Besonders bei Hochleistungsbearbeitungen verringern verdampfungsarme Kühlschmierstoffe den Fluidverbrauch und die Emissionsbelastung für Mensch und Umwelt. Aufwendige Abluftfilter sind in vielen Fällen nicht mehr erforderlich.
Von unserem Redaktionsmitglied Haider Willrett – haider.willrett@konradin.de
Emissionsarme Kühlschmierstoffe bieten nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sie fördern zugleich Arbeits- und Umweltschutz“, sagt Carmen Freiler, Leiterin Produktmanagement Kühlschmierstoffe bei der Fuchs Europe Schmierstoffe GmbH in Mannheim. Durch die geringe Verdampfung dieser Produkte reduziere sich der Verbrauch gegenüber Standardölen um 20 bis 30 %. Die Wartungsintervalle der Absaugsysteme seien erheblich länger, höhere Flammpunkte und günstigere Explosionsdaten kämen der Sicherheit zugute, und der Grenzwert für Kühlschmierstoffdämpfe und Aerosole am Arbeitsplatz sei oft ohne Zusatzinvestitionen einzuhalten.
Solche Argumente gewinnen gerade im Zeitalter der Hochgeschwindigkeitszerspanung an Bedeutung. Die dabei entstehende Prozesswärme fördert Emissionen in Form von Ölnebel und Öldampf. Mit steigenden Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten verschiebt sich dieses Gleichgewicht zunehmend in Richtung Dampfbildung. „Mit konventionellen Antinebelzusätzen ist dieser Ablauf nicht zu beeinflussen“, gibt Carmen Freiler zu bedenken. „Die Verdampfung lässt sich nur durch verdampfungsarme Grundöle reduzieren.“ Generell steige der Verdampfungsverlust exponentiell mit sinkender Viskosität.
Durch moderne Raffinationsverfahren, etwa Hydrocracken, entstehen besonders aromatenarme und damit auch verdampfungsarme Produkte. Neben den Hydrocrack-Ölen reduzieren synthetische Ester die Ölemission gegenüber Standard-ölen um 30 bis 50 %. Bei niedrigviskosen Produkten wie Schleif- oder Honölen fällt der Unterschied noch größer aus.
Die Einsparungen, die zum Teil auch aus der höheren Zerspanleistung resultieren, sollen die reinen Produktmehrkosten bei weitem überwiegen. „Der Preis solch aromatenarmer Grundöle“, sagt die Schmierstoff-Spezialistin, „liegt nur wenig über dem von Solventraffinaten; er beträgt aber nur ein Viertel bis ein Drittel des Preises von vollsynthetischen Polyalphaolephinen.“ Letztere seien hinsichtlich der Verdampfung jedoch nur geringfügig besser. Fuchs bietet ein komplettes Sortiment an Schneidölen auf Basis verdampfungsarmer Grundprodukte an. Zu erkennen sind diese Fluide am Namenszusatz LE, der für „low evaporation“ steht.
Mehrere Forschungsprojekte, in deren Rahmen Fuchs mit Anwendern aus der Automobilindustrie zusammen arbeitete, haben gezeigt, dass die Laborwerte in die Praxis zu übertragen sind. Carmen Freiler nennt zwei Beispiele: „Bei einer Honoperation konnten wir nachweisen, dass der Dampfanteil durch emissionsarme Öle um mehr als 80 Prozent sinkt.“ Und: An einer Index-Drehmaschine habe die Ölnebelkonzentration unter gleichen Bedingungen um mehr als 50 % abgenommen. „Dabei war die Viskosität des Hydrocrack-Öls geringer als beim Standardprodukt“, ergänzt Freiler.
Die geringere Verdampfung reduziert nicht nur den Fluidverbrauch und die Schmierstoffkosten. Der weniger belastete Arbeitsplatz wirkt sich auch auf die Gesundheit der Werker positiv aus, und ein höherer Wohlfühlfaktor fördert die Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter. Auch mit Blick auf den Umweltschutz zeigen sich die biologisch abbaubaren und weniger toxischen Esteröle Mineralöl-Produkten deutlich überlegen.
Die Praxis hat gezeigt, dass der überwiegende Teil der Emissionen bei Zerspanungsoperationen aus Öldämpfen besteht. Und die lassen sich mit Hilfe der üblichen Abscheideverfahren wie Elektrofilter nicht eliminieren. Verdampfungsarme Kühlschmierstoffe sind daher eine Alternative zu teuren und wartungsintensiven Aktivkohlefiltern.
Maschinenumfeld beeinflusst Emissionsbildung
Neben der Wahl des richtigen Schmierstoffs sollte der Anwender aber auch die mechanischen Einflussgrößen im Auge behalten, die das Entstehen von Ölnebel begünstigen. Maßgebende Kriterien sind hier die Bearbeitungsgeschwindigkeit, die Geometrie der Kühlschmierstoff-Spritzdüsen, die Werkstück- und die Werkzeugform, die Spanbildung, das Kühlschmierstoffvolumen und die Öldruckverhältnisse.
Durch eine Reihe von Maßnahmen an der Maschine und ihrer Peripherie kann der Anwender die Belastung durch Emissionen zusätzlich mindern. So sollte er darauf achten,
– Spänerinnen und Spänebehälter immer abzudecken,
– Werkstücke nicht mit Druckluft abzublasen,
– Behälter mit Reinigungsbenzin immer verschlossen zu halten,
– dass Kühlschmierstoff-Volumenstrom und -Behältergröße dem Prozess angepasst sind,
– die Schmierstoffdüsen so einzustellen, dass möglichst wenig Vernebelung auftritt
– dass die Kühlschmierstoff-Temperatur unter 30 °C liegt und
– dass eine Ölüberflutung mittels Niederdruckdüse die Dampfbildung reduziert.
Viele Anwender hätten das Potenzial emissionsarmer Öle noch nicht erkannt, sagt Chemieingenieurin Freiler. „Deshalb legen wir großen Wert auf Beratung und unterstützen bei Bedarf auch mit Ölnebelmessungen vor Ort.“
Tipps für Anwender
Weil es bisher keine Norm für emissionsarme Schmierstoffe gibt, sollten Anwender auf folgende Punkte achten:
– Der Verdampfungsverlust des Fluids sollte nach DIN 51581 bei einer Temperatur von 250 °C angegeben sein. Weil der Verdampfungsverlust mit sinkender Viskosität steigt, dürfen nur Produkte gleicher Viskosität verglichen werden.
– Die Bezeichnung „verdampfungsarm“ ist bei einem um mindestens 20 % reduzierten Verdampfungsverlust gerechtfertigt.
– Der Schmierstoff sollte ölnebelarm eingestellt sein. Eine Messmethode ist der Ölnebelindex, gemessen mit Streulichtphotometer.
– Nur verdampfungs- und vernebelungsarme Produkte verdienen die Bezeichnung „emissionsarm“.
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