DGUV Information 209-026 - Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen (bis...

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Abschnitt 3.1, 3.1 Auswahl des geeigneten Kühlschmierstoffes
Abschnitt 3.1
Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen (bisher: BGI/GUV-I 719)
Titel: Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen (bisher: BGI/GUV-I 719)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-026
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 3.1 – 3.1 Auswahl des geeigneten Kühlschmierstoffes

Eigenschaften

Bei der spanenden Bearbeitung entstehen in Abhängigkeit des eingesetzten Kühlschmierstoffes und des angewendeten Bearbeitungsverfahrens unterschiedliche Emissionen. Zum einen entstehen durch mechanische Beanspruchung des Kühlschmierstoffes Aerosole (Partikeln von 0,5 bis 50 µm Durchmesser), zum anderen entstehen durch thermische Beanspruchung des Kühlschmierstoffes Dämpfe bzw. Feinstaerosole [3].

ÖlnebelDämpfe
Ölpartikel zw. 0,1 und 50 µm
Mechanisch bedingt
Gasförmige Kohlenwasserstoffe
Thermisch bedingt
  • Hohe KSS-Drücke und Schnittgeschwindigkeiten

  • Aufprall des KSS auf Maschinenbett, Werkzeug und Werkstück

  • Düsenform und -anordnung

  • Hohe Vorschübe und Schnitteschwindigkeiten

  • Werkzeugverschleiß

  • Hohe KSS-Temperatur

  • Hohe Verdampfung KSS

Abb. 15 Emissionen bei der spanenden Bearbeitung

Bei hohen mechanischen und thermischen Belastungen an der Schneide kommt es zur Vernebelung und Verdampfung der eingesetzten Kühlschmierstoffe. Im Maschineninnenraum entsteht ein Ölnebel-Dampf/Luft-Gemisch. Je höher die thermische und mechanische Belastung beim Bearbeitungsprozess ist, umso größer ist der Anteil an KSS-Dampf. Die höchsten Emissionen sind bei Werkzeugmaschinen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und niedrigviskosen KSS (z. B. beim Schleifen) zu erwarten.

Durch die Auswahl emissionsarmer Kühlschmierstoffe kann die Aerosol- und Dampfbildung durch KSS am Arbeitsplatz reduziert werden. Emissionsarme Kühlschmierstoffe zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

  • aufgebaut auf Basis verdampfungsarmer Mineralöle oder synthetischer Ester oder Sonderflüssigkeiten (z. B. Polyalphaolefine),

  • Zusatz von Antinebeladditiven.

Tabelle 2 Kenndaten von nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen

Grundsätzlich wird empfohlen, den KSS mit geringstem Verdampfungsverlust und dem höchsten Flammpunkt bei der vom Bearbeitungsprozess vorgegebenen und nach Möglichkeit hohen Viskosität zu wählen.

Beispiel:Schleifen mit brennbarem KSS auf Ölbasis (nichtwassermischbar)
Kennwerte KSS:-Flammpunkt> 140C
 -Viskosität> 6 mm2/s bei 40C
 -Verdampfungsverlust bei250C < 80 %

Hinweis:

Mit steigender Viskosität nehmen die Filtrierbarkeit und die Fördermenge (Spülmenge) der Öle in einer gegebenen Anlage ab.

Durch Einsatz von KSS mit Antinebeladditiven kann die Bildung lungengängiger Aerosole (Partikelgröße: 0,5 µm bis 5 µm) reduziert werden. Antinebeladditive sind besonders wirksam bei niedrigviskosen Kühlschmierstoffen wie z. B. Schleif- und Honölen.

Die Wirkung der Antinebelzusätze kann jedoch durch mechanische und physikalische Beanspruchung (Scherung an der Bearbeitungsstelle) mit der Zeit "verblassen". Weiterhin können bestimmte Antinebeladditive bei Prozessen mit Feinstfiltration (10-µm Filter, Anschwemmfilter) des KSS zu Problemen führen (z. B. Verstopfung, Belegung der Filter). Deshalb sollte die Eignung des Kühlschmierstoffes für den Prozess vorab mit dem Hersteller abgestimmt werden.

Gelingt es, die KSS-Temperatur zu überwachen und den KSS durch geeignete Maßnahmen bei Raumtemperatur zu halten, kann das Nebelverhalten erheblich verbessert werden.

Dies kann erreicht werden durch:

  • ausreichende KSS-Menge,

  • ausreichende Überflutung an Schneide,

  • Umlenkbleche zum Abkühlen,

  • Kühlung.

Untersuchungen zeigten, dass bereits eine Temperaturerhöhung eines KSS von 10C eine Verdoppelung der Aerosolbildung zur Folge hat.

Abb. 16 Temperaturabhängigkeit der Aerosolbildung

Abb. 17 KSS - Untere Explosionsgrenze (UEG) Einfluss der Viskosität [6]

Neben dem Verdampfungs- und Vernebelungsverhalten des KSS sind zur Bewertung des Explosionsrisikos folgende sicherheitstechnischen Kenngrößen relevant.

  • untere Explosionsgrenze in g/m3,

  • maximaler Explosionsdruck in bar(Ü),

  • maximaler Druckanstieg, wiedergegeben durch den KF-Wert in bar m/s.

Für KSS-Aerosole sind der Fachliteratur folgende Werte für diese Kenngrößen zu entnehmen [4, 5, 6, 7]:

untere Explosionsgrenze25 g/m3 ... 60 g/m3
maximaler Explosionsdruck7,2 bar (Ü) ... 7,7 bar (Ü)
KF-Wert75 bar m/s ... 103 bar m/s

Die experimentell ermittelten maximalen Explosionsdrücke und KF-Werte stellen Maximalwerte dar.

Einsatz von Multifunktionsölen

In der Praxis kann es zu Vermischungen des Kühlschmierstoffes mit anderen Arbeitsstoffen kommen. Die mengenmäßig bedeutendsten Fremdöleinträge in den KSS-Kreislauf entstehen durch Hydrauliköle. Dies kann zur Beeinträchtigung der tribologischen Eigenschaften des KSS führen. Die Folgen sind Probleme bei der Bearbeitung, hoher Werkzeugverschleiß bis hin zum Werkzeugbruch und Maschinenschäden.

Daher gilt es, Einschleppungen von Fremdölen und Rückständen, z. B.

  • Maschinenreingungs- und Pflegemittel,

  • Reinigungs- und Lösemittel von Werkstücken,

  • Fremdöle etc.,

in den Kühlschmierstoff der Werkzeugmaschine möglichst zu vermeiden (Hinweise zur KSS-Pflege siehe VDI 3397 Blatt 2, BGR/GUV-R 143).

Potenziale zur Verringerung dieser Gefahren bestehen im Einsatz von kompatibelen Multifunktionsölen (siehe auch VDI 3035). Alle in der Werkzeugmaschine eingesetzten Schmierstoffe wie Hydrauliköle, Bettbahnöle, Getriebeöle und Spindelöle sind aufeinander abgestimmt und untereinander verträglich. Leckagen haben nur noch einen sehr geringen Einfluss auf den Kühlschmierstoff. Weitere Vorteile bestehen in der Erhöhung der Prozesssicherheit, der Lebensdauer des Kühlschmierstoffes sowie der Verringerung von Wartungs- und Instandhaltungsaufwand.

Abb. 18 Multifunktionsöle