Schweißrauch Cloos China

Die Grenzwerte für alveolengängigen Staub – der in Schweißrauch vorkommt – sind von 3 mg/m3 auf 1,25 mg/m3 gesenkt worden. Schweißanlagenbauer Cloos setzt daher auf emissionsärmere Schweißprozesse. - Bild: Cloos

Beim Schweißen entsteht Schweißrauch – und der kann die Gesundheit gefährden. Denn er enthält den sogenannten alveolengängigen Staub (A-Staub). Es handelt sich dabei um einatembaren Staub, der so fein ist, dass er beim Einatmen bis in die kleinsten Verzweigungen der Lunge, in die Alveolen (Lungenbläschen), vordringen kann. Um die Gesundheit von Schweißern noch mehr zu schützen, ist der Grenzwert für A-Staub von 3 mg/m3 auf 1,25 mg/m3 abgesenkt worden. Spätestens 2018 gilt der neue Wert verpflichtend.

„Bei Daimler haben wir uns frühzeitig auf eine mögliche Reduzierung des Arbeitsplatzgrenzwerts für alveolengängige Stäube vorbereitet“, berichtet Ines Reinhardt, Leiterin Entwicklung und Koordination Arbeitsschutz bei der Daimler AG. Schon vor ein paar Jahren habe man präventiv Schutzmaßnahmen an allen betroffenen Arbeitsplätzen geprüft und umgesetzt. Insofern ist der Autobauer für die neuen Grenzwerte gerüstet.

Schweißraucharme Prozesse senken Emissionen

Grundsätzlich lassen sich beim Bau von automatisierten Schweißanlagen die schädlichen Emissionen durch den Einsatz von schweißraucharmen Prozessen senken. Das teilt Klaus-Peter Schmidt, Leiter Welding Products bei Carl Cloos Schweißtechnik, mit. „Die Schweißprozesse müssen wir aufgrund der neuen Verordnung für Schweißrauchgrenzwerte nicht verändern“, erläutert der Schweißtechnik-Experte.

Schmidt beruft sich jedoch auf verschiedene Forschungsprojekte, die in Deutschland durchgeführt wurden. „Durch die Ergebnisse der Forschungsberichte können wir bei Gesprächen mit dem Endkunden auf Schweißprozesse hinweisen, die geringe Schweißrauche erzeugen.“ Außerdem sei es durch eine verbesserte Auslegung der Absauganlagen möglich, den neuen Grenzwert von 1,25 mg/m3 einzuhalten.

Das rät die Berufsgenossenschaft

Die Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) empfiehlt, entsprechend der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) vorzugehen und zunächst das eingesetzte Schweißverfahren und die Schweißzusatzwerkstoffe dahingehend zu prüfen, ob auf dem Markt schadstoffärmere Verfahren und Werkstoffe zur Verfügung stehen.

Als schadstoffarme Schweißverfahren sind etwa energiereduzierte Verfahren wie Cold-Arc-Verfahren und Impulslichtbogen-Verfahren bekannt. Im Bereich der Zusatzwerkstoffe rät die BGMH, mit den Herstellern/Lieferanten der Zusatzwerkstoffe Kontakt aufzunehmen. Es gibt bestimmte Elektroden, die eine niedrigere Schweißrauchkonzentration produzieren. Allerdings muss der Zusatzwerkstoff immer auch auf den Schweißprozess abgestimmt sein.

Weitere Maßnahmen sind zum Beispiel die Optimierung der Schweißparameter entsprechend den Herstellerangaben. Bereits eine Verringerung der Spannung um 0,5 V führt zu einer niedrigeren Emissionsrate. Meist lassen sich die Schweißrauch-Emissionen durch die Wahl des richtigen Verfahrens und des richtigen Zusatzwerkstoffs deutlich reduzieren.

Wird der Grenzwert trotzdem noch nicht eingehalten, kann dies durch lüftungstechnische Maßnahmen (Schweißrauchabsaugung) kompensiert werden. Eine besondere Aufmerksamkeit gilt hierbei der Auswahl des geeigneten Erfassungselementes. Eine leistungsfähige Schweißrauchabsaugung allein ist nicht ausreichend. Vielmehr ist es wichtig, darauf zu achten, dass so viel Schweißrauch wie möglich erfasst wird. Dazu gehört in erster Linie die Positionierung des Erfassungselements, möglichst direkt im Schweißrauch-Entstehungsbereich.

Brennerintegrierte oder auf den Brenner aufgesetzte Absaugarme erlauben eine unmittelbare Erfassung der Schweißrauche an der Entstehungsstelle. Diese Anlagen wurden in den vergangenen Jahren erheblich verbessert. Hochvakuumanlagen sind sehr effektiv und benötigen geringere Luftmengen (150 m3/h) als Niedrigvakuumanlagen (1 000 m3/h).

Wie der Schweißtechnikhersteller Fronius mitteilt, entsteht Feinstaub beim Schweißen durch che­misch-physikalische Prozesse auf­grund der hohen Temperaturen, welche die Wärmequelle, zum Beispiel ein Laser oder ein Lichtbogen, erzeugt. Welche und wie viele Schadstoffe freigesetzt werden, sei jedoch nicht nur abhängig von der Wärmequelle, dem Schweißverfahren, oder dem Schweiß­prozess.

Auch der Zusatzwerkstoff, das verwendete Schutzgas, aber auch der Grundwerkstoff sowie Beschichtungen und Oberflächenverunreinigungen hätten einen signifikanten Einfluss auf die Schweißrauchentwicklung und somit auf die Schweißrauchkonzentration. „Um unter dem Grenzwert von 1,25 mg/m³ zu bleiben, bedarf es nicht nur der auf die jeweilige Anwendung optimierten Anpassung dieser Faktoren, sondern auch eines optimierten Absaug- und Filtersystems bis hin zu Schweißhelmbelüftungssystemen“, berichtet ein Unternehmens­sprecher des österreichischen Un­ternehmens.

Die Entstehungsmechanismen von Schweißrauch unterscheiden sich dabei im Kurz- und Sprühlichtbogen signifikant. Das haben  Versuche von Wissenschaftlern der RWTH Aachen und der Technischen Universität Dresden an un- und niedriglegierten Stählen ergeben. Beim Cold-Arc-Verfahren von EWM wird der Kurzlichtbogen beispielsweise mit sehr geringer Leis­tung aufgelöst, was die Schweiß­rauchemission um bis zu 75 % reduziert.

Integrierte Absauganlagen schützen Schweißer

Das Schweißverfahren Force-Arc von EWM hat gegenüber dem konventionellen Sprühlichtbogen eine kürzere Lichtbogenlänge und damit einen höheren Lichtbogendruck. Der Lichtbogen dringt tiefer in den Grundwerkstoff ein, dabei wird der Rauchniederschlag an der Werkstoffoberfläche erhöht – die Schweißrauchemissionen sind um 40 % verringert, da sie nicht an die Luft abgegeben werden.

Der CMT Prozess von Fronius ist ein MIG/MAG-Prozess, der entwickelt wurde, um die Lichtbogenbrennzeit und damit verbunden auch die Energieeinbringung in das Werkstück zu reduzieren. Er senkt daher die Schweißrauchkonzentration. Erreicht wird das durch eine hochdynamische mechanische Vor- und Rück-Bewegung des Drahts während des Schweißens, welche zusätzlich die Tropfenablöse unterstützt.

Bild: Cloos

"Bevor eine eventuell teure Umrüstung oder Anschaffung eines Abluftsystems durchgeführt wird, sollten zuerst eindeutige Messungen stattfinden."

Klaus-Peter-Schmidt, Leiter Welding Products bei Carl Cloos Schweißtechnik

Auch in bestehenden Anlagen muss der neue Grenzwert eingehal­ten werden. Schweißanlagenbauer Cloos rät hier, zuerst eindeutige Messungen durchzuführen, bevor eine eventuell teure Umrüstung oder eine Anschaffung eines Abluftsystems durchgeführt wird. „In der Regel werden diese Messungen von den örtlichen Berufsgenossenschaften durchgeführt“, sagt Schmidt. Im Bedarfsfall nimmt Cloos aber auch die Dienstleistung der Lieferanten für Absauganlagen in Anspruch.

Bei Daimler jedenfalls hat die Überprüfung der betroffenen Arbeitsplätze gezeigt, dass der niedrigere Grenzwert zum Großteil bereits eingehalten wurde. „An den anderen Arbeitsplätzen haben wir die Schutzmaßnahmen wie zum Beispiel Lüftungstechnik, Arbeitstechniken oder persönliche Schutzausrüstung entsprechend angepasst oder optimiert“, berichtet Arbeitsschutz-Expertin Reinhardt.

Dinse Absaugbrenner
Bild: Dinse

3 Wege, Schweißrauch zu minimieren

1) Rauchgas vor Ort erfassen und absaugen

Das Rauchgas-Absaugsystem von Dinse besteht aus der mobilen Hochvakuum-Absauganlage FE 340 in Kombination mit Rauchgas-Absaugbrennern in verschiedenen Leistungsstärken. Dies ermöglicht laut Herstellerangaben eine gezielte und effektive Erfassung des Schweißrauchs direkt am Entstehungsort. Die Rauchgasabsauganlage FE 340 mit 33 500 Pa maximalem Unterdruck sichert hohe Leistung auf langen Förderwegen. Sie bietet einen Abscheidegrad von 99,97 %.

EWM Schweißrauch
Bild: EWM

2) Neue Schweißverfahren nutzen

Wissenschaftlichen Untersuchungen zufolge verringern die digital modifizierten Schweißprozesse Cold-Arc, Force-Arc und Force-Arc puls von EWM die Schweißrauchemissionen signifikant. Auf dem Bild zu sehen ist das Impulslichtbogenschweißen von hochlegiertem Chrom-Nickel-Stahl mit dem Schweißprozess Force-Arc puls. Die Schweißrauchemissionen sinken hier um das 4,5-Fache gegenüber dem konventionellen Schweißverfahren.

Fronius Absaugbrenner
Bild: Fronius

3) Absaugsystem am Schweißbrenner montieren

Der Einsatz von raucharmen Prozessen wird laut Fronius nicht ausreichen, um die neue Feinstaub-Regelung einzuhalten. Absaug-, Filter-Technologie und Helmabsaugung werden zusätzlich notwendig sein, um unter dem Grenzwert von 1,25 mg/m3 zu bleiben. Eine effiziente Möglichkeit bietet dabei eine Absaugung direkt an der Schweißrauch-Quelle, in der Nähe des Lichtbogens. Das Fume-Ex Absaugsystem von Fronius wird am Schweißbrenner montiert und saugt den Rauch dort ab, wo er entsteht.