So reduzieren Sie die Belastung durch Dämpfe
beim thermischen Schneiden

Wo gehobelt wird, fallen Späne – oder werden gesundheitsgefährdende Gase und Dämpfe freigesetzt. Mit den Schneidverfahren Plasma, Laser oder Autogen gelangen je nach Grundmaterial und verwendetem Gas feinste Partikel aus den Bestandteilen Zink, Blei, Kadmium, Chrom, Beryllium und andere in die Umgebung. Diese sind zum Teil hoch gesundheitsschädlich und können schwerwiegende Krankheiten beim Menschen auslösen. Umso wichtiger ist es, beim Schneiden von Blechen grundsätzlich möglichst keine freigesetzten Dämpfe einzuatmen. Hierfür gibt es unterschiedliche Vorkehrungsmaßnahmen und Lösungen, die wir Ihnen hier aufzeigen wollen.

Einflussparameter auf die Rauchgasentwicklung

Die Zusammensetzung und die Intensität der Schneiddämpfe sind von unterschiedlichen Parametern abhängig:

• Materialzusammensetzung des zu schneidenden Werkstoffs
• Art des Schneidens (Plasma-, Laser- oder Autogenschneiden)
• Blechdicke bzw. Werkstoffdicke
• Verwendetes Brenngas (Plasmagas, Stickstoff, Pressluft)
• Druck des Schneidgases
• Schneidgeschwindigkeit und Länge der Schnitte

Betrachtet man die Parameter genauer, nimmt die Zusammensetzung des Grundwerkstoffs die größte Gewichtung ein. Dessen Bestandteile bestimmen primär die chemische Zusammensetzung der beim Schneiden freigesetzten Partikel.

Beim thermischen Schneiden sind die Partikel dieser Stäube zwar etwas größer als solche, die beim thermischen Fügen (Schweißen) entstehen, aber sie sind trotzdem noch fein genug, um in die menschliche Lunge zu gelangen. Damit sind diese gesundheitsgefährdend und können je nach Bestandteilen sogar Krebs verursachen. Beim Laserschneiden sind die freigesetzten Partikel aufgrund der hohen Energiedichte während dieses Prozesses sogar noch kleiner bzw. feiner als beim Plasma- oder Autogenschneiden und können Zellwände durchdringen.

Quelle: European Welding Association (EWA), Technical Committee „Health and safety equipment“ (TC HSE), information paper, Entwurf Stand 03/2024 „Introduction in methods of prevention and extraction of welding fume“

Neben den Feinstäuben entstehen sogenannte nitrose Gase wie Stickstoffoxid. Diese sind Atemgifte mit reizender und ätzender Wirkung und können noch 24 Stunden nach dem Einatmen zu Schäden in der Lunge führen (Lungenödem).

Jedes der Schneidverfahren ist in sich komplex und birgt individuelle Gefahren, auf die wir in diesem Artikel jedoch nicht weiter eingehen möchten. Wir wollen uns stattdessen auf Lösungen zum Reduzieren der Belastungen durch Schneiddämpfe fokussieren.

Fakten-Check vor Ort

Wenn Sie nur gelegentlich Bauteile schneiden, arbeiten Sie unter anderen Bedingungen, als wenn im Schichtbetrieb Tonnen an Blechen verarbeitet werden. Auch wenn man oft liest, dass beim gelegentlichen thermischen Trennen eine natürliche Belüftung wie durch regelmäßiges Öffnen des Hallentors bereits ausreichend ist, müssen Sie auf ausreichende PSA (Persönliche Schutzausrüstung) achten. Dazu gehört mindestens ein belüfteter Helm.

Ist thermisches Schneiden Ihre feste Tagestätigkeit, benötigen Sie auf jeden Fall ein gut durchdachtes industrielles Luftreinigungssystem, das zu Ihren Anforderungen passt. Dazwischen gibt es viele individuelle Lösungen, von denen wir Ihnen hier einige vorstellen wollen.

Schneiddämpfe durch den Prozess reduzieren

Ähnlich wie beim Schweißen können Sie auch beim Schneiden die Parameter so einstellen, dass Emissionen aus dem Schneidprozess reduziert werden. Ein Beispiel hierfür: Mit einer 2,4 mm-Schneiddüse und 150 Ampere können Sie vor allem schnell arbeiten. Allerdings entstehen dabei mehr Emissionen, als wenn Sie mit einer 1 mm-Schneiddüse und 80 Ampere schneiden. Die Fuge ist schmaler, die Emissionen weniger.

Auch die Prozessgase beeinflussen die Bildung von Rauchgasen bzw. Stäuben beim Schneiden.
Am wenigsten Prozessgase entstehen beim Laserschneiden. Dieser Schneidprozess wird vor allem bei dünnen Blechen unter 10 mm angewendet. Mittlerweile gibt es aber auch Schneidlaser, die 15–60 mm dicke Bleche schneiden können. Wegen der Strahlung muss das Schneiden mit einem Laser jedoch immer gesichert stattfinden und mit einer Einhausung von der Umgebung abgeschottet sein. Es muss zu 100 Prozent ausgeschlossen sein, dass Reflektionen die Laserstrahlen ungewollt ablenken. Ein Laserschneidkopf an einem Roboter ist nur in einem geschlossenen Raum erlaubt, der während der Aktivität nicht betreten werden kann.

Plasmaschneiden braucht oft zwei Prozessgase: das Plasmagas, um die elektrische Energie auf das Werkstück zu übertragen und das Material aufzuschmelzen. Das zweite ist das sogenannte Shield-Gas als Prozessgas, um das aufgeschmolzene Material auszublasen. Wird als Shield-Gas Druckluft verwendet, entstehen ebenfalls gesundheitsschädliche Gase, nämlich Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Diese werden auch NOx genannt, also gasförmige Verbindungen aus Stickstoff und Sauerstoff. Wenn Sie nun reinen Stickstoff als Shield-Gas verwenden, können Sie die Bildung gesundheitsschädlicher NOx vermeiden, weil im Plasmagas kein Sauerstoff als Reaktionspartner vorliegt.

Ebenso können Sie z. B. Argon oder Argon-Wasserstoff verwenden, um Emissionen zu reduzieren. Wichtig dabei ist, dass dem Stickstoff kein Sauerstoff als Reaktionspartner zur Verfügung steht.

Das Autogenschneiden – auch Autogen-Brennschneiden genannt – kommt überwiegend beim Trennen von Baustahl, und hier speziell unlegierten und niedriglegierten Stählen zum Einsatz. Als Brenngas werden Acetylen, Propan sowie Propan-Butan verwendet. Auf den Menschen hat Acetylen eine narkotisierende Wirkung, wenn es eingeatmet wird.

Emissionen lassen sich nie ganz verhindern, daher ist Rauchgasabsaugung beim Schneiden der Königsweg, um die Gesundheit der Mitarbeitenden zu schützen. Beim Trennen von Blechen in der Halle bieten Schneidtische mit der Möglichkeit zur Absaugung wie auch Wassertische den besten Schutz. Beide Varianten sind außerdem hocheffizient.

Prinzip Schneidtisch mit integrierter Absaugung

Je näher die Absaugung am Prozess ist, desto mehr Emissionen können direkt erfasst werden. Beim thermischen Fügen (Schweißen) spricht man von Punktabsaugung, wo ein spezieller Absaugbrenner direkt die entstehenden und nach oben steigenden Rauchgase erfasst. Beim thermischen Trennen werden die Emissionen fast ausschließlich nach unten weggeblasen, also unter das Werkstück. Lediglich beim Zünden oder beim Lochstechen zum Anschnitt entweichen Gase nach oben. Aus diesem Grund bietet sich das Absaugen der Schneidrauche über den Schneidtisch an.

Prinzip Schneidtisch mit integrierter Absaugung

Links: Frontansicht eines Absaug-Schneidtischs; Rechts: Seitenansicht

Schneidtische mit integrierter Absaugung sind meist recht groß. Um hier möglichst effizient absaugen zu können, sind die Schneidtische nochmals in weitere Segmente unterteilt (Abbildung rechts, Seitenansicht). Über zum Beispiel Taster aktiviert der Schneidbrenner die Öffnung des aktuell direkt darunterliegenden Absaugbereichs. Damit kann punktuell effizienter abgesaugt werden, weil nur in dem Segment aktiv abgesaugt wird, über dem sich der Schneidbrenner gerade befindet.

Die beim thermischen Trennen entstehenden Schlacke fallen in den Schlackebehälter. Angesaugte Funken kühlen an den seitlichen Metallblechen aus und fallen ebenso herunter. Die gasförmigen Emissionen werden in den Absaugkanal hineingeleitet (s. Frontansicht linke Abbildung) und durch eine Rohrleitung zur Filteranlage geleitet.

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Bild: HERR^® Absaugtisch 1600 x 3200

Prinzip Schneidtisch als Wassertisch

Bild: Wassertisch

Der beim Schneiden nach unten schießende Strahl wird bei einem Wasser-Schneidtisch in einem Wasserbett gebunden. Natürlich fallen auch Schlacke und grobe Teile herunter und landen im Wasserbecken. Ein Wasser-Schneidtisch wird bis ca. 20 mm unterhalb der Werkstückunterkante mit Wasser befüllt. Durch den kleinen Spalt zwischen Schneidgitter und Wasseroberfläche können natürlich auch ein wenig Rauchgase entweichen.

Die Effizienz eines Absaugtischs mit Trockenabsaugung ist höher als die eines Wasser-Schneidtischs. Müssen kleine Bleche geschnitten werden, kann man die Effizienz des Absaugtischs sogar noch steigern, wenn das Schneidrost mit zusätzlichen Blechen abgedeckt wird. Bei einem Wasser-Schneidtisch wird keine zusätzliche Filteranlage benötigt, allerdings muss das Wasser mithilfe von chemischen Zusätzen stetig »gepflegt« und das verschmutzte Wasser immer wieder entsorgt werden. Je nach Größe des Tischs kommen zusätzlich 800 Liter bis 1.000 Liter als Gewichtkomponente hinzu, was bei der Standortwahl beachtet werden muss. Abhängig von den Gegebenheiten vor Ort stellt ein Wasser-Absaugtisch eine einfache Lösung dar.

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Bild: EX-TRACK^® Wasser-Absaugtisch 1000 x 2000

Kleine Handschneidtische

Bild: Kleine Handschneidtische

Das Funktionsprinzip eines Handschneidtischs gleicht dem eines großen Schneidtischs mit Absaugung. Aufgrund der kleine Schneidfläche ist der Tisch allerdings nicht mehr zusätzlich in einzelne Sektionen unterteilt. Das Material wird auf das Schneidgitter aufgelegt und geschnitten. Entstehende Funken und Schlacke fallen direkt herunter und werden so aufgefangen, dass sie nicht vom Absaugsystem eingesaugt werden können. Die leichten gasförmigen Partikel werden durch die Schlitze des Absaugrohrs aufgenommen und von dort über das Rohrsystem in die Filteranlage abtransportiert.

Empfehlungen für kleine Hand-Absaugtische:
HERR® Arbeitstisch – für Schneiden und Schweißen
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Das Filtersystem

Die vom Schneidtisch abgeleiteten Partikel und Rauchgase werden zum Absaugfiltersystem geführt (s. Abbildung links) und dort in den Filtern aufgefangen. Der Einlassstutzen für den Lufteinlass kann bei Bedarf auch nach unten geöffnet sein. Direkt hinter dem Einlassstutzen sind Prallbleche angebracht. Diese verhindern, dass Funken oder größere Partikel die Filter beschädigen. Solch größere Partikel fallen direkt in die Sammelbox und werden dort aufgefangen.

Li.: Volumenstrom in der Absauganlage (partikelbelastet)
Re.: Volumenstrom innerhalb des Filters (gereinigt)

Die rechte Abbildung zeigt einen Querschnitt durch den Filter und dessen Strömungsverlauf. Die gereinigte Luft wird – je nach örtlichen Vorschriften – entweder direkt in die Umgebung abgegeben oder mit dem vorhandenen Abluftsystem ins Freie geleitet. Die beim Schneiden am häufigsten genutzten Filtersysteme sind Niedrigvakuumsysteme. Hierbei fließt ein hoher Volumenstrom bei niedrigem statischem Druck.

Ist eine Filtereffizienz von 99,99 % bei Partikelgröße ≥ 0,5 µm ausreichend?

Die direkte Antwort auf diese Frage: nein. Die Erklärung: 98,90 % aller Partikel sind < 0,4 µm groß. Das bedeutet, dass maximal 1,1 % des gesamten Partikelvolumens in dem »groben« Filter aufgefangen werden. Bei einer Partikelgröße von ≥0,5 µm können bei einem Filterwirkungsgrad von 99,99 % nur < 10 % aller Partikel aufgenommen werden.

Unser Tipp: Filterpatronen, die nach DIN 1822 / ISO 29463 zertifiziert sind

Achten Sie darauf, dass Ihre Filteranlage auch solche Partikel erfasst, die kleiner als 0,4 µm sind. Filterpatronen, die nach DIN 1822 / ISO 29463 zertifiziert sind, entsprechen den Anforderungen für diese Partikelgröße. Oft werden diese Filter auch als Schwebstofffilter bezeichnet. Filter dieser Art müssen dann mindestens Filterklasse E10 entsprechen. HERR® Filtersysteme entsprechen der Filterklasse E11.

Empfehlung für effiziente Filtersysteme
880er-Serie von HERR® mit 2 Filter à 20 m² Filteroberfläche – sehr kompaktes, leichtes und hocheffizientes Absaugsystem, passend zum PorVent-Schneidtisch.
Details: https://ex-track.com/central-extraction-system/

Fazit

• Die beim Schneiden entstehenden Dämpfe sind gesundheitsschädigend und müssen daran gehindert werden, in den Atemtrakt des Menschen zu gelangen. Die effizienteste Lösung bieten Schneidtische mit integrierter Absaugung.
• Ob dabei ein Schneidtisch mit Trockenabsaugung und angeschlossenem Filtersystem gewählt wird oder ein Wassertisch, hängt von den örtlichen Gegebenheiten und den individuellen Vorzügen ab.
• Das Wichtigste ist, dass die Emissionen keine Belastung für den Menschen und die Umwelt darstellen.

Wir hoffen, dass dieser Artikel für Sie hilfreich war. Wir empfehlen Ihnen auch einen weiteren Artikel zu diesem Thema: How To Eliminate Air Pollution During The Cutting Process. Wenn Sie weitere Hilfe benötigen, zögern Sie bitte nicht, uns unter der folgenden E-Mail-Adresse zu kontaktieren: support@thermacut.cz

Text:      Thermacut, k. s.,
Photo:   archive of Thermacut, k. s.