehungsort unter reproduzierbaren Bedingungen ermittelt und verglichen werden.

Bild 44 Prüfstand zur Bestimmung der Emissionen im Innenraum

Bild 45 Hochgeschwindigkeitsspindel mit innerer Zufuhr (30 000 U/min)

Schmierstoffe: Qualität und Viskosität

Nachfolgend sind die gemessenen Aerosol- und Dampfemissionen für verschiedene Esteröle unter praxisnahen Bedingungen (Vorschubgeschwindigkeit: Vf = 800 mm/min) dargestellt (siehe Bild 46).

Bild 46 Aerosol- und Dampfemissionen am Zerspanungsort

Während der Zerspanungsversuche wurde insbesondere bei den dünnflüssigen niedrigviskosen Schmierstoffen (< 10 mm2/s bei 40 C) eine starke Nebelbildung festgestellt. Die hochviskosen Medien (Viskosität größer als 20 mm2/s bei 40 C) hingegen zeigen deutlich geringere Emissionswerte.

Oft werden für die Minimalmengenschmierung sehr dünnflüssige, niedrigviskose Schmierstoffe mit niedrigem Flammpunkt (< 100 C) eingesetzt. Diese sollen nach der Bearbeitung möglichst rückstandsfrei verdampfen. Um das Emissionsverhalten dieser Schmierstoffe zu beurteilen, wurde eine Probe mit sehr geringer Viskosität (3 mm2/s bei 40 C) im Vergleich zu anderen Medien getestet. Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist in Bild 47 dargestellt.

Bild 47 Emissionsverhalten verschiedener Schmierstoffe mit unterschiedlichen Viskositäten; Vorschub: 1 000 mm/min

Die niedrigviskosen Öle reagieren oft schon bei geringen Belastungen mit starker Rauch- und Nebelbildung. Sie emittieren deutlich mehr als die herkömmlichen Produkte; auffallend ist hier der hohe Dampfanteil. Die beim Einsatz solcher Produkte auftretenden hohen Emissionen können sich negativ auf die Bedingungen am Arbeitsplatz auswirken. Hochviskose Produkte mit hohen Flammpunkten (> 150 C) sollten daher bevorzugt eingesetzt werden.

Als Richtwerte und als Qualitätskriterien zur Auswahl emissionsarmer Schmierstoffe haben sich der Flammpunkt sowie Verdampfungsverlust nach Noack bei 250 C bewährt (siehe Tabelle 6).

Tabelle 6
Richtwerte zur Auswahl eines emissionsarmen Schmierstoffes

(Quelle: BGIA-Arbeitsmappe "Messung von Gefahrstoffen", Sachgruppe 6)

Viskosität bei 40 C
DIN 51562 Teil 1
Flammpunkt offener Tiegel
DIN EN ISO 2592
Verdampfungsverlust nach Noack bei 250 C
DIN 51581 Teil 1
> 10 mm2/s> 150 C< 65 %

Sowohl die Auswahl eines qualitativ hochwertigen und eher hochviskosen Schmierstoffes sowie optimale Bearbeitungsparameter bewirken eine starke Absenkung der Emissionen bei der Metallbearbeitung mit Minimalmengenschmierung.

Weitere Informationen zum Thema "Emissionen bei der Minimalmengenschmierung finden sich unter dem Projekt-Abschlussbericht "Gefährdungsbeurteilung bei der Trockenbearbeitung metallischer Werkstoffe (ausführlich) sowie unter dem Fachausschuss-Infoblatt "Emissionsarme Metallbearbeitung mit Minimalmengenschmierung". Beide Dokumente stehen unter der Internetseite www.bghm.de als Download zur Verfügung.