Die beste Lösung für die Nebelabscheidung berücksichtigt die spezifischen Prozesse in Ihrem Betrieb.

Moderne Bearbeitungszentren unterscheiden sich von denen früherer Generationen. Heutige Maschinen bieten viel höhere Werkzeuggeschwindigkeiten mit Metallbearbeitungsflüssigkeiten, die mit höherem Druck abgegeben werden. Dadurch entsteht ein hoher Anteil kleinerer Nebelpartikel (2 Mikrometer und kleiner), die mit einem Nebelabscheider oder einem Nebelabscheidersystem aufgefangen werden müssen. Alle diese kleineren Partikel sind schwieriger wirksam zu filtern. Bei unsachgemäßem Umgang mit Flüssigkeitsnebel bei der Metallbearbeitung können Gesundheits- und Sicherheitsrisiken entstehen, ganz zu schweigen davon, dass es schwierig wird, Mitarbeiter zu gewinnen und zu halten. Wenn Sie die Unterschiede zwischen den verschiedenen Technologien zur Nebelabscheidung kennen, können Sie ein für Ihre spezifischen Prozesse optimiertes Nebelabscheidersystem entwickeln und so eine sicherere Arbeitsumgebung schaffen.

Was macht Nebel so gefährlich?

Flüssigkeitsnebel bei der Metallbearbeitung entsteht, wenn die Metallbearbeitungsflüssigkeit bei der Bearbeitung oder beim Schleifen mechanischen Kräften ausgesetzt ist. Der Nebel wird durch den hohen Förderdruck, die hohe Geschwindigkeit der Werkzeugmaschinen und die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück in der Luft verteilt. Dieser Nebel kann in die Umgebungsluft im Arbeitsbereich freigesetzt werden und ein Einatmungsrisiko darstellen oder Augenreizungen verursachen. Die geringe Größe der heutigen Nebelpartikel aus Kühlschmierstoffen (KSS) erhöht das potenzielle Inhalationsrisiko, da in einigen Fällen Partikel im Submikrometerbereich tiefer in die Lunge vordringen können.1

Eine längere Exposition gegenüber KSS-Nebel kann zu einer Reihe von Gesundheitsproblemen, einschließlich Atemwegserkrankungen, führen. Tatsächlich ist arbeitsbedingtes Asthma eine der häufigsten Berufskrankheiten, die erhebliche Kosten für das Gesundheitswesen und die Entschädigung der Arbeitnehmer verursacht.2

Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) erkennt diese Gefahren an und regelt die zulässigen Grenzwerte für die Exposition gegenüber bestimmten Arten von Nebel. Für Arbeitgeber bedeutet dies, dass sie die Luftqualität sorgfältig kontrollieren müssen, um den Vorgaben der OSHA zu entsprechen.

1United States Environmental Protection Agency: Health and Environmental Effects of Particulate Matter (PM) (US-Umweltschutzbehörde: Gesundheits- und Umweltauswirkungen von Feinstaub (PM))

2Centers for Disease Control and Prevention (US-Zentren für Krankheitskontrolle und -prävention): Die US-amerikanische Bundesbehörde für arbeitsmedizinische Forschung (National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH): Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Risikominderung

Die von der NIOSH empfohlene „Hierarchy of Controls“-Methode kann einen Fahrplan für die Einführung wirksamer Kontrollen gegen die Gefährdung durch eine Exposition gegenüber KSS-Nebel darstellen.

Unter Anwendung dieser Hierarchie sollte das Unternehmen durchführbare technische Kontrollmaßnahmen, wie z. B. ein lokales Abluftsystem, einführen, um die Exposition zu verringern, wenn die Gefahren nicht bereits bei einem Prozess selbst beseitigt oder ersetzt werden können.

Beispiele für lokale Entlüftungssysteme für Flüssigkeitsnebel bei der Metallbearbeitung sind:

• Einzelnes System
• Zellensystem
• Zentralisiertes System

Es ist klug und empfehlenswert, die verfügbaren und gut informierte Ressourcen zu nutzen, um das geeignete technische Kontrollsystem zu bewerten und auszuwählen, das effizient genug ist, um die Normen anfänglich und im Laufe der Zeit zu erfüllen. Wenn das lokale Abluftsystem in irgendeiner Weise verändert wird, sollte das technische Kontrollsystem neu bewertet werden.

Wie Nebelabscheider funktionieren

Die wichtigste Funktion eines Nebelabscheiders besteht darin, Nebel und Tröpfchen aus dem Luftstrom zu entfernen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, muss ein Nebelabscheider kleine Tropfen anziehen und zu größeren zusammenfließen lassen und die gesammelte Flüssigkeit effektiv ableiten. Nebeltröpfchen können auf verschiedene Weise aus einem Luftstrom abgeschieden werden, z. B. durch stufenweise angeordnete Medien, elektrostatische Ausfällung und Trägheitsabscheidung. Aufgrund des Bedarfs an einer effizienteren Abscheidung kleinerer Nebelpartikel hat die medienbasierte Filtration ältere Technologien ersetzt und ist für viele Prozessbetreiber zur Standardlösung geworden.

Bei Abscheidern, die Filtermedien als primären Mechanismus für die Nebelabscheidung verwenden, werden in der Regel mehrere Phasen der Schwerkraftableitung eingesetzt. Dies ermöglicht die Auswahl spezifischer Filtermedien für jede Stufe, je nach Menge und Partikelgröße der erzeugten Tröpfchen.

Eine der Herausforderungen bei der Nebelfiltration besteht darin, den Bedarf an effizienter Abscheidung mit dem Bedarf an Tröpfchen, die entleert werden müssen, in Einklang zu bringen. Mit kleineren, dicht gepackten Fasern kann eine höhere Filtrationsleistung erzielt werden. Die kleineren Fasern in den meisten handelsüblichen Filtern benötigen jedoch Harze, um sie zusammenzuhalten. Harze verhindern jedoch, dass koaleszierte Flüssigkeit effektiv abfließt. 

Dies kann ein Problem darstellen, da Filter aus kleinen, dicht gepackten Fasern leicht durch aufgefangene Partikel verstopfen können, was zu einem höheren Druckabfall, niedrigeren Auffanggeschwindigkeiten und einer kürzeren Lebensdauer des Filters führt (Abbildung 1).

Wenn Filtermedien aus großen Fasern hergestellt werden, werden die Ablasseigenschaften erheblich verbessert, aber die Fähigkeit des Mediums, Nebeltröpfchen (insbesondere kleinere) aufzufangen, wird stark beeinträchtigt. Hochentwickelte Filtermedien, die aus einer Vollglasmischung aus kleinen und großen Fasern bestehen und harzfrei gebunden sind, sorgen für eine hervorragende Entwässerung (Abbildung 2). 

Stufen der Filtrationsmedien

Ein Weg, den Wunsch nach sowohl hoher Effizienz als auch effektiver Entleerung zu erfüllen, ist die Verwendung überlagerter Filtrationsstufen. Wenn eine dieser Filterstufen schlecht abläuft, kann sie verstopfen, was zu einer Verringerung der Abscheidung führt.

1. Viele Nebelabscheider haben eine Vorfilterschicht, die in der Regel aus großen Fasern, Geflecht oder Sieben besteht, die die größten Tröpfchen abfangen und sie leicht entleeren.
2. Eine primäre oder zweite Schicht fängt die meisten verbleibenden Tröpfchen mit einem Medium mit höherer Effizienz auf und behält einwandfreie Entleerungseigenschaften bei.
3. Als End- bzw. Nachfilter ist typischerweise ein HEPA-Filter (99,97 % effizient bei 0,3-Mikrometer-Teilchen) oder ein DOP-Filter (95 % wirksam bei 0,3-Mikrometer-Teilchen) vorgesehen.

Einige Abscheider mit faserigen Medien verwenden gelagerte Medien in Taschenfiltern. Diese Filter enthalten nicht viel Harz. Daher leiten sie effektiv Späne oder klebrigen Nebel ab und haben eine angemessene Effizienz. Ihre Struktur ist jedoch nicht sehr stabil. Mit der Zeit fallen die Fasern in den Medien zusammen, was zu einem Anstieg des Druckverlusts, schwächerer Luftströmung und einer Verringerung der Filtrationseffizienz führt.

Konstruktion von Nebelabscheidersystemen

Selbst wenn HEPA-Nachfilter verwendet werden, um die höchste Effizienz zu erreichen, ist es wichtig, dass das Gesamtsystem richtig konzipiert ist. Um ein lokales Abluftsystem für die Nebelabscheidung zu entwerfen, das den Anforderungen Ihrer spezifischen Prozesse gerecht wird, sollten Sie diese Faktoren berücksichtigen:

• Betriebszeiten
• Art des Metalls und des Verfahrens
• Art der Metallbearbeitungsflüssigkeit
• Flüssigkeitsdruck
• Vorhandensein von Spänen
• Art, Größe und Menge des Nebels
• Effizienz- und Nebelminderungsziele (CFM-Anforderungen)
• Konfigurierbarkeit und Optionen des Abscheiders (Funktionen)
• Anforderungen der Einrichtung

Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das die mit Nebel beladene Luft mit dem geringsten erforderlichen Luftstrom erfasst. Wenn der Luftstrom zu schwach ist, wird die Luft nur unzureichend aufgefangen, und nebelhaltige Luft kann durch offene Türen in die Luft oder in Arbeitsbereiche eindringen. Wenn der Luftstrom zu stark ist, wird Energie verschwendet, da überschüssige Luft durch den Abscheider gesogen wird. Die Lebensdauer des Filters kann sich so stark verkürzen. Zur Optimierung des Luftstroms ist es wichtig, dass der Ventilator richtig dimensioniert ist, um eine angemessene Erfassungsgeschwindigkeit der Haube aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die statischen Verluste im System auszugleichen.

Methoden zur Größenbestimmung 

Ein Schlüsselfaktor zur Gewährleistung eines effizienten Betriebs und einer gleichmäßigen Nebelabscheidung ist die Größenbestimmung des Abscheidergebläses, um den spezifizierten Luftstrom und den erforderlichen statischen Druck des Systems zu erreichen. Dies wird normalerweise in Kubikfuß pro Minute (CFM) und Zoll Wassersäule gemessen. Zur Bestimmung des erforderlichen Luftstroms gibt es verschiedene Methoden:

Luftaustausch: Wird für die Nebelabscheidung an geschlossenen Maschinen bei geschlossenen Türen verwendet.

Berechnung: Volumen des Maschinengehäuses (ft³) x 3–5 Austauschvorgänge pro Minute = Gesamtluftstrom (CFM)

Größenbestimmung der offenen Fläche: Wird für die Nebelabscheidung an geschlossenen Maschinen bei geöffneten oder geschlossenen Türen verwendet.

Berechnung (vertikale Tür): Alle offenen Bereiche (ft²) x 50 FPM = Berechnung des Gesamtluftstroms (CFM) (vertikale Tür mit Dach): Alle offenen Flächen (ft²) x 75 FPM = Gesamtluftstrom (CFM)

Größenbestimmung der Umgebungsfläche: Wird nur verwendet, wenn Quellenerfassungssysteme nicht in Frage kommen.

Berechnung: Raumvolumen (ft³) x 10/20 Minuten pro Austausch = Gesamtluftstrom (CFM)

Die beste Methode zur Größenbestimmung für geschlossene Maschinen wird durch die gewünschte Leistung bestimmt. Wenn beispielsweise bei geschlossenen Maschinentüren Nebel zurückgehalten und eine gute Sicht gewährleistet werden soll, ist die Luftaustauschmethode vorzuziehen. Im Gegensatz dazu sorgt die Methode der offenen Bereiche für eine Eindämmung, indem ein negativer Luftdruck im Inneren der Maschine auch bei offenen Türen oder Bereichen aufrechterhalten wird. Möglicherweise müssen zusätzliche Anwendungs- oder Konstruktionsüberlegungen in die Gleichung einbezogen werden. Ein Berater für Industrieluft kann zusätzliche Hinweise für spezifische Anwendungen geben.

Was bedeutet das für Käufer eines Nebelabscheidersystems?

Bei der Entscheidung, wie man Nebel am besten unter Kontrolle bringt und die Mitarbeiter schützt, sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Wenn Sie besser verstehen, wie der Nebel erzeugt wird und welche Gefahren damit verbunden sind, können Sie verschiedene Nebelabscheidersysteme bewerten, das beste System für Ihre spezifischen Prozesse auswählen und sicherstellen, dass das gesamte System für eine kontinuierliche Effizienz optimiert ist. Zögern Sie nicht, sich an einen qualifizierten Fachmann zu wenden oder Donaldson für Produkt- und Anwendungsunterstützung zu beauftragen, um sicherzustellen, dass Sie die optimale Lösung für Ihre Anwendung zur Nebelminderung haben.

Weitere Ressourcen

Metalworking Fluids - Standards | Occupational Safety and Health Administration (osha.gov) (Metallbearbeitungsflüssigkeiten – Normen | Occupational Safety and Health Administration (osha.gov)).

Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice (ACGIH 1998) (Industrielle Entlüftung: Ein Handbuch für empfohlene Praktiken (ACGIH 1998)): Enthält allgemeine Richtlinien für die Abluftrückführung.