Schweißen ist das wichtigste Fügeverfahren zur dauerhaften Verbindung von zwei oder mehreren Werkstücken. Egal welche Schweißmethode zum Einsatz kommt, es lässt sich eines nicht vermeiden: Schweißrauch, Feinstaub und Emissionen. Sehr wohl lassen sich aber die negativen Auswirkungen der Schweißrauchemissionen auf Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, Anlagen und Gebäude verhindern. Schweißrauch ist gesundheitsschädlich und durch seine Lungengängigkeit gefährlich für den Menschen. Davon ist nicht nur der Schweißer selbst betroffen, sondern auch der benachbarte Maschinenbediener an der automatisierten Schweißanlage. Hinzu kommt, dass sich der Schweißrauch als sogenannte diffuse Emission in allen Arbeitsbereichen verteilt. Diese belastet alle, die sich in der Halle aufhalten.
Die vorliegende Zusammenfassung stellt einen umfassenden und kompakten Überblick der Gefahren dar, die durch Schweißrauchemissionen entstehen. Aber auch, wie es möglich ist, für einen sicheren und rechtskonformen Schweißbetrieb zu sorgen. Unsere Empfehlungen basieren auf jahrzehntelangen Erfahrungen im Bereich Schweißrauchabsaugung und Filtration von Schweißrauch und der Hallenluftreinigung von Schweißhallen.
Manche unserer Empfehlungen benötigen einiges an Vorlaufzeit. Andere sind sofort und direkt umsetzbar. Insgesamt sorgen aber alle diese Stellschrauben für eines: mehr Schutz für den Schweißarbeitsplatz, eine potenzielle Verbesserung der Schweißqualität und nicht zuletzt eine erhebliche Reduktion der Energiekosten.
INHALT
Die Gefahren durch Schweißrauch ergeben sich zum einen aus den unterschiedlichen Inhaltsstoffen des Emissionsgemisches und zum anderen aufgrund der Feinheit der Emissionen.
Generell gilt: Schweißrauch ist ein Gefahrenstoff.
Daher besteht eine gesetzliche Pflicht zur Evaluierung der Gefahren durch Schweißrauch und dem Setzen von geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Arbeitskraft.
Abhängig vom Schweißverfahren, dem Schweißwerkstoff und den Schweißzusätzen entstehen unterschiedliche Arten von Schweißrauch. Sie unterscheiden sich stark in ihren Eigenschaften. Deswegen kategorisiert man den Schweißrauch anhand seiner Auswirkung auf den Menschen in atemwegsbelastenden, toxischen und krebserregenden Schweißrauch.
Das verwendete Schweißverfahren und die verwendeten Werkstoffe haben neben den Zusatzstoffen direkten Einfluss darauf, welche Art von Schweißrauch entsteht.
Die folgende Auflistung gibt einen kompakten Überblick über die häufigsten Schweißverfahren und die damit einhergehende Zusammensetzung des Schweißrauchs.
| Schweißverfahren | Schweißrauchmenge | Emissionsrate [mg/s] |
|---|---|---|
| Gasschweißen, Rührreibschweißen, WIG, Unterpulverschweißen, Widerstandspunktschweißen | gering | < 1 |
| Laserstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff | gering | 1 bis 2 |
| MIG/MAG (energieoptimiertes Schutzgasschweißen) | mittel | 1 bis 4 |
| MIG (allgemein) | mittel | 2 bis 8 |
| Lichtbogenhandschweißen | hoch | 2 bis 22 |
| MAG (Massivdraht), Fülldrahtschweißen mit Schutzgas, Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff | hoch | 6 bis 25 |
| MAG (Fülldraht), Fülldrahtschweißen ohne Schutzgas, autogenes Brennschneiden, Lichtbogenspritzen |
sehr hoch | > 25 |
Quelle: DGUV
Für das Schweißen wurden im Laufe der Jahre zahlreiche Grenzwerte erlassen. Je nach Land und Art des zugrundeliegenden Leitstoffes variieren die Grenzwerte stark. Dabei geht der Gesetzgeber insbesondere auf das Gesundheitsrisiko ein und unterscheidet je nach Land in Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW), technische Richtkonzentrationen (TRK) oder Akzeptanz- und Toleranzkonzentration.
Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die häufigsten, schweißtechnisch-relevanten Grenzwerte.
| Grenzwert | Kategorie | Deutschland | Österreich |
|---|---|---|---|
| allgemeiner Staubgrenzwert | AGW | 1,25 mg/m³(A) | 5 mg/m³ (A) |
| Schweißrauch | AGW | 1,25 mg/m³ (A) | 5 mg/m³ (A) |
| Chrom(VI)-Verbindungen | TRK, Akz., Tol. | 0,001 mg/m³ (E) | 0,01 mg/m³ (E) |
| Cobalt und krebserzeugende Cobaltverbindungen (Cobalt(II)- oxid (CoO)) |
TRK, Akz., Tol. | 0,0005 mg/m³ (A) | 0,1 mg/m³ (E) |
| krebserzeugende Nickelverbindungen (Nickel(II)- oxid (NiO)) | TRK, Akz., Tol. | 0,006 mg/m³ (A) | 0,05 mg/m³ (E) |
| Mangan und seine anorganischen Verbindungen (zum Beispiel MnO, Mn3O4) |
AGW | 0,02 mg/m³ (A) | 0,05 mg/m³ (A) |
| Stickstoff(II)-oxid (NO) | AGW | 0,5 ppm 0,95 mg/m³ |
0,5 ppm 0,96 mg/m³ |
| Fluoride (Natriumfluorid (NaF), Calciumfluorid (CaF2), Natriumcalciumfluorid (NaCaF3)) |
AGW | 1 mg/m³ (E) | 2,5 mg/m³ (E) |
| Kohlenstoffmonoxid | AGW | 30 ppm 35 mg/m³ |
20 ppm 23 mg/m³ |
E ... einatembare Fraktion
A... alveolengängige Fraktion
Für schweißtechnische Arbeiten an metallischen Werkstoffen ist der Arbeitgeber verpflichtet, eine Gefährdungsbeurteilung zu erstellen. Sie hat vor Aufnahme der Schweißarbeiten zu erfolgen, die Ergebnisse der Erhebung sind zu beurteilen und zu dokumentieren. Das beinhaltet auch geeignete Schutzmaßnahmen zur Vermeidung oder Reduktion der Gefährdung durch den Schweißrauch.
Bei der Beurteilung ist folgende Rangfolge heranzuziehen:
Lufttechnische Maßnahmen sind beim Schweißen in der Regel unumgänglich. Sie sorgen dafür, dass Schweißrauch und Feinstaub erfasst, abgeführt und gefiltert werden. Damit das möglichst effizient erfolgen kann, sind eine Vielzahl an Einflussfaktoren zu beurteilen - darunter fallen das Schweißverfahren, die geschweißten Materialien, die Art des Arbeitsplatzes, die Größe des Werkstückes und die Fertigungsinfrastruktur. Dadurch sind die Lösungen so individuell wie die Anforderungen selbst.
Eine Möglichkeit die verfügbaren Lösungen zu ordnen, ist es sie anhand der Nähe zur Emissionsquelle, also dem Schweißen selbst zu gliedern:
Bei der Brennerabsaugung bzw. Pistolenabsaugung werden die Schweißrauchemissionen direkt am Schweißbrenner erfasst und abgesaugt. Dazu sind am Schweißbrenner Absaugdüsen installiert, an denen ein Absaugschlauch angeschlossen ist. Er wird mit dem Schlauchpaket des Schweißgerätes kombiniert, am Ende des Absaugschlauchs ist entweder ein Filtergerät installiert oder der Absaugschlauch führt über eine Hochvakuumverrohrung zu einer zentralen Filtereinheit. Hersteller von Schweißbrennern bieten oft integrierte Absauglösungen ihrer Produkte an. Bestehende Geräte können mit Erfassungskits nachgerüstet werden.
Bei der Schweißschirmabsaugung werden die Schweißrauchemissionen direkt mit einem Schirm erfasst und abgesaugt. Am Schweißschirm ist ein Absaugschlauch angeschlossen. Am Ende des Absaugschlauchs ist entweder ein Filtergerät installiert oder der Absaugschlauch führt über eine Hochvakuumverrohrung zu einer zentralen Filtereinheit. Die Bedeutung der Schweißschirmabsaugung hat in den letzten Jahren deutlich abgenommen. Das liegt vor allem an den
Neuere Schweißschirmen werden nicht mehr handgeführt, sondern direkt auf dem Kopf getragen und passen sich so aktiv an Schweißprozesse und der herrschenden Helligkeit an.
Häufig zur Erfassung und Absaugung beim Schweißen eingesetzt, erfassen sie die Schweißrauchemissionen durch nahe Positionierung an der Emissionsquelle.
Ein Absaugarm besteht standardmäßig aus Absaugrohren bzw. Absaugschläuchen, Knick- bzw. Drehgelenken zur richtigen Positionierung sowie einem Absaugtrichter. Dieser sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Saugwirkung und schützt vor dem Eindringen von Fremdkörpern. Optional sorgt eine integrierte Beleuchtung für verbesserten Komfort.
Typische Absaugarme decken einen Arbeitsbereich im Radius von ein bis vier Metern ab, mit einer entsprechenden Verlängerung sind Arbeitsradien bis zu acht Meter möglich. Der Durchmesser der Absaugarme für Schweißanwendungen beträgt in der Regel 160 Millimeter.
Schweißtische sind Arbeitstische, auf denen das Werkstück platziert und bearbeitet wird. Sie sorgen für das Erfassen des freigesetzten Schweißrauchs über integrierte Tischabsaugungen. Standardmäßig sind sie dazu mit einer Absaugvorrichtung nach unten (Tischabsaugung) ausgestattet, optional können die Schweißtische auch mit einer Rückwandabsaugung oder einer Seitenwandabsaugung ausgestattet werden.
In der Regel verfügen Absaugtische auch über eine Schublade, in der grobe Partikel aufgefangen werden. Je nach Anforderungen sind verschiedenste Optionen wie Auflageroste aus Holz oder Kunststoff, Höhenverstellbarkeit oder eine Beleuchtung verfügbar.
Typische Schweißtische decken einen Arbeitsbereich von ein bis drei Meter ab und verfügen über ein Arbeitstiefe von rund 0,7 Meter. Die Arbeitshöhe der Schweißtische kann den Anforderungen angepasst werden.
Absaugwände sorgen für ein flächiges Erfassen von Schweißrauch.
Dazu wird das Werkstück vor der Absaugwand - in der Regel auf einer Arbeitsbock - platziert. Die Rückwand sorgt für eine gleichmäßige Absaugwirkung über die ganze Wandfläche.
Typische Absaugwände sind modulartig aufgebaut und decken einen Arbeitsbereich von ein bis mehrere Meter sowie eine Höhe von 0,5 bis zwei Meter ab.
Absaughauben werden über dem Schweißprozess platziert. Sie sorgen dafür, dass der aufgrund seiner Thermik aufsteigende Schweißrauch und Feinstaub oberhalb des Schweißprozessen erfasst und abgeführt wird. In der Regel sind Schweißrauchabsaughauben mit Vorhängen ausgestattet. Sie dienen der Abschirmung des Schweißprozesses und als Kapselung für den Schweißrauch, sodass die Emissionen ungehindert aufsteigen können und nicht von Querluftströmen umgelenkt werden. Bei der optimalen Ausführung handelt es sich um eine Randstreifenabsaugung. Dabei sind an der Absaughaube umlaufend Absaugöffnungen platziert. Sie sorgen für eine gleichmäßige Erfassung über die gesamte Haubenfläche und schützen das Einsaugen von Fremdkörpern und Funken.
Absaughauben werden häufig beim Roboterschweißen eingesetzt. Dabei werden die Absaughauben entweder oberhalb des Roboters oder direkt am Roboter platziert. Selbst Lösungen mit am Roboter mitfahrenden Absaughauben können realisiert werden.
Typische Absaughauben sind modulartig aufgebaut und decken einen Absaugfläche von 1 bis mehrere Quadratmeter ab.
Absaugkabinen werden vielfach zur Beseitigung von Schweißrauch aus den Produktionshallen eingesetzt. Dabei werden die Schweißprozesse in einer eigenen Einhausung durchgeführt. Werkstücke werden manuell oder mittels Hubgeräten in die Absaugkabine transportiert, wo die Schweißarbeiten durchgeführt werden. Vielfach werden in den Absaugkabinen neben dem Schweißen auch andere Tätigkeiten wie beispielsweise Schleifarbeiten durchgeführt. Absaugkabinen eigenen sich, um einzelne Arbeitsprozesse wie z. B. Aluminiumschweißen, Normalstahlschweißen oder das Schweißen hochlegierter Stähle, voneinander abzuschotten.
Innerhalb der Schweißabsaugkabinen erfolgt die Erfassung der Schweißrauchemissionen in der Regel über die zuvor genannten Systeme wie Absaugarme, Schweißtische und Absaugwände. Neben der Schweißrauchabsaugung verfügen die Kabinen in der Regel über eine eigene Be- und Entlüftung.
Eine moderne Hallenluftreinigung in der Schweißhalle
Die Absaug-, Filter- und Lufttechnik und die dafür notwendige Luftleistung der werden individuell an die jeweiligen Anforderungen angepasst.
Zentrale Schweißrauchfilter sind stationäre Filtereinheiten. Sie bedienen mehre Schweißarbeitsplätze und sind auf Dauerbetrieb ausgelegt. Heute werden nahezu ausschließlich filternde Abscheider, die nach dem Prinzip der Oberflächenfiltration arbeiten, zur Filtration von Schweißrauch eingesetzt. Hier werden die Rauch- und Feinstaubemissionen an der Filteroberfläche zurückgehalten, ohne in das Filtermaterial einzudringen. Die Oberfläche der Filterelemente wird kontinuierlich gereinigt. Dazu werden die Emissionen an der Oberfläche mittels Druckluft abgesprengt und in einem Staubsammelbehälter aufgefangen.
Aufgrund der extremen Feinheit – der Großteil der Schweißrauchpartikel ist kleiner als 1 Mikrometer – ist die Reinigungswirkung derartiger Schweißrauchfilter gering. Die Feinheit der Partikel und die Prozesswärme führen dazu, dass es sich bei Schweißrauch um Schwebstäube handelt. Sie sinken nicht zu Boden, sondern bleiben in der Luft stehen. Fazit: der Schweißrauch belegt die Filteroberfläche mehr und mehr. Das Ergebnis ist ein höherer Luftwiderstand und eine fallende Absaugleistung der Filter.
Kappa hat deswegen das sogenannte Sequence Dedusting® entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Abreinigungstechnologie, die dafür sorgt, dass die einzelnen Filterbereiche sequenziell abgereinigt werden. Dadurch entsteht eine Fallströmung im Filter, die den schwebenden Staub erfasst und zum Staubsammelbehälter transportiert. Das führt zu einer gleichbleibend hohen Absaugleistung und einem konstant niedrigen Luftwiderstand. Das Ergebnis ist eine um 30% verbesserte Filterwirkung und ein um 35% reduzierter Stromverbrauch. Die Kappa Sequence Dedusting® Abreinigungstechnologie findet im Kappa Mykron® Feinstaubfilter und Energiesparfilter Anwendung. Er stellt eines der modernsten und zukunftssichersten Schweißrauchfiltersystemen dar.
Schweißrauch ist - wie oben beschrieben - keine homogene Emission, sondern ein heterogenes Gemisch aus Rauch, Stäuben, Gasen und Dämpfen, das beim Schweißen entsteht und in die Umgebungsluft emittiert wird. Das spielt eine wesentliche Rolle, wenn man von Schweißrauchfiltern spricht. Die gasförmigen Emissionen werden in der Regel nicht gefiltert. Eine moderne Hallenluftreinigung mit Frischluftzufuhr in den Arbeitsbereich ist daher auch aus diesem Grund die richtige Wahl. Sie sorgt für einen optimalen Luftaustausch und damit für saubere Frischluft an den Schweißarbeitsplätzen. Eine Kombination mit ergänzenden Schutzmaßnahmen ist jederzeit möglich.
"Die Luftqualität in der Schweißerei ist dank unserem neuen Hallenluftreinigungssystem nun sehr gut. Trotz der tiefen Außentemperaturen im Winter mussten wir kaum zuheizen. Vorher verloren wir die Abwärme über das Dach, jetzt können wir sie nutzen."
Johann Struc, Leiter der Arbeitsorganisation
"Wasserbauer ist ein Unternehmen, bei dem sich die Nähe zur Natur bereits aus dem Produkt ergibt. Deswegen sind wir froh, mit unserem Luftkonzept einen weiteren Baustein in unsere Fertigung zu integrieren, die nicht nur den steigenden Energiepreisen etwas entgegensetzt, sondern auch einen Beitrag zum Umweltschutz leistet."
Franz Wasserbauer, Geschäftsführer
"Die Luftqualität im Stahlbau ist sehr gut. Das bestätigen auch unsere Mitarbeiter. Im letzten Winter mussten wir kaum zuheizen, da wir unseren Wärmebedarf aus der Wärmerückgewinnung decken konnten."
Thomas Heenen, Sicherheitsfachkraft
„So wie wir bei unserem Maschinenpark auf fortschrittlichste Technologie setzen, tun wir das konsequenterweise auch beim Luftkonzept. Ein Schweißtechnologe meinte letztens bei einer Besichtigung, dass es genau solche sauberen und hellen Arbeitsplätze sind, die beim Schweißen den Unterschied machen. Hier würde er gerne arbeiten."
Johann Kasper, Geschäftsführer
Filtertürme sind Filtergeräte, die Hallenluft frei ansaugen, filtrieren und wieder in die Halle abgeben. Behörden beurteilen Filtertürme sehr unterschiedlich, meist werden sie nicht als lüftungstechnische Maßnahme eingestuft. Nachdem sie die Hallenluft frei ansaugen, sind sie auch keine Absauganlagen. Daher stellen Filtertürme im normativen Sinn keine zulässige Schutzmaßnahme dar. Sehr wohl kann es jedoch in einzelnen Fällen im Zuge einer individuellen Beurteilung von der zuständigen Behörde akzeptiert werden.
Sie haben Fragen zu der Wirkung einzelner Schutzmaßnahmen? Wir unterstützen Sie gerne.
Die aktuellen Mangangrenzwerte (A-Staub) sind vor allem in Deutschland sehr niedrig. Das führt oft zu einer Überschreitung der zulässigen Arbeitsplatzgrenzwerte. Einzelmaßnahmen sind hier oft nicht ausreichend. In diesen Fällen ist ein Maßnahmenmix aus organisatorischen und technischen Schutzmaßnahmen zu definieren.
Wir unterstützen Sie gerne dabei und entwickeln mit Ihnen gemeinsam ein auf Ihren Bedarf zugeschnittenes Lösungskonzept.
Schweißrauch ist oft brandgefährlich, da teilweise geölte bzw. beschichtet Bauteile geschweißt werden. Das führt zu einem brandfähigen Gemisch in der Absaugung. Gelangen zudem Funken durch das Schweißen in die Absaugung, kann sich ein Brand entwickeln. Oft beginnt er als Schwellbrand in der Verrohrung und breitet sich bis zum Filter aus. Daher ist eine mögliche Brandgefahr bereits bei der Anlagenplanung zu berücksichtigen und darauf aufbauend ein Brandschutzkonzept mit entsprechenden Schutzmaßnahmen umzusetzen. Sie reichen von organisatorischen Maßnahmen bis hin zu technischen Maßnahmen, wie die Installation von Vorabscheidern oder Brandlöschanlagen.
Wir unterstützen Sie gerne dabei und entwickeln mit Ihnen gemeinsam ein auf Ihren Bedarf zugeschnittenes Lösungskonzept.
Im Regelfall ist der Schweißrauch nicht explosibel und kann daher mit klassischen Absaugtechniken abgeführt werden. In bestimmten Fällen kann Schweißrauch dennoch explosibel sein. Eine Untersuchung der Sicherheitskenngrößen für den jeweiligen Anwendungsfall wird daher dringend empfohlen.
Wir unterstützen Sie gerne dabei und entwickeln mit Ihnen gemeinsam ein auf Ihren Bedarf zugeschnittenes Lösungskonzept.
Ein Umluftbetrieb bedeutet, dass bereits gefilterte Luft wieder in den Arbeitsbereich rückgeführt wird. Damit dabei keine zusätzliche Gefährdung für die Beschäftigten entsteht, wird die Möglichkeiten für eine Luftrückführung vom Gesetzgeber geregelt. Die entsprechenden Normen sind je nach Land unterschiedlich. Generell richtet sich die Möglichkeit zum Umluftbetrieb an der Abscheideleistung. Vielfach ist eine Luftrückführung erlaubt, wenn die gereinigte Luft 1/3 des zulässigen Arbeitsplatzgrenzwertes gesichert unterschreitet. Anders verhält es sich bei der Luftrückführung beim Umgang mit krebserregenden Stoffen.
Wir unterstützen Sie gerne dabei und entwickeln mit Ihnen gemeinsam ein auf Ihren Bedarf zugeschnittenes Lösungskonzept.
