Schweissrauch im Griff

Was ist Schweissrauch und wie entsteht er? Beim Lichtbogenschweissen erreicht der Lichtbogen mehrere tausend Grad. Metall verdampft, reagiert und kondensiert – Schweissrauch entsteht. Er besteht aus gasförmigen Komponenten wie Ozon, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Stickstoffoxiden sowie partikelförmigen Komponenten wie Eisen-, Nickel- und Bleioxiden, Mangan oder Chrom-VI-Verbindungen. Bemerkenswert: Rund 95 Prozent der Emissionen stammen aus dem Zusatzwerkstoff, also dem Draht, der kontinuierlich ins Schmelzbad geführt wird.
Die Gefahr ist weniger sichtbar als spürbar: Ein Grossteil der Partikel ist ultrafein – häufig kleiner als 1 µm, einzelne sogar unter 0,1 µm. Solche Partikel erreichen die Alveolen, also die Bläschen, in denen der Gasaustausch in der Lunge stattfindet (Bild 2). Von dort können sie – je nach Zusammensetzung – in den Blutkreislauf übergehen. Die Folgen reichen von chronischen Atemwegsbelastungen (zum Beispiel Siderose bei Eisenoxiden) über toxische Wirkungen (zum Beispiel durch Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, Ozon oder Manganoxide) bis hin zu kanzerogenen Risiken bei Chrom-VI-Verbindungen oder Nickeloxid, insbesondere beim Schweissen hochlegierter Stähle.

Grenzwerte helfen – ersetzen aber nicht die Verantwortung
Natürlich gibt es Leitplanken. In Österreich unterscheidet man MAK-Werte (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration) und TRK-Werte (Technische Richtkonzentration). Während MAK-Werte bei Einhaltung als gesundheitlich unbedenklich gelten, bieten TRK-Werte keine Risikofreiheit – sie sind ein technischer Richtwert, oft für Stoffe, deren Unbedenklichkeit nicht gesichert ist, wie zum Beispiel für Chrom-VI-Verbindungen. Hier liegt der Richtwert bei 0,02 mg/m3.
Ein Blick über die Grenzen zeigt Unterschiede: Die Niederlande sind mit 1 mg/m3 A-Staub (alveolengängiger Staub) besonders streng, Deutschland liegt bei 1,25 mg/m3, Österreich (wie etwa Frankreich, Belgien, Norwegen oder die USA und Kanada) bei 5 mg/m3 Umgebungsluft. Wichtig: Grenzwerte, Normen und Regelwerke sind eine Momentaufnahme und können sich jederzeit ändern. Betriebe sollten regelmässig die aktuellen nationalen Vorgaben prüfen und die Gefährdungsbeurteilung entsprechend anpassen.

Der systematische Weg: das STOP-Prinzip
Wirksame Schweissrauchreduktion folgt einer klaren Hierarchie – dem STOP-Prinzip. Massnahmen sind in dieser Reihenfolge zu priorisieren: Substitution und technische Lösungen wirken als Kollektivschutz und schützen damit auch Personen in der Umgebung. Organisatorische Massnahmen senken hauptsächlich die Restexposition. Persönliche Schutzausrüstung (PSA) schützt ausschliesslich die Einzelperson und bildet deshalb stets die letzte Stufe der Hierarchie.
S – Substitution: emissionsärmere Verfahren (zum Beispiel WIG), alternative Schweissdrähte und Schutzgase, optimierte Lichtbogenlänge (Bild 3).
T – Technische Massnahmen: Absaugschweissbrenner, automatisierte Zellen, Absaughauben.
O – Organisatorische Massnahmen: rückstandsfreie Bauteile, saubere und gut strukturierte Arbeitsplätze, Expositionszeit reduzieren, Fremdpersonen fernhalten, regelmässige Unterweisung.
P – Persönliche Massnahmen: Atemschutz, wenn alle vorherigen Massnahmen nicht ausreichen.
Ein wirksamer Hebel liegt in den Händen derer, die tagtäglich schweissen:

Wenn der Lichtbogen den Unterschied macht
Wie stark sich Einstellungen am Schweissgerät auf die Schweissrauchemission auswirken, zeigt eine Untersuchung der Aachener Gesellschaft für Forschungs- und Fügetechnik (FEF) gemeinsam mit Fronius: Nicht nur das Verfahren, sondern auch die Parametereinstellung hat einen erheblichen Einfluss auf die Fume Emission Rate (FER).

Im Vergleich verschiedener Prozessvarianten – Standardlichtbogen, Low-Spatter-Control-Lichtbogen (LSC) und Impulslichtbogen – erwies sich der Impulslichtbogen als jener Prozess, der den stabilsten Werkstoffübergang und die niedrigste Emissionsrate erzeugte. Die Prozessparameter wie Drahtvorschubgeschwindigkeit, Spannung und Stromstärke wurden dabei gleich belassen.

Geschweisst wurde mit einem G-3Si1-Draht (Ø 1,2 mm) auf warmgewalztem unlegiertem Baustahl (S235JR) mit dem Schutzgas M21 (82 Prozent Ar/18 Prozent CO2), vollmechanisiert und unter reproduzierbaren Bedingungen.

Was die Messreihen zum Ausdruck brachten
Auftragraupen
Beim Schweissen mit Absaugschweissbrenner zeigten sich besonders niedrige FER-Werte bei einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 5 m/min und neutraler Brennerhaltung. Überraschend war, dass die FER bei 11 m/min niedriger ausfiel als bei 8 m/min. (Bild 4). Der Grund: Bei 8 m/min kam es im Versuch zu vermehrten Kurzschlüssen, die die Emission erhöhten. Konstant zeigte sich: Eine schleppende Brennerführung reduzierte die Emissionen über alle Drahtvorschübe hinweg leicht. Die grösste Wirkung erzielte jedoch die Lichtbogenlängenkorrektur. Bereits eine moderate Erhöhung der mittleren Spannung – etwa um +0,4 V – reduzierte die FER bei allen Drahtvorschüben deutlich (Bild 5). Der physikalische Hintergrund: Eine optimal eingestellte Lichtbogenlänge minimiert Kurzschlusserscheinungen. Weniger Kurzschlüsse bedeuten einen ruhigeren Werkstoffübergang – und dadurch weniger Metalldampf und weniger Rauch.

Kehlnähte
Hier lagen die Emissionen insgesamt niedriger, zeigten aber das gleiche Verhalten (Bild 6):
– 5 m/min Drahtvorschub: zirka 0,55 mg/s
– 8 m/min Drahtvorschub: zirka 0,7 mg/s
– 11 m/min Drahtvorschub: zirka 1,7 mg/s
Auch hier zeigte sich die schleppende Brennerführung beim Schweissen mit Absaugschweissbrenner als vorteilhaft, insbesondere bei hohen Drahtvorschüben. Ein Detailversuch bei 11 m/min ergab ein FER-Minimum bei einer Korrektur von -1,5 V. Wurde der Lichtbogen verlängert oder verkürzt, stieg die Emission wieder – entweder durch höhere Prozessleistung oder vermehrte Kurzschlüsse.

Die Essenz für die Werkstatt
– Der Prozess ist die Basis: Der Impulsprozess liefert bei vielen Anwendungen einen besonders günstigen Werkstoffübergang.
– Lichtbogenlänge feinjustieren: Der Lichtbogen sollte möglichst kurz gehalten werden, sodass der Prozess mit einer geringen, aber stabilen Kurzschlussfrequenz arbeitet.
– Drahtvorschub optimieren: Die Drahtvorschubgeschwindigkeit von 5 m/min überzeugte im Versuch mit den geringsten Emissionswerten.
Grundsätzlich gilt: Bleibt der Schweissprozess gleich, ist eine niedrigere Lichtbogenleistung vorteilhaft.

Rauch einfangen, bevor er sich verteilt
Neben Verfahren und Parametern ist die richtige Erfassung zentral. Absaugschweissbrenner wie der Fronius MTW 500i Exento holen den Rauch dort ab, wo er entsteht: direkt im Schmelzbad. In Verbindung mit einer leistungsstarken mobilen Fronius Exento-HighVac-Absaugung können sehr hohe Erfassungsgrade bis zu 99 Prozent erreicht werden, da der Rauch unmittelbar an der Entstehungsstelle abgeführt wird. Wichtig: Der Volumenstrom der Brennerabsaugung ist innerhalb eines optimalen Bereichs zu halten; zu niedrige Werte mindern die Erfassungsleistung, zu hohe können Schutzgasabriss, Spritzer oder Nahtunregelmässigkeiten begünstigen. Empfohlen wird die regelmässige Überprüfung mit einem geeigneten Volumenstrom-Messgerät.
Überall dort, wo kein Absaugschweissbrenner verwendet werden kann – etwa beim E-Hand-Schweissen –, bietet die mobile Exento-LowVac-Absaugung eine wirksame Alternative. Sie arbeitet mit einer strömungsoptimierten, drehbaren Absaughaube, die einen grossen Erfassungsbereich abdeckt. Zudem verfügt sie über eine grosse Filterfläche und eignet sich ideal für häufig wechselnde Arbeitsplätze.
Sämtliche Exento-Systeme erfüllen die Anforderungen der DIN EN ISO 21904-1 für das Erfassen und Abscheiden von Schweissrauch. Diese Norm legt die allgemeinen Anforderungen an lokale Erfassungseinrichtungen fest – einschliesslich der Konstruktion von Absaughauben, Leitungsführung, Filtereinheiten, Luftmengen, Warnsystemen sowie sicherheitsgerechten Arbeitsplatzanweisungen. Ihr Ziel ist es, sicherzustellen, dass Schweissrauch möglichst vollständig und möglichst nah an der Entstehungsstelle erfasst und zuverlässig abgeschieden wird.

Persönliche Schutzausrüstung: Schweisshelme mit Gebläsefiltereinheit
Dort, wo technische Absaugung an Grenzen stösst oder Schweisser/-innen zusätzlichen Schutz benötigen, spielt persönliche Schutzausrüstung eine entscheidende Rolle. Gebläseunterstützte Schweisshelme (PAPR – Powered Air Purifying Respirators) schützen zuverlässig vor feinsten Schweissrauchpartikeln, indem sie permanent gefilterte, saubere Atemluft in den Helm leiten.
Die Kombination aus Überdruck im Helm und hochwirksamen Partikelfiltern reduziert die Schadstoffbelastung erheblich – besonders bei Arbeiten in engen Räumen, schwer zugänglichen Bereichen oder bei Prozessen ohne direkte Punktabsaugung. Fronius bietet hierzu moderne Fronius Vizor-Air-Schweisshelme mit Gebläsefiltereinheit. Ein gleichmässiger Luftstrom, reduzierte Wärmebelastung und ein ungehindertes Sichtfeld unterstützen präzises Arbeiten selbst bei langen Schichten.

Fazit: Schweissrauch ist kein Schicksal
Schweissrauch lässt sich beherrschen. Mit der richtigen Kombination aus moderner Prozessführung, parametrischer Feinjustierung, punktgenauer Absaugung und persönlicher Schutzausrüstung wird der Arbeitsplatz nicht nur sicherer – sondern auch produktiver und attraktiver. Oder kurz gesagt: Die Fume Emission Rate ist kein Naturgesetz. Sie ist eine Stellgrösse und Schweissfachkräfte haben viele dieser Stellschrauben selbst in der Hand.

Mehr zum Thema Schweissschutz mittels untenstehendem Link.

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