Luftabsaugung Die Bearbeitung von Composites birgt bisher unbekannte Gefahren

Im Zuge der Effizienzsteigerung setzen viele Anwendungsbereiche zur Verringerung des Energieverbrauchs auf die Verwendung von Leichtbauwerkstoffen. Diese bieten auf der einen Seite eine Vielzahl von Vorteilen in der Anwendung – auf der anderen ergeben sich bei der Bearbeitung nicht abschätzbare Risiken.

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ESTA Apparatebau GmbH & Co. KG

SMW-AUTOBLOK Spannsysteme GmbH

CMS Automatisme

Beim Zerspanen von Leichtbauwerkstoffen ergibt sich durch freigesetzte Staubaerosole eine Gesundheitsgefahr für den Werker. Unter Staubaerosolen werden feinkörnige oder feinfaserige Partikel verstanden, die zusammen mit Luft ein heterogenes Gemisch bilden. Auch wenn Staubaerosole keine besondere chemisch oder molekular bedingte Toxizität besitzen, kann allein durch zu hohe Staubkonzentration und Überlastung der körpereigenen Reinigungsvorgänge der Atemwege eine starke gesundheitliche Beeinträchtigung entstehen.

Die spanende Bearbeitung setzt Trockenstäube frei

Staubaerosole entstehen sowohl bei der Verarbeitung von Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium oder Titan als auch bei Compositematerialien wie kohlenstoff-, glas- oder aramidfaserverstärkten Kunststoffen. Durch spanende Bearbeitung wie Drehen, Fräsen und Schleifen kommt es zur Freisetzung von Trockenstäuben. Um das von Stäuben am Arbeitsplatz ausgehende Risiko bewerten zu können, wird die Aerosolkonzentration und Partikelgrößenverteilung bestimmt. Das Bundesministerium für Arbeit hat in den Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 9001, allgemeine Staubgrenzwerte festgelegt. Diese Werte regeln die Menge an Stäuben in der Maschinenumgebung bezogen auf einen Kubikmeter Luft. Hier gelten seit Februar 2014 reduzierte Grenzwerte (nach World Health Organization WHO):

• A-Staub mit Partikelgrößen < 10 μm für alveolengängige, das heißt bis in die Lungenbläschen gelangende Partikelstäube; Grenzwert 1,25 mg/m³

• E-Staub mit Partikelgrößen > 10 μm, für einatembare Partikelstäube; Grenzwert 10 mg/m³

Im Grundsatz unterschiedlich sind die Belastungen durch Partikelstäube und Faserstäube. Es sind vor allem Größe und räumliche Gestalt der freigesetzten Fasern von Bedeutung. Fasern mit Längen über 10 μm, Durchmessern kleiner 3 μm und einem Länge-Durchmesser-Verhältnis größer 3:1 werden nach Kriterien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) aufgrund ihrer mechanischen Einwirkung auf das Lungengewebe als kritisch angesehen. Zutreffend sind diese Kriterien zum Beispiel für den allgemein bekannten Asbest. Derzeit gibt es keine gesicherten Erkenntnisse für krebserzeugende Eigenschaften von Kohlenstoff- beziehungsweise Graphitfasern. Diese werden heute meist mit einem Faserdurchmesser zwischen 5 und 7 μm hergestellt, sodass zumindest eine Inhalation in die tiefe Lunge ausgeschlossen ist. Beim Umgang mit diesen bisher nicht krebsverdächtigen Fasermaterialien sind zunächst die Mindeststandards der TRGS 5003 zu beachten.

Derzeit werden mit Beteiligung der Berufsgenossenschaften umfassende Analysen durchgeführt, die sich mit der Auswirkung von CFK-Stäuben auf den menschlichen Organismus beschäftigen. Von besonderem Interesse sind dabei die Beschaffenheit und Größe der Partikel sowie deren Verhalten im Lungengewebe. Konkrete Richtlinien und Vorschriften speziell für die CFK-Bearbeitung sind aktuell noch nicht veröffentlicht, werden aber aller Voraussicht nach in den nächsten Jahren erscheinen. So lange gilt bei der Bearbeitung das Minimierungsgebot, das heißt die Staubexposition des Werkers ist auf ein Minimum zu beschränken.

Hepa-Filter reduziert den Reststaubgehalt auf ein Minimum

Da die Freisetzung von Stäuben im Bearbeitungsprozess nicht verhindert werden kann, empfiehlt der Hersteller von Absauggeräten und -anlagen Esta präventiv den Einsatz mobiler und stationärer Entstauber, die sowohl ein staubarmes Handling bei der Staubentnahme als auch einen maximalen Abscheidegrad gewährleisten. Dieser wird durch ein zweistufiges Filtersystem realisiert, in dem ein nachgeschalteter, überwachter Hepa-Filter den Reststaubgehalt auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig vor gefährlichen Filterdurchbrüchen schützt. Absauggeräte, welche durch das IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) geprüft und mit dem Prüfzeichen der Klasse H versehen werden, sind für den Umluftbetrieb bei der Absaugung von Compositestäuben geeignet (Bild 2). Damit wird der Betreiber von der Verpflichtung, eine jährliche Staubmessung vorzunehmen, entbunden.

Aus Sicht des Arbeitsschutzes steht die Staubvermeidung beziehungsweise die Staubreduzierung laut Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Baua beim Umgang mit Partikel- und Faserstäuben im Vordergrund. Bei der spanenden Bearbeitung sind grundsätzlich technische Schutzmaßnahmen, wie

• gekapselte Maschinen mit integriertem Staubhandling,

• Maschinen mit Absaugung an der Emissionsquelle,

• Absaugung des Arbeitsplatzes möglichst nahe an der Emissionsquelle,

• Raumlüftung mit Anordnung der Absaugelemente möglichst nahe an der Gefahrenquelle, um in diesen Bereichen möglichst hohe lokale Luftwechselraten zu erhalten und

• gleichmäßige Raumlüftung mit angepassten Luftwechselraten.

den organisatorischen und persönlichen vorzuziehen. Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung werden vom Arbeitgeber mit Unterstützung von Betriebsarzt und Arbeitsschutz konkrete Schutzmaßnahmen ermittelt und festgelegt.

Maßgeblich für den Schutz der Mitarbeiter sind optimierte Erfassungssysteme, die den emittierten Staub der Filteranlage zuführen. Um dies auch bei sehr großen Werkstücken, zum Beispiel Windkraftrotoren aus GFK-Composites, zu gewährleisten, setzen die Hersteller seit Jahren auf mobile Absaugkabinen von Esta, die den Bearbeitungsbereich kapseln und flexibel am Werkstück mitgeführt werden oder dieses komplett kapseln (Bild 1 und 3).

Nassabscheider führen das Wasserstoffgas kontrolliert ab

Neben den Risiken für das Atemsystem bergen sowohl Composite- als auch Aluminium-, Magnesium- und Titanstäube zusätzlich Brand- und Explosionsgefahren. Insbesondere beim Schleifen, Bürsten und Polieren der Leichtmetalle entsteht ein explosionsfähiges Gemisch aus Stäuben und Luft. Zudem reagieren Späne und Stäube mit Wasser, wodurch hochentzündlicher Wasserstoff freigesetzt wird (DGUV – Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung).

Eine sichere Methode zur Absaugung und Abscheidung von gefährlichen Leichtmetallstäuben stellen die geprüften mobilen und stationären Nassabscheider von Esta dar. Die Stäube werden durch Benetzung mit Wasser gebunden und das entstehende Wasserstoffgas wird kontrolliert abgeführt. MM

* Frederik Schaub ist technischer Leiter bei der Esta Apparatebau GmbH & Co. KG in 89250 Senden, Tel. (0 73 07) 8 04-0, info@esta.com

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