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Fokus / Filteranlagen

Schweißrauch ist ein komplexes Gemisch aus Metalloxiden, Silikaten und Fluoriden, das in menschlichen Lungen nichts zu suchen hat. Ein zentrales Filtersystem mit Nanofasern kann Schadstoffe aus der Atemluft verbannen.

27. August 2013

Schweißrauch entsteht, wenn Metalle über die Siedetemperatur erhitzt werden, diese Gase abkühlen und zu ultrafeinen Partikeln auskondensieren. Diese Partikel mit Durchmesser meist unter 1 µm, sind als stark gesundheitsgefährdend einzustufen, weil sie bis in die Lungenbläschen (Alveolen) vordringen können. Die Schadstoffe können bei hoher Konzentration oder häufiger Exposition zu unmittelbaren Symptomen (Schwindelgefühl, Kopfschmerzen, Metallfieber) bis hin zu chronischen Atemwegserkrankungen (chronische Bronchitis, Asthma, Lungenkrebs) und Schädigungen des Zentralnervensystems (›Parkinson‹) führen.

Laut Gefahrstoff-Richtlinie 98/24/EG sind Arbeitnehmer vor solch gefährlichen Stoffen zu schützen. Der allgemeine Grenzwert für A-Staub, also alveolengängige Partikel, beträgt 3 mg/m³ (Technische Regeln für Gefahrstoffe TRGS 900). Für hochlegierte Stähle, die in Summe mehr als fünf Gewichtsprozent Legierungselemente wie Chrom, Nickel und Mangan enthalten, sind sogar niedrigere Grenzwerte verbindlich.

Systemlösung gesucht

Ein Umluftbetrieb ist dann nur erlaubt, wenn die Luft durch behördlich oder berufsgenossenschaftlich anerkannte Verfahren (etwa Sicherheitsfilter H13 als Nachfilter oder Energierückgewinnung durch Wärmetauscher) oder Geräte (wie W3-geprüfte Geräte) ausreichend von Schadstoffen gereinigt ist.

Zambelli Technik ist ein Metall verarbeitendes, mittelständisches Unternehmen in der Tschechischen Republik, das als Hersteller von Öfen und Kaminen und als Automobilzulieferer einen guten Namen genießt. Das exportorientierte Unternehmen ist in den letzten Jahren stark gewachsen. Verfahrenstechnisch entsteht während der Produktion sowohl Schweißrauch als auch Schleifstaub.

Also war eine Systemlösung zur Schadstofferfassung und Hallenlüftung zu finden. Die Schadstoffe sollten über eine zentrale außerhalb der Produktionshalle aufzustellende Filteranlage abgesaugt werden. Die gefilterte Luft sollte während der Heizperiode wieder in die Halle zurückgeführt werden können.

Außerdem ist der Schweißrauch als brennbar einzustufen, da bei der Metallbearbeitung Zündquellen, wie Schleiffunken, nicht auszuschließen sind und zu einem Rohrleitungs- und Filterbrand führen können.

Die Partikel im Nanometerbereich stellen höchste Ansprüche an das Filtermedium. Auf der einen Seite muss die Abscheidung der ultrafeinen Schadstoffe zuverlässig erfolgen und mindestens die bestehenden Grenzwerte einhalten, sollte aber auf der anderen Seite moderate Druckverluste bei langen Standzeiten der Filterpatronen aufweisen, um geringe Betriebskosten zu ermöglichen.

Nanofasern gegen Nanopartikel

United Air Specialists hat innovative Filterpatronen mit Nanofasertechnologie seit 2007 im Portfolio, die diesen Ansprüchen gewachsen sind. Der Vorteil der Filterpatronen hinsichtlich Abscheideleistung und Standzeit ist in einer ultradünnen, synthetischen Faser begründet, die während des Fertigungsprozesses mit Hilfe des Jet-Spinning-Verfahrens auf die Oberfläche des konventionellen Filtersubstrats aufgebracht wird und sich als feine Faserschicht darauf ausbildet.

In dieser feinporigen Schicht scheiden sich die Partikel ab und bilden einen Filterkuchen auf der Oberfläche, der über Druckluft im Gerät automatisch abgereinigt werden kann und somit längere Standzeiten erreicht als konventionelle Filtermedien, bei denen sich die Partikel irreversibel ins Substrat ablagern.

Filtermedien mit PTFE-Membranen arbeiten im Grunde ebenfalls nach dem Prinzip der Oberflächenfiltration, aber die PTFE-Fasern sind dicker (etwa 1 bis 10 µm) als UAS-Nanofasern, was zur Folge hat, dass die Abscheideleistung und Standzeiten geringer sind. Zum Vergleich: Die Nanofasern von United Air Specialist haben den Durchmesser von nur etwa 100 nm, sodass Standzeiten in der Regel von deutlich über 8000 Stunden erzielt werden können (also ein Jahr Dauerbetrieb). Ein weiterer Vorteil der UAS-Nanofasertechnik ist, dass die Herstellkosten sehr niedrig liegen, was in attraktiveren Verbrauchsmaterialpreisen resultiert.

Auch die beiden anderen Aufgaben wurden gelöst: die Aufstellung im Freien, die aufgrund der robusten Stahlkonstruktion und Pulverbeschichtung der Entstaubungsfilter problemfrei möglich ist, sowie der vorbeugende Brandschutz, den das UAS-Engineering direkt in die Auslegung der Anlage mit eingearbeitet hat.

Jörn Jacobs, Fachjournalist aus Bad Camberg

Erschienen in Ausgabe: 05/2013