Gefahrstoffe bei der Schweißrauchabsaugung: Welche Filteranforderungen gelten?
Schweißrauch ist kein einheitlicher Stoff. Je nach Werkstoff, Zusatzwerkstoff und Bearbeitungsverfahren entsteht ein Gemisch aus feinen Partikeln, Metallverbindungen, Gasen, Dämpfen oder Aerosolen. In der Praxis reicht es deshalb nicht aus, eine Schweißrauchabsaugung allein nach dem sichtbaren Rauch oder einem hohen Abscheidegrad auszuwählen.
Entscheidend ist, welche Gefahrstoffe tatsächlich auftreten, wie sie erfasst werden und ob zusätzliche Risiken durch Funken, brennbare Stäube oder eine Luftrückführung entstehen. Der folgende Überblick zeigt, wie sich aus der Gefährdung die Anforderungen an Erfassung, Filtertechnik und Anlagenbetrieb ableiten lassen.
Welche Gefahrstoffe können bei der Metallbearbeitung entstehen?
Beim Schweißen, Schleifen, Löten sowie beim Plasma-, Laser- oder Brennschneiden entstehen unterschiedliche Stoffgemische. Ihre Zusammensetzung wird durch den Grundwerkstoff, den Schweißzusatz, Beschichtungen, Öle, Reinigungsmittelreste und die eingesetzte Prozessenergie beeinflusst.
Schweißrauche bestehen überwiegend aus sehr kleinen festen Partikeln, können aber zusätzlich gasförmige Bestandteile enthalten. Schweißrauche sind zudem insgesamt als krebserzeugend eingestuft. Bei hochlegierten und nichtrostenden Stählen können Chrom- und Nickelverbindungen freigesetzt werden. Besonders relevant sind dabei sechswertige Chromverbindungen und bestimmte Nickelverbindungen. Bei un- und niedriglegierten Stählen sowie zahlreichen Zusatzwerkstoffen kann Mangan eine wesentliche Rolle spielen.
Verzinkte Werkstücke führen typischerweise zu Zinkoxid, Aluminiumprozesse zu Aluminiumoxid. Bei beschichteten, lackierten oder verunreinigten Bauteilen können zusätzlich Formaldehyd, organische Dämpfe oder andere Zersetzungsprodukte auftreten. Phosgen ist dagegen kein üblicher Bestandteil des Schweißrauchs, sondern kann in besonderen Fällen aus chlorierten Rückständen entstehen.
- Chrom, Nickel und Mangan
- Zinkoxid und Aluminiumoxid
- Schleif- und Schneidstäube
- Ozon
- Stickoxide
- Formaldehyd und organische Dämpfe
- Funken und glühende Partikel
- trockene brennbare Metallstäube
Warum Partikelgröße und Aggregatzustand die Filterwahl bestimmen
Die gesundheitliche Wirkung hängt wesentlich davon ab, wie tief Partikel in die Atemwege eindringen können. Einatembare Partikel gelangen in Nase und Rachen, kleinere thorakale Partikel bis in die tieferen Atemwege. Alveolengängige Partikel können den Gasaustauschbereich der Lunge erreichen.
Schweißrauch enthält häufig feine und ultrafeine Partikel, die lange in der Luft schweben. Eine geringe Sichtbarkeit ist deshalb kein verlässliches Zeichen für eine niedrige Belastung.
Filtertechnisch muss zwischen Partikeln und gasförmigen Stoffen unterschieden werden. Mechanische Filter halten Staub- und Rauchpartikel zurück. Gase und Dämpfe passieren einen reinen Partikelfilter jedoch weitgehend. Für ausgewählte gasförmige Stoffe können Aktivkohle oder andere Sorptionsmedien eingesetzt werden. Deren Wirksamkeit hängt von der Stoffart, Konzentration, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Kontaktzeit und Beladung ab. Eine Aktivkohlestufe ist daher keine pauschale Lösung für alle Gase und ersetzt weder eine fachgerechte Auslegung noch eine notwendige Abluftführung.
Auch Filterbezeichnungen dürfen nicht gleichgesetzt werden:
H13 Staubklasse H W3
Weitere Filterbegriffe: ISO Coarse, ePM10, ePM2,5 und ePM1 beschreiben Filter für die allgemeine Raumlufttechnik. EPA-, HEPA- und ULPA-Klassen bezeichnen Hochleistungs-Partikelfilter.
Werkstoff und Bearbeitungsverfahren verändern die Gefährdung
Die Filteranforderung ergibt sich nicht allein aus dem Verfahren. Ein emissionsarmes Verfahren kann durch kritische Werkstoffbestandteile trotzdem eine hohe Gefährdung verursachen.
| Verfahren | Was typischerweise zu erwarten ist |
|---|---|
| WIG-Schweißen | meist weniger sichtbarer Rauch; gleichzeitig können ultrafeine Partikel sowie Ozon und Stickoxide relevant sein |
| MIG/MAG, Fülldraht, E-Hand | häufig größere Partikelmengen |
| Plasma- und Brennschneiden, Laserstrahlschneiden, thermisches Spritzen | können mit einem hohen Emissionsanfall verbunden sein |
| Schleifen und Trennen | gröbere Partikel, Funken und je nach Metall brennbare Stäube |
Lacke, Verzinkungen, Öle, Klebstoffe oder Reinigungsmittelreste verändern das Stoffgemisch zusätzlich. Bei chrom- und nickelhaltigen Werkstoffen kommt die stoffliche Gefährdung durch krebserzeugende Verbindungen hinzu.
Für die Bewertung sind daher mehrere Faktoren zusammenzuführen:
- Werkstoff und Zusatzwerkstoff
- Oberflächenzustand und vorhandene Verunreinigungen
- Verfahren und Prozessleistung
- Dauer und Häufigkeit der Arbeiten
- Anzahl gleichzeitig betriebener Arbeitsplätze
- Raumvolumen und Luftströmungen
- Position der Beschäftigten zur Emissionsquelle
- Wirksamkeit der eingesetzten Erfassungseinrichtung
Erst diese Gesamtbetrachtung zeigt, welche Absaugung und welche Filterstufen erforderlich sind.
Welche Anforderungen muss eine Filteranlage erfüllen?
Die wichtigste Voraussetzung ist eine wirksame Erfassung möglichst nahe an der Entstehungsstelle. Wird der Schweißrauch nicht erfasst, kann auch ein leistungsfähiger Filter seine Aufgabe nicht erfüllen. Absaughaube, Absaugarm, Brennerabsaugung, Tischabsaugung oder Einhausung müssen so ausgelegt und positioniert sein, dass die Gefahrstoffe den Atembereich nicht durchströmen. Querströmungen, ein zu großer Abstand oder ein unzureichender Volumenstrom können die Wirksamkeit deutlich reduzieren.
Zur Anlagenauslegung gehören außerdem der erforderliche Unterdruck, die Druckverluste im Rohrnetz, die Filterfläche und das eingesetzte Filtermedium. Bei kurzzeitigen Arbeiten mit geringer Staubmenge können mehrstufige Einwegfiltersysteme geeignet sein. Bei lang andauernder Belastung oder hohem Staubanfall sind abreinigbare Filterpatronen häufig zweckmäßiger.
Die Abreinigung muss so erfolgen, dass abgeschiedene Gefahrstoffe nicht wieder in den Arbeitsraum gelangen. Ebenso wichtig sind eine kontrollierte Staubsammlung, ein möglichst staubarmer Filterwechsel und eine sichere Entsorgung. Differenzdrucküberwachung, Filterzustandsanzeige, Betriebsstundenzähler, Partikelsensoren und Alarmfunktionen unterstützen den sicheren Betrieb. Raumlufttechnische Anlagen, Schichtlüftung oder Push-Pull-Systeme können die Hintergrundbelastung in Hallen senken. Sie sind jedoch grundsätzlich als Ergänzung zur Erfassung an der Quelle zu betrachten.
Für die Auswahl einer Schweißabsauganlage sind sechs Kriterien zu prüfen. Sie stehen gleichrangig nebeneinander und müssen gemeinsam betrachtet werden:
- Stoffart Entstehen hauptsächlich Partikel oder zusätzlich Gase, Dämpfe und Aerosole?
- Werkstoffe Welche Werkstoffe, Zusatzwerkstoffe und Beschichtungen werden bearbeitet?
- Emissionsanfall Wie hoch und wie dauerhaft ist der Emissionsanfall?
- Funken und Hitze Werden Funken, heiße Partikel oder brennbare Stäube eingesaugt?
- Explosionsgefahr Kann ein explosionsfähiges Staub-Luft-Gemisch entstehen?
- Luftrückführung Soll die gereinigte Luft in den Arbeitsbereich zurückgeführt werden?
Wann sind W3, Aktivkohle, HEPA, Nassabscheidung oder Explosionsschutz erforderlich?
Die folgenden Abschnitte erklären die Technik im Einzelnen. Vorab die Richtung, in die bei einer bestimmten Gefährdung zu denken ist:
W3-geprüfte Schweißrauchabscheidung
W3 ist kein allgemeines Qualitätsmerkmal für ein einzelnes Filterelement. Die Kennzeichnung bezieht sich auf eine nach EN ISO 21904-1 und -2 geprüfte Schweißrauchabscheideeinrichtung. Sie bestätigt die geprüfte Abscheidung von Schweißrauch im vorgesehenen Gesamtsystem. W3 sagt jedoch nichts über die Abscheidung gasförmiger Gefahrstoffe aus und ersetzt keine arbeitsplatzbezogene Evaluierung.
Für österreichische Betriebe richtet sich die Zulässigkeit einer Luftrückführung nach dem ArbeitnehmerInnenschutzgesetz, der Grenzwerteverordnung und den Ergebnissen der Arbeitsplatzevaluierung. Eine IFA- beziehungsweise W3-Prüfung kann einen wichtigen technischen Nachweis darstellen. Sie erlaubt die Umluftführung in Österreich aber nicht automatisch für jede Tätigkeit mit krebserzeugenden Stoffen.
HEPA-Endstufen und Aktivkohle
HEPA-Filter können als nachgeschaltete Stufe für besonders feine Partikel sinnvoll sein. Entscheidend ist dabei nicht nur die Klasse des Filterelements. Auch Gehäusedichtheit, Dichtsitz, Bypass-Leckagen und die Prüfung der vollständigen Anlage beeinflussen die tatsächliche Abscheideleistung.
Aktivkohle dient zur Adsorption ausgewählter Gase, Dämpfe und Geruchsstoffe. Sie ergänzt die Partikelfiltration, kann aber nur für konkret bekannte und adsorbierbare Stoffe ausgelegt werden. Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder der durch Schutzgase verursachte Sauerstoffmangel lassen sich damit nicht verlässlich beherrschen.
Nassabscheidung, Brand- und Explosionsschutz
Nassabscheider binden Partikel und Funken in Wasser und können insbesondere bei Schleifstäuben sowie in geeigneter Sonderausführung bei Aluminiumstaub eingesetzt werden. Mit dem Verfahren entstehen jedoch neue Anforderungen an Wasserzustand, Wartung, Schlammbehandlung, Korrosionsschutz und Entsorgung. Die Eignung muss deshalb für den jeweiligen Metallstaub geprüft werden.
Bei funkenreichen Prozessen können Funkenschutzgitter, Funkenabscheider, Nassvorabscheider, Sensorik, automatische Abschaltungen oder Löschsysteme erforderlich sein. Für trockene brennbare Metallstäube ist zusätzlich der Explosionsschutz zu bewerten. In Österreich bildet dafür die Verordnung explosionsfähige Atmosphären, kurz VEXAT, den betrieblichen Rechtsrahmen.
Gefährdungsbeurteilung, Luftrückführung und sicherer Anlagenbetrieb
Vor der Auswahl einer Filteranlage steht die Arbeitsplatzevaluierung. Dafür werden die eingesetzten Werkstoffe, Zusatzwerkstoffe, Beschichtungen und Reinigungsmittel erfasst und die jeweiligen Sicherheitsdatenblätter geprüft. Anschließend sind Verfahren, Expositionsdauer, räumliche Bedingungen, mögliche krebserzeugende Bestandteile sowie Brand- und Explosionsgefahren zu beurteilen.
Die Wirksamkeit der Absaugung muss bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb überprüft werden. Dazu gehören festgelegte Wartungsintervalle, Filterkontrollen, Funktionsprüfungen und eine nachvollziehbare Dokumentation. Auch der Filterwechsel und die Entsorgung des abgeschiedenen Staubes sind Teil des Schutzkonzepts, weil Gefahrstoffe bei unsachgemäßer Handhabung erneut freigesetzt werden können.
Bei Holzer ASS® werden mobile, wandmontierte und zentrale TEKA-Absaug- und Filteranlagen anhand dieser anwendungsbezogenen Kriterien ausgewählt und auf den jeweiligen Prozess abgestimmt. Für die Anlagenwahl bleibt jedoch die zentrale Regel bestehen: Ein hoher Abscheidegrad allein zeigt nicht, ob eine Filteranlage für den konkreten Gefahrstoff, das Verfahren und den vorgesehenen Anlagenbetrieb geeignet ist.