Ein Ölnebelabscheider arbeitet gegen die Physik kleiner Tropfen, und das gelingt nur, wenn Gehäuse, Rücklauf und Druckverhältnisse zusammenpassen. Das Gerät trennt nicht einfach Flüssigkeit von Luft, es sammelt Aerosol, führt es zu einem abfließfähigen Tropfen zusammen und muss diesen anschließend wieder loswerden. Wer die Wirkkette nur bis zum Filterpaket denkt, baut eine Anlage, die nach wenigen Wochen tropft. Die Abscheidung liegt zur Hälfte in der Ausführung der Peripherie.
Welche Kräfte trennen das Aerosol im Ölnebelabscheider von der Luft?
Abgeschieden wird über Trägheit, Prall, Koaleszenz und elektrische Feldkräfte. Trägheits- und Prallabscheidung greifen zuverlässig erst oberhalb von etwa 3 µm Tropfendurchmesser (Herstellerangaben zu Drahtgestrick- und Prallabscheidern). Elektrostatische Abscheider wirken nach Herstellerangaben bis etwa 0,01 µm.
Jede dieser Kräfte braucht eine andere Geometrie im Gehäuse. Trägheit verlangt Richtungswechsel und freie Querschnitte, Koaleszenz verlangt eine durchströmte Faserstruktur mit definierter Dicke, das elektrische Feld verlangt Abstände zwischen Sprüh- und Niederschlagselektrode, die im Datenblatt stehen und bei der Reinigung nicht verändert werden dürfen.
Entscheidend für die Ausführung ist, dass alle Kräfte gegen die Strömung arbeiten. Wird der Volumenstrom gegenüber der Auslegung erhöht, sinkt die Verweilzeit, und die Abscheidung bricht genau in der Fraktion ein, auf die es ankommt.
Ausführung: Vor dem Anschluss den Volumenstrom gegen die Kennlinie im Datenblatt prüfen, nicht gegen den Katalogwert der Baureihe. Ein Gerät, das über seinem Auslegungspunkt gefahren wird, verliert Abscheidung, ohne eine Störmeldung abzugeben.
Die Kräfte bestimmen, welche Tropfen überhaupt gefasst werden. Welche Tropfen anfallen, bestimmt das Verfahren an der Maschine.
Wie hängt die Tropfengröße am Abscheider mit dem Verfahren zusammen?
Grobe Tropfen entstehen mechanisch durch Zerschlagen der Flüssigkeit an der Schneide, feine Tropfen entstehen thermisch durch Verdampfen und anschließendes Kondensieren. Mechanisch erzeugter Nebel lässt sich mit einfacher Vorabscheidung fassen, kondensierter Nebel nicht.
Je höher die Schnittgeschwindigkeit und je näher der Kühlschmierstoff an die Zerspanungszone geführt wird, desto größer der kondensierte Anteil. Bei Minimalmengenschmierung verschiebt sich das Spektrum fast vollständig in den submikronen Bereich, obwohl die Flüssigkeitsmenge klein bleibt.
Für die Auswahl heißt das, dass nicht die Maschine zählt, sondern der Prozess auf ihr. Dieselbe Maschine erzeugt beim Nassfräsen mit niedrigem Druck ein anderes Spektrum als beim Innenkühlen, und ein Gerät, das für den ersten Fall ausgelegt wurde, scheitert im zweiten.
Das Spektrum entscheidet über die Bauart. Die Bauart entscheidet über den Widerstand, den die Luft im Gerät findet.
Wie wirkt der Druckverlust im Gerät auf die Erfassung an der Maschine?
Der Druckverlust des Abscheiders liegt in Reihe mit dem Druckverlust der Leitung und zehrt am verfügbaren Unterdruck an der Erfassungsstelle. Steigt er, sinkt der Volumenstrom, und zwar an der Haube, nicht am Gerät.
Filternde Abscheider bauen ihren Widerstand über die Betriebszeit auf, elektrostatische Abscheider arbeiten nach Herstellerangaben mit nur geringem und über die Laufzeit nahezu konstantem Druckverlust. Dieser Unterschied ist der eigentliche Grund für die Bauartwahl bei langen Leitungswegen, nicht der genannte Abscheidegrad.
Ein genormtes Qualitätsmerkmal für den Abscheidegrad existiert nicht. Belastbar ist der Restölgehalt der Reinluft, weil er die Größe ist, die anschließend gemessen wird und über die Zulässigkeit einer Rückführung der gereinigten Luft in die Halle entscheidet.
Wer den Widerstand über die Laufzeit begrenzen will, regelt den Volumenstrom mit. Wie das ohne Verlust an Erfassung gelingt, hängt an der Drehzahlregelung des Ventilators.
Der Druckverlust bestimmt, wie viel Luft durchgeht. Wohin die abgeschiedene Flüssigkeit geht, ist eine eigene Frage.
Wie läuft das abgeschiedene Öl aus dem Gehäuse zurück?
Abgeschiedene Flüssigkeit sammelt sich am tiefsten Punkt des Gehäuses und läuft über eine eigene Leitung in den Kühlschmierstoffkreislauf oder in einen Sammelbehälter. Ohne diesen Rücklauf füllt sich das Gehäuse, der freie Querschnitt verengt sich, und die Abscheidung bricht ein.
Der Rücklauf arbeitet ausschließlich mit Schwerkraft. Jede Gegensteigung, jede Senke und jede zu lange waagerechte Strecke erzeugt einen Flüssigkeitsspiegel, der die Leitung verschließt und als Siphon wirkt. Im Unterdruckbereich wird dieser Siphon dann leergesaugt, und das Gerät zieht Falschluft über die Rücklaufleitung.
Genau dieser Fehler zeigt sich erst später. Die Anlage läuft wochenlang unauffällig, bis der Spiegel im Sammelraum die erste Filterstufe erreicht und der Differenzdruck ohne erkennbaren Grund springt.
Welches Gefälle braucht die Rücklaufleitung am Abscheider?
Die Rücklaufleitung wird durchgehend fallend zum Sammelpunkt verlegt, ohne Zwischenhochpunkt. Übliche Ausführung sind von 2 bis 5 Prozent Gefälle bei glatten Rohren, bei zähen Nichtwassermischbaren mehr, weil die Flüssigkeit langsamer abläuft.
Jeder Übergang im Rücklauf wird strömungsgünstig und ohne Kante ausgeführt, damit sich kein Totraum bildet, in dem Späne liegen bleiben. Die Leitung bleibt dauerhaft zugänglich, weil sie das Bauteil ist, das als erstes zusetzt.
Ausführung: Den Rücklauf vor der Inbetriebnahme mit Kühlschmierstoff durchspülen und dabei die gesamte Strecke beobachten. Eine Stelle, an der die Flüssigkeit stehen bleibt, ist eine Senke und muss vor der Abnahme korrigiert werden.
Der Rücklauf hält das Gehäuse frei. Das Gehäuse selbst muss dicht bleiben.
Woran erkennt man ein undichtes Abscheidergehäuse?
Eine Undichtheit auf der Rohluftseite zeigt sich als Ölfilm am Gehäuse selbst, eine Undichtheit auf der Reinluftseite als Nebelfahne am Austritt. Beides lässt sich am laufenden Gerät sehen, ohne Messtechnik.
Die häufigste Ursache sind Türdichtungen und Filterrahmen, die nach einem Wechsel nicht wieder sauber anliegen. Jedes Öffnen des Gehäuses ist ein Eingriff in die Dichtheit, und bei Geräten mit Schwebstoffendstufe entscheidet der Sitz des Rahmens über die gesamte Wirkung der Stufe.
Dazu kommen Durchführungen für Kabel, Sensoren und den Rücklauf. Sie werden bei der Montage oft nur gesteckt und nicht verschlossen, weil sie im Unterdruck liegen und keine Flüssigkeit austritt. Falschluft an dieser Stelle senkt den Unterdruck an der Haube und bleibt unentdeckt, weil der Ventilator seinen Volumenstrom weiter fördert.
Dichtheit ist damit eine Montageleistung und keine Eigenschaft des Geräts. Sie wirkt direkt auf die Baugröße, die am Ende gebraucht wird.
Welche Baugröße passt zum Volumenstrom der Erfassung?
Die Baugröße folgt dem Volumenstrom der Erfassungsstelle, nicht dem Hubraum der Maschine. Zentrifugalabscheider werden nach Herstellerangaben bis etwa 3.000 m³/h gebaut, elektrostatische und zentrifugale Anlagen bis in den Bereich von 100.000 m³/h für zentrale Lösungen.
Zwischen Einzelgerät und zentraler Anlage liegt eine bauliche Entscheidung. Ein Einzelgerät braucht Last und Platz direkt an der Werkzeugmaschine, eine zentrale Anlage braucht ein Rohrnetz, in dem der Querschnitt jeder Teilstrecke gerechnet sein muss.
Reserve wird beim Volumenstrom eingeplant, nicht beim Gerät. Ein zu groß gewählter Abscheider arbeitet außerhalb seines Auslegungspunkts und scheidet in der kritischen Fraktion schlechter ab als ein passend gewähltes Gerät.
Woran lässt sich die Wirkung des Abscheiders im Betrieb belegen?
Belegt wird die Wirkung über drei Messgrößen am eingebauten Gerät: den Volumenstrom an der Erfassungsstelle, den Differenzdruck über den Stufen und den Restölgehalt der Reinluft. Alles davon gehört ins Protokoll der Abnahme.
Die Pflichtmessungen einer Abnahmeprüfung nennt DIN EN 12599: Gesamtvolumenstrom, Lufttemperatur, Druckverlust über dem Filter und Leistungsaufnahme der Motoren. Für die Volumenstrombestimmung im Kanal beschreibt dieselbe Norm ein Netzmessverfahren, und sie nennt für die Messung der Zuluft im Raum eine Messunsicherheit von 15 Prozent in der Fassung von 2013.
Diese Unsicherheit gehört in die Bewertung. Bei einem Rohr mit 200 mm lichter Weite und einem Sollwert von 500 m³/h liegt der noch zu akzeptierende Bereich nach DIN EN 12599 zwischen 415 und 585 m³/h, und ein Sollwert ohne diese Spanne ist im Abnahmeprotokoll wertlos.
Wiederkehrend geprüft wird nach Betriebssicherheitsverordnung mindestens jährlich, dazu kommt eine Erstprüfung vor der Inbetriebnahme und eine Funktionsprüfung vor Arbeitsbeginn. Fehlt die Erstprüfung, fehlt der Vergleichswert, und jede späte Messung steht ohne Bezug da.