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Arbeitsschutz Schweißrauch mit Nanotechnik sicher absaugen

Autor / Redakteur: Carlo Saling und Jörn Jacobs / Robert Weber

Wenn im Arbeitsschutz über Nano gesprochen wird, dann meistens über Nanopartikel und deren Auswirkungen auf die Gesundheit der Mitarbeiter. Nano sollte aber nicht immer nur negativ konnotieren. Mit Nanofaser sind Filterpatronen zum Absaugen beispielsweise effektiver und fördern die Gesundheit der Belegschaft.

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Die SFC-Filterpatronen liegen bei den Herstellkosten im Vergleich zu PTFE-Membranen im Vorteil. Davon profitiert der Kunde: Verbrauchsmaterial- und Ersatzteilpreise sind geringer. (Bild: UAS)
Die SFC-Filterpatronen liegen bei den Herstellkosten im Vergleich zu PTFE-Membranen im Vorteil. Davon profitiert der Kunde: Verbrauchsmaterial- und Ersatzteilpreise sind geringer. (Bild: UAS)

Schweißrauche sind komplexe Stoffgemische aus Metalloxiden, Silikaten und Fluoriden, die bei Bearbeitungsverfahren, beispielsweise Schweißen, thermischem Schneiden und verwandten Arbeiten wie Löten, thermischem Spritzen und Flammhärten, auftreten. Diese Rauche entstehen, wenn metallische Werkstoffe über die Siedetemperatur erhitzt werden, in Gase übergehen, diese anschließend in der Luft abkühlen und zu ultrafeinen Partikeln auskondensieren. Diese Partikel, deren Durchmesser fast ausschließlich unter 1 µm (< 0,001 mm) liegen, sind als stark gesundheitsgefährdend einzustufen, weil sie beim Einatmen bis in die Lungenbläschen des Körpers (Alveolen) vordringen können.

Schweißrauch-Partikel können Schwindelgefühl und Lungenkrebs verursachen

Diese Schadstoffe können bei hoher Konzentration oder häufiger Exposition zu unmittelbaren Symptomen (Schwindelgefühl, Kopfschmerzen, Metallfieber) bis hin zu chronischen obstruktiven Atemwegserkrankungen (chronische Bronchitis, Asthma, Lungenkrebs) und Schädigungen des Zentralnervensystems (parkinsonsche Erkrankung) führen. Laut Gefahrstoff-Richtlinie 98/24/EG sind Arbeitnehmer vor gefährlichen Stoffen zu schützen und Schweißrauch ist als solcher deklariert. Der allgemeine Grenzwert für A-Staub, für alveolengängige Partikel, beträgt in Deutschland 3 mg/m³.

In der Regel treten im Atembereich des Schweißers bei Nichtanwendung lüftungstechnischer Maßnahmen – wie Absauganlagen – Schadstoffkonzentrationen auf, die die Vorgabe um ein Vielfaches überschreiten können. Bei hoch legierten Stählen, die in Summe mehr als fünf Gewichtsprozent an Legierungselementen wie Chrom, Nickel und Mangan enthalten, sind sogar niedrigere Grenzwerte für die Arbeitsumgebung des Arbeitnehmers verbindlich. Ein Umluftbetrieb der gefilterten Luft ist in diesem Fall grundsätzlich nicht erlaubt.

Abweichend von diesem Grundsatz darf die in einem Arbeitsbereich abgesaugte Luft dorthin zurückgeführt werden, wenn sie unter Anwendung behördlicher oder berufsgenossenschaftlich anerkannter Verfahren (beispielsweise Sicherheitsfilter H13 als Nachfilter oder Energierückgewinnung durch Wärmetauscher) oder Geräte (W3-geprüfte Geräte) ausreichend von solchen Stoffen gereinigt ist. Informationen zum Stand der Technik mit dem Thema „Schweißrauch“ bieten BGR 220 und die TRGS 558 und der Thematik „Luftrückführung beim Umgang mit krebserzeugenden Gefahrstoffen“ TRGS 560.

System gegen Schweißrauch und Schleifstaub gesucht

Zambelli Technik ist ein Metall verarbeitendes und mittelständisches Unternehmen in der Tschechischen Republik, das Öfen und Kamine produziert. Der exportorientierte Hersteller ist in den letzten Jahren stark gewachsen und baute infolgedessen die Fertigungskapazitäten sukzessive aus. Verfahrenstechnisch entstehen während der Produktion sowohl Schweißrauch als auch Schleifstaub.

Die Aufgabenstellung des Kunden war, eine Systemlösung zur Schadstofferfassung und Hallenlüftung zu erarbeiten. Die Schadstoffe sollten über eine zentrale Filteranlage abgesaugt werden, die bevorzugt außerhalb der Produktionshalle aufzustellen sei. Die gefilterte Luft sollte während der Heizperiode über eine Sommer-Winterschaltung wieder in die Halle zurückgeführt werden können, um Ressourcen zu schonen und Heizkosten einzusparen.

Außerdem ist der Schweißrauch als brennbar einzustufen, da bei der Metallbearbeitung Zündquellen, etwa beim Schleifen, nicht auszuschließen sind und so zu einem Rohrleitungs- und Filterbrand führen können. Konventionelle Prallplatten und Umlenken bieten hierzu keinen sicheren Schutz, sodass Brandschutzaufgaben bei der Anlagenplanung mit in Betracht zu ziehen waren.

Nanofaserschicht scheidet Schweißrauch auf dem Filter ab

Partikel von Schweißrauch sind zu circa 99% kleiner als 1 µm und stellen höchste Ansprüche an das Filtermedium: Auf der einen Seite muss die Abscheidung der ultrafeinen Schadstoffe zuverlässig erfolgen, um die Arbeitsplatz- und Reinluftkonzentrationen mindestens unterhalb der bestehenden Grenzwerte zu gewährleisten, sollte aber auf der anderen Seite moderate Druckverluste bei langen Standzeiten der Filterpatronen aufweisen, um geringe Betriebskosten zu ermöglichen.

United Air Specialists hat seit 2007 innovative Filterpatronen mit Nanofasertechnologie im Portfolio, die diesen Ansprüchen gewachsen sind. Der Vorteil der Filterpatronen hinsichtlich Abscheideleistung und Standzeit ist in einer ultradünnen, synthetischen Faser begründet, die während des Fertigungsprozesses mithilfe des Jet-Spinning-Verfahrens auf die Oberfläche des konventionellen Filtersubstrats aufgebracht wird und sich als feine Faserschicht darauf ausbildet. In dieser feinporigen Schicht scheiden sich die Partikel ab und bilden einen Filterkuchen auf der Oberfläche, der über Druckluft im Gerät automatisch abgereinigt werden kann und somit längere Standzeiten erreicht als konventionelle Filtermedien, bei denen sich die Partikel irreversibel ins Substrat ablagern.

Filtermedien mit PTFE-Membranen arbeiten im Grund auch nach diesem Prinzip der Oberflächenfiltration, aber die PTFE-Fasern sind aufgrund des Meltblown-Fertigungsverfahrens dicker (circa 1 bis 10 µm) als UAS-Nanofasern, was zur Folge hat, dass die Abscheideleistung und Standzeiten geringer sind. Zum Vergleich: Die Nanofasern von United Air Specialists haben einen Durchmesser von nur circa 100 nm (0,1 µm oder 0,0001 mm), sodass Standzeiten in der Regel von deutlich über 8000 Stunden in industriellen Bearbeitungsprozessen erzielt werden können.

Institute bestätigen Abscheideleistung der Filterpatrone bei Schweißrauch

Das bedeutet: ein Jahr Dauerbetrieb mit drei Schichten. Die herausragende Abscheideleistung des Filtermediums spiegelt sich in diversen Zertifizierungen wider, die durch unabhängige Prüfinstitute bescheinigt sind. Nach UAS-Wissensstand besitzt derzeit weltweit kein Oberflächenfilter außer Filterpatronen aus dem eigenen Haus die Abscheideleistung MERV 15 nach ASHARE 52.2. Dies zeigte sich auch bei der Schadstoffmessung auf der Reinluftseite. Die Werte lagen bei der Inbetriebnahme des Filters direkt unterhalb 0,1 mg/m³.

Ein weiterer Vorteil der UAS-Nanofasertechnik ist, dass die Herstellkosten gegenüber PTFE-Membranen deutlich niedriger liegen, was in attraktiveren Ersatzteil-/Verbrauchsmaterialpreisen resultiert. Des Weiteren wurden durch UAS die beiden verbleibenden Parts der Aufgabenstellung ebenfalls gelöst: die Aufstellung im Freien, die aufgrund der robusten Stahlkonstruktion und Pulverbeschichtung der Entstaubungsfilter problemfrei und ohne Aufpreis möglich ist, sowie der vorbeugende Brandschutz, den das UAS-Engineering direkt in die Auslegung der Anlage mit eingearbeitet hat, um dem Zündrisiko Rechnung zu tragen.

* Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Carlo Saling ist Product Manager bei UAS Inc. Deutschland in 65520 Bad Camberg, Jörn Jacobs ist Geschäftsführer der IHW Marketing GmbH

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