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Übersicht der Staubpartikelgrößen: Da die Partikelgrößen immer kleiner werden, ist Erfassung und Filterung luftgetragener Schadstoffe alles andere als trivial.
Einfluss von Schadstoffen auf den menschlichen Organismus ist nicht zu unterschätzen, da Feinstpartikel im schlimmsten Fall zu Atemwegserkrankungen, Herz-Kreislauf-Problemen und zu einem erhöhten Krebsrisiko führen können.
Beispiel Patronenfilter in einem Absaug-und Filtersystem für Laserprozesse: Der angesaugte Laserrauch wird durch ein spezielles Filtersystem geführt. Stäube und gasförmige Schadstoffe werden zurückgehalten.
Die richtige Anordnung dieser Einrichtungen zum Entstehungsort der Stoffströme ist von wesentlichem Einfluss auf deren Wirksamkeit. Es gilt das Prinzip: so ortsnah wie möglich.
Absaugarm zur Erfassung von Schadstoffen am Arbeitsplatz: Punktabsaugung während des Arbeitsvorganges direkt an der Entstehungsstelle der Verunreinigung.

Arbeits- und Gesundheitsschutz in produzierenden Unternehmen haben in den letzten Jahrzehnten mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Auch wenn es oftmals als lästiges Übel erscheint, so sollte dieser Aspekt nicht unterschätzt werden: Gleich welcher Größe, im Fertigungsprozess entstehende Schadstoffe wirken sich stets auf Mensch, Maschine und Umwelt gleichermaßen aus. Mitarbeiter, die langfristig wegen Krankheit ausfallen, haben neben der humanen Komponente ebenso ökonomischem Einfluss auf ein Unternehmen wie Maschinen, die aufgrund von Verschmutzungen nicht präzise fertigen. Wartungsarbeiten, Nachproduktionen und schließlich Imageverlust sowie sinkende Nachfragen sind nur die primären negativen Effekte. All diese Faktoren führen zu einer steigenden Nachfrage im Bereich der Absaug- und Filtertechnik, die nicht nur zuverlässig die Anlagen und die Gesundheit der Arbeitnehmer schützt, sondern auch den veränderten Prozessparametern Rechnung trägt.

Die heutige Absaug- und Filtertechnik deckt mittlerweile eine breite Palette an entstehenden luftgetragenen Schadstoffen ab. Dabei werden auch nahezu alle Verfahren bedient, die im produzierenden Gewerbe anzutreffen sind. Über Verbindungs- und Trenntechniken, Oberflächenbearbeitungen wie Bohren, Sintern oder Fräsen, den Einsatz von Flussmitteln bis hin zu Produktionsverfahren wie 3D-Druck oder Rapid Prototyping mittels Lasern, Löten, Schweißen oder Kleben – all diese Prozesse generieren Schadstoffe, die teilweise drastische gesundheitliche Auswirkungen haben können.

Gefahrenstoffe am Beispiel Laserrauch

Laser haben längst den Siegeszug hinsichtlich der Bearbeitung von Metallen oder Kunststoffen angetreten. Ihr Einsatzgebiet ist sehr breit gefächert und reicht vom Bohren und Schweißen über Schneiden, Gravieren oder Sintern – um nur einige  Arbeitsgebiete zu nennen. Bei der Metallbearbeitung beispielsweise setzt der Laser Stäube frei, die unter anderem Schwermetalle enthalten können, die sich im menschlichen Körper anreichern können. Bei der Bearbeitung legierter Metalle werden die enthaltenen Teilsubstanzen frei, etwa Nickel, Chrom oder Kobalt. Organische Materialien werden pyrolysiert, wodurch ebenfalls hochgiftige Substanzen wie Dioxine oder Chlorwasserstoff entstehen können. Laserrauch beinhaltet zudem Feinstaub, der im schlimmsten Fall zu Atemwegserkrankungen, Herz-Kreislauf-Problemen und zu einem erhöhten Krebsrisiko führen kann.

Von der Arbeitsqualität durch permanente Rauch- und Geruchsbelästigung abgesehen, können Maschinen durch Verschmutzungen und chemische Reaktionen ihrer Produkte geschädigt werden. Gerade im Bereich feinmechanischer Arbeiten, bei denen die Präzision längst im Mikrometer-Bereich angekommen ist, ist jede Art von Beeinflussung durch Partikel zu vermeiden.

Strikte Regelungen per Gesetz

Seitens der Gesetzgeber gibt es Forderungen zur Beseitigung von Schadstoffen in der Atemluft. Diese ist geregelt durch die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) und Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS). Danach sind „Stäube an der Austritts- oder Entstehungsstelle möglichst vollständig zu erfassen und gefahrlos zu entsorgen“. Es existiert ein Schutzkonzept, bestehend aus vier Schutzstufen von der Begrenzung der Gefahrstoffe (Stufe 1), über die Substitution der Gefahrstoffe und Erfassungseinrichtungen (Stufe 2), geschlossene Systeme und Zugangsbeschränkungen (Stufe 3) bis hin zur Abgrenzung des Gefahrenbereichs und die entsprechende Limitation der Reinluftrückführung (Stufe 4). Neben der Regelung zur Schadstofferfassung durch offene oder geschlossene Systeme wird vorgegeben, dass Stäube und Gase hochgradig gefiltert werden müssen (>99,95 Prozent).

Die GefStoffV bestimmt die Gefährlichkeitsmerkmale spezifischer Schadstoffe, beispielsweise hinsichtlich Brand- oder Explosionsgefährdung oder aber der Art der gesundheitlichen Schädigung (etwa kanzerogen, mutagen oder reproduktionstoxisch). Die Forderung nach der Partikelerfassung an der Entstehungsstelle ist überaus sinnvoll, da damit:

  • die Erfassung großer Schadstoffmengen möglich ist
  • der Erfassungsaufwand relativ gering ist
  • gute Filtrationsmöglichkeiten gegeben sind
  • ein geringer Energiebedarf einher geht

Prinzipiell leistet das richtige Erfassungselement einen entscheidenden Beitrag zur Qualität des kompletten Absaug- und Filtersystems, denn die Höhe des Erfassungsgrades ist die Grundlage für nachträglich stattfindende hochgradige Filtration. Dies resultiert schlussendlich im Wirkungsgrad und somit in den Schadstoffresten in der rückgeführten Luft. Auch der Ort der Erfassung spielt eine entscheidende Rolle. Die Faustregel, dass der doppelte Abstand zwischen Emissionsquelle und dem Erfassungselement der mindestens vierfachen Ansaugleistung des Absaug- und Filtersystems bedarf, gibt exponentielle Rückschlüsse auf den Energiebedarf. In Zeiten der Energiewende und kontinuierlich steigender Strompreise ist das eine mehr als beachtenswerte Komponente.

Anwender von Luftfilteranlagen müssen nicht alle diese Regeln kennen, Hersteller von Absaug- und Filtertechnik hingegen schon. Über die Prüfung des zu filternden Mediums, die Partikelgrößenverteilung oder -eigenschaften (adhäsiv, sublimierend, etc.) bis hin zur Gefahrstoff- und Brennbarkeitsprüfung müssen Anbieter von Systemen zur Luftreinhaltung auf dem aktuellen Stand sein. Hingegen unterliegt die Luftrückführung keiner gesetzlichen Regelung, wohl aber sollte sie im Eigeninteresse des Anwenders liegen – schon allein in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht. Im Sinne einer „gesunden“ Luftbilanz und dem Vermeiden von Wärmeverlusten sollte Absaug- und Filtertechnik in optimaler Weise eingesetzt werden.

Was Absaug- und Filtertechnik leisten muss

Reine Luft

Gesundheitsgefährdende Schadstoffe lassen sich zukünftig immer schwieriger beseitigen. Die Absauggeräte und Filtersysteme von ULT entfernen schädliche Substanzen, die bei der Materialbearbeitung in der Fertigungs- und Automatisierungstechnik entstehen. Das Unternehmen bietet neben seinen umfangreichen Geräteserien auch nutzerspezifische Lösungen für die Erfassung und Filterung von Laserrauch und Laserstaub, Lötrauch oder Schweißrauch, Stäuben, Gerüchen und Dämpfen.

Was erwartet der Anwender nun von einer Absaug- und Filteranlage? Sie muss in erster Linie verschiedene Anforderungen erfüllen, um geringen Wartungsaufwand, gesundheitlichen Schutz und hohe Arbeitsqualität sicherzustellen. Dazu gehört die restlose Beseitigung sämtlicher anfallender Stäube, Rauche, Dämpfe, Gase oder Gerüche. Eine stufenweise Filterung erhöht die Absaug- und Filterqualität. Denn durch den Einsatz von Vorfiltern für grobe Partikel (Sedimentationsstaub > 10 µm) wird verhindert, dass die Feinstaubfilter (für Partikel < 10 µm) sowie die Adsorptionsfilter zu schnell gesättigt sind.

Wichtig ist zudem die entsprechende Anpassung an anfallende Schadstoffe: Eine Absauganlage muss alle entstehenden unerwünschten Partikel, Dämpfe und Gase aufnehmen können. Dazu ist es wichtig, dass die verschiedenen Filtermedien in ihrer Kapazität an die entstehende Menge der Partikel in ihrer Filtergröße angepasst sind. Entstehen beispielsweise besonders viele grobe Stäube, müssen Filter mit entsprechend hoher Kapazität eingesetzt werden, um ein zu häufiges Austauschen zu vermeiden. Zu geringes Sättigungsverhalten führt zu extrem hohem Wartungsaufwand für die Absauganlage. Entsteht hingegen größtenteils Feinstaub, können grobe Filter eine geringere Kapazität aufweisen. Zudem muss die Luftfilteranlage auch an den Arbeitsplatz angepasst sein: In großen Produktionshallen sind Attribute wie platzsparend, mobil oder geräuscharm kein Thema. An Einzel- oder Handarbeitsplätzen sind derartige Eigenschaften jedoch willkommen. Filtertechnik sollte niemals als störend empfunden werden – sie darf dem Arbeiter in seinen täglichen Handlungen weder im Wege sein noch akustisch beeinträchtigen.

Sinnvoll: Einsatz von Entstaubungstechnik

Wie im April 2014 bekannt wurde, hat der Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) den neuen Allgemeinen Staubgrenzwert für granulare biobeständige Stäube der A-Fraktion (lungengängig) auf 1,25 mg/m³ heruntergesetzt. Festgelegt wurde der neue Arbeitsplatzgrenzwert in der TRGS (Technische Regel für Gefahrstoffe) 900 bezogen auf eine mittlere Dichte von 2,5 g/cm³. Für viele Unternehmen bedeutet das eine Revolutionierung ihrer Produktionsmittel, Anlagen und Räumlichkeiten, was mit erheblichen Investitionen einhergehen würde.

Weniger revolutionär, aber effektiv ist der Einsatz von Entstaubungstechnik in Form von Absaug- und Filtergeräten. Diese Investitionen betragen nur einen Bruchteil dessen, was eine komplette Reorganisation von Maschinen, Anlagen und Arbeitssicherheitsmaßnahmen ausmachen würde. Absaugen und Filtern in industriellen Bereichen geht weit über das Staubsaugerprinzip hinaus, denn es gilt nicht nur, Schmutz zu beseitigen, sondern vor allem Gefahrenstoffe aus der Luft zu entfernen, die weitaus mehr als eine Stauballergie auslösen können. Voraussetzung für den Anwender ist nur, seine Werkstoffe und Verfahren zu kennen. Der Einsatz des geeigneten Absaug- und Filtersystems obliegt dem jeweiligen Anbieter. Er hat Kenntnis von gesetzlichen Vorgaben, den chemischen und physikalischen Eigenschaften der abzusaugenden und zu filternden Medien und passt in optimaler Weise das System zur Luftreinhaltung den Gegebenheiten im Unternehmen an.

SMT Hybrid Packaging 2015: Halle 6, Stand 313