Fertigung: Beseitigung von Ölnebeln in der Fertigungsumgebung

Ölnebel können in der modernen Fertigungsumgebung ein großes Problem darstellen und es müssen Maßnahmen zu ihrer Beseitigung ergriffen werden. Jorgen Brahm von Clean Air America Inc. beschreibt die Probleme und wichtige Schritte, die unternommen werden können.

Moderne Fertigungsanlagen verfügen über Geräte wie Maschinen zum Schweißen, Schleifen und Schneiden sowie CNC-Werkzeugmaschinen zum Beispiel zum Drehen, Schleifen und Fräsen, die beim Betrieb Ölnebel in die Produktionsumgebung abgeben. Zu diesen Arten von Einrichtungen gehören Hersteller medizinischer Komponenten und Instrumente, Luft- und Raumfahrt, Automobilantriebsteile wie Motoren, Getriebe und Prozesse wie Strangpressen, Heißpressen mit Graphitölen, Stahlwerke und andere.

Ölnebel und Rauch gelangen in die Umwelt und verursachen Schäden an Geräten und Arbeitern. Die Risiken, die am häufigsten mit großen Konzentrationen von Ölnebel oder Ölrauch verbunden sind, sind folgende:

• Ölnebel kann kleine Metallpartikel, Bakterien und Sporen enthalten, die Atemwegsprobleme verursachen können.

• Kann Hautprobleme wie Ölakne und Ekzeme verursachen.

• Erhöhte Rutschgefahr – Ölnebel setzt sich schließlich auf dem Boden ab.

• Ölnebel, der sich auf Oberflächen innerhalb von HVAC-Systemen ansammelt, beeinträchtigt deren Funktion, Effizienz und Filterlebensdauer und verunreinigt die Raumluft.

• Im Allgemeinen unreine Umgebung, da das Öl andere Verunreinigungen anzieht und diese an Maschinen und anderen Geräten haften bleiben.

• Ölnebel schädigt die Elektronik moderner Metallbearbeitungsmaschinen.

• Ölnebel verursacht eine „Dunst“ in der Anlage, die für potenzielle Kunden beim Besuch unattraktiv sein kann.

Bei verschiedenen Herstellungsprozessen entstehen Ölnebel und Ölrauch. Bevor wir die richtigen Maßnahmen ergreifen können, um den Risiken und Schäden, die diese Stoffe verursachen, vorzubeugen, müssen wir genau wissen, was Ölnebel und Ölrauch wirklich sind.

In der Fertigungsindustrie entsteht Ölnebel vor allem bei der spanabhebenden Bearbeitung, die ein Sammelbegriff für Drehen, Fräsen, Schleifen und Bohren ist. Ölnebel entsteht, wenn Öl oder Wasser vermischt mit konzentrierter Schneidflüssigkeit, sogenannter Emulsion, zur Kühlung, Schmierung oder Spanabfuhr verwendet wird.

Bei hoher Geschwindigkeit und hohem Druck werden die Öltropfen sehr klein (<1 µm) und die Ölmenge in der Luft ist oft hoch. Bei manchen Betrieben entsteht Ölrauch in größerem Ausmaß.

Bei Bearbeitungsvorgängen werden diese Flüssigkeiten in Form von Aerosolen und Rauch an die Umgebungsluft abgegeben. Es ist natürlich ungesund, diese Stoffe einzuatmen.

Gesundheits- und Sicherheitsfragen werden mittlerweile von immer mehr Unternehmen sehr ernst genommen. Viele große US-Hersteller planen vorausschauend und übernehmen europäische Expositionsgrenzwerte als globalen Standard für ihr gesamtes Unternehmen und übertreffen damit die OSHA-Standards.

Die von diesen Unternehmen angestrebten Expositionsgrenzwerte liegen je nach Unternehmenspolitik zwischen 0,02 und 1 mg/m3. Ältere Nebelabscheidertechnologien können diese höheren Anforderungen einfach nicht erfüllen.

Das National Board of Occupational Safety and Health hat hierfür konkrete Grenzwerte festgelegt. Der aktuelle Grenzwert für die Emission von Aerosolen in Industriebetrieben liegt bei 5 mg/m3.

Zudem sind die Energiekosten so hoch wie nie zuvor und steigen weiter, sodass immer mehr Unternehmen nach Energieeffizienz streben. Sie verwenden möglicherweise alternative Kraftstoffe und energiesparende Geräte, doch es ist allgemein bekannt, dass Luftfilter bis zu 30 % des Gesamtenergieverbrauchs in Luftfiltersystemen ausmachen. Und diese Filtersysteme werden in Schwerindustrie- und Fertigungsumgebungen benötigt, um sicherzustellen, dass die Arbeiter saubere Luft atmen. Die Auswahl des richtigen Filters, der die beste Effizienz und den geringsten durchschnittlichen Druckabfall bietet, kann zu erheblichen Energieeinsparungen führen und gleichzeitig eine gesunde Raumluftqualität gewährleisten.

Die gebräuchlichste und effektivste Methode zur Erfassung von Ölnebel/Ölrauch ist die Erfassung an der Quelle, also direkt an der Metallbearbeitungsmaschine. Dies ist sowohl bei komplett geschlossenen Maschinen als auch bei offenen Maschinen möglich. In einer geschlossenen Maschine entsteht in dem Raum, in dem die Bearbeitungsvorgänge stattfinden, ein Unterdruck. Die ölhaltige Luft wird aus dem Gehäuse abgesaugt und über einen Kanal zur Filtereinheit geleitet. Nachdem die Luft gefiltert wurde, wird sie in die Räumlichkeiten zurückgeführt. Bei der Installation offener Maschinen wird häufig versucht, Ölnebel/Rauch in einer Art Haube oder Aufbau aufzufangen und von dort durch einen Kanal zur Filtereinheit zu leiten.

Es ist eine neuere Ölnebel- und Ölrauchabscheidertechnologie verfügbar, die Ölnebel und Rauch aus der Bearbeitungsumgebung entfernt, Öldämpfe, Ölnebel, Ölrauch, öligen Staub und Emulsionsnebel effizient trennt und kristallklare Luft in die Anlage zurückführt.

Ölnebel, Ölrauch und schädliche Partikel wie Späne, Bakterien und Sporen, die von Metallbearbeitungsmaschinen erzeugt werden, werden an der Quelle abgesaugt und durch eine effizientere Koaleszenz-(Entwässerungs-)Technologie gereinigt. Diese neueren Ölnebelabscheidermodelle verwenden ein dreistufiges Verfahren, bei dem die ersten beiden Stufen speziell für Emulsion oder reines Öl ausgelegt sind und der dritte Filter ein H13-HEPA-Filter (99,995 %) ist. Mit diesem hohen Grad an Abscheidung und Effizienz wird die gereinigte Luft dann direkt in die Werkstatt zurückgeführt, wo sie die von OSHA, NIOSH und HSE festgelegten Expositionsgrenzwerte überschreitet.

Die Ölentfernungsfilter fangen das Öl oder Kühlmittel auf und lassen es zum Sockel neuerer Ölnebelabscheidereinheiten abfließen. Die Filter „absorbieren“ das Öl nicht, sondern verschmelzen es, bis es schwer genug ist, um abfließen zu können.

Kontaminierte Luft strömt durch das Filtermedium. Dabei werden die Ölpartikel von den oleophoben Fasern angezogen. Die Öltröpfchen kollidieren weiterhin mit der Faser, wodurch die Öltröpfchen an Masse zunehmen. Wenn der Öltropfen größer wird, wird er schwer genug, um gegen den Luftstrom zum Boden des Geräts zu fallen, wo er gesammelt oder direkt zurück in den Ölsumpf der Werkzeugmaschine abgelassen werden kann.

Die „gereinigte“ Luft wird dann in Stufe zwei durch einen hocheffizienten Koaleszer geleitet, wo der Koalesziervorgang wiederholt wird. Nach dieser zweiten Filterstufe ist die Luft im Durchschnitt zu 95–98 % frei von Ölnebel.

Die dritte Filterstufe ist darauf ausgelegt, die verbleibende Luft vollständig zu reinigen, und zwar auf einen weit höheren Standard als die umgebende Umgebungsluft. Mithilfe eines HEPA-Filters stellt diese letzte Stufe sicher, dass feine Partikel im Submikronbereich (Spurenöl, Rauch, Bakterien, Pollen und Sporen) eingefangen werden und nicht in die Werkstatt zurückkehren dürfen.

HEPA-Filter (High-Efficiency Particulate Aerosol) haben einen minimalen Partikelsammelwirkungsgrad von 99,97 % für Partikel mit einem Durchmesser von 0,3 Mikrometern. HEPA-Filter (Klasse H13 EN1822) arbeiten mit einem Wirkungsgrad von 99,95 % bei 0,3 µm. Ein Mikrometer ist 1 Millionstel Meter oder etwa 0,00003937 Zoll, was bedeutet, dass ein Zoll 25.400 Mikrometer hat. Das menschliche Auge kann Partikel mit einer Größe von nur 10 Mikrometern erkennen.

Dies bedeutet, dass in einer Werkstattumgebung effektiv alle gefährlichen Partikel eingefangen werden und sichergestellt wird, dass nur klinisch saubere Luft in die Werkstatt zurückgeführt wird.

Darüber hinaus bieten neue Ölnebelabscheidermodelle mehr als nur Gesundheits- und Sicherheitslösungen. Sie können die Produktivität verbessern, zahlreiche Kosten senken und den Energieverbrauch durch ein wartungsarmes und einfach zu installierendes Design senken.

Ein großer Automobilmotorenhersteller mit dem wohl modernsten Werk in Europa hatte Probleme mit einem bestehenden, von der Gruppe bevorzugten Ölnebelsystem. Obwohl diese Systeme erst ein paar Jahre alt waren, waren die Leistungsergebnisse bei der Untersuchung völlig schockierend.

Leistung des bestehenden Ölnebelfiltersystems:

• Einlass: 5.790 mg/m³

• Auslass: 5,703 mg/m³

• Effizienz: 1,5 %

Der Einsatz eines Ölnebelsammel- und Filtersystems neueren Modells führte zu einer erheblichen Leistungsverbesserung:

• Einlass: 5,516 mg/m³

• Auslass: 0,034 mg/m³

• Effizienz: 99,3 %

Der Grund dafür, dass die Effizienz nicht höher war, lag darin, dass nur Platz für zwei Koaleszenzfilterstufen und kein HEPA der Stufe 3 vorhanden war.

Eine standardmäßige dreistufige Ölnebelabscheidereinheit, die bei einem renommierten europäischen Motorenhersteller installiert war, wurde über Leitungen an zwei Grob-Maschinen angeschlossen, die Zylinderköpfe mit Emulsion bearbeiteten.

In den drei Jahren, in denen der Test durchgeführt wurde, waren keine Filterwechsel erforderlich oder durchgeführt. Die Leistungszahlen waren:

• Durchschnittlicher Zulauf: 28,3 mg/m³

• Durchschnittlicher Austritt: 0,001 mg/m³

• Effizienz: 99,999 %

Basierend auf diesen Beispielen verbessert der Einsatz neuerer Modelle mit dreistufiger Filterung und Ölnebelabscheidern die Effizienz um das Hundertfache. Darüber hinaus helfen sie Unternehmen dabei, Gesundheits-, Sicherheits- und Sauberkeitsstandards zu erreichen, wie zum Beispiel:

• Übertrifft internationale Gesundheits- und Sicherheitsstandards.

• Erfüllt strenge Kontrollen.

• Verbessert die Sauberkeit in der Fertigungshalle.

• Verringert die Rutschgefahr durch Ölnebel.

• Erhöht die Sichtbarkeit und Beleuchtung am Arbeitsplatz.

• Verbessert die Produktivität durch weniger Wartungsaufwand und wenige Filterwechsel.

• Verbessert die Einhaltung der Umweltvorschriften und den Energieverbrauch durch Recycling des gesammelten Öls.