Richtige Anlagenauslegung und Precoatierung senken die Kosten

Laseremissionen absaugen und filtern

Bei der Laserbearbeitung von Kunststoffen entstehen zum Teil gefährliche Stoffe und unangenehme Gerüche. Darüber hinaus entstehen Partikel, die meist klebrig sind und bei der Filterung spezielle Technologien erfordern. Das Absaugen und Filtern solcher Laseremissionen in der Produktion ist für die Gesundheit der Mitarbeiter, den Schutz des Lasers und eine gute Fertigungsqualität unumgänglich.
Bei der Laserbearbeitung von Kunststoffen entstehen zum Teil extrem gefährliche Stoffe.

Die 2003 gegründete Werba Plast in Erlangen fertigt Klapprahmen, Kunststoffrahmen, Preisleisten, Schilder und Regalteile für den Lebensmitteleinzelhandel. Diese Produkte, vorwiegend aus PVC, ABS, PC, Acryl, Aluminium und Stahl, werden per Laser bearbeitet. Typische Emissionsprodukte sind Alkane, Alkene, Benzol, Toluol, Xylol, Formaldehyd, Benzopyren. Auch die Belastung durch feinste Partikel ist relativ hoch. Sie dringen bis in die Lunge vor und belasten diese ¿ auch mit langfristigen Folgeschäden. Daneben verschmutzen diese Stoffe auch die Laseranlage, besonders die Linsen ¿ ein weiterer Grund, um eine effektiv arbeitende Absaug- und Filteranlage zu integrieren.

Standard-Absauganlage war nicht ausreichend

Für die erste bei Werba Plast installierte Laseranlage wurde zunächst eine Standard-Absauganlage mit Sättigungsfiltern eingesetzt. Hauptkriterium der Wahl waren möglichst niedrige Investitionskosten. Weitere Anforderungen wurden auf Grund fehlender Erfahrungen nicht definiert. Individuelle Gegebenheiten in der Fertigung wurden nicht berücksichtigt und so kam es zu Problemen. Es zeigte sich sehr schnell, dass die durch die Bearbeitung entstehenden Stoffe kritisch waren bezüglich Absaugung und Filterung.

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Im zweiten Versuch wurde TBH mit der Projektierung einer geeigneten Anlage beauftragt. Für die Zusammenstellung einer passende Absauganlage wurden nun weitere Kriterien bewertet wie die Umgebungsbedingungen bei Werba, die Art des eingesetzten Lasers, die verarbeiteten Werkstoffe sowie der Standort des Unternehmens – Wohn-, Misch- oder Industriegebiet – erfordern teilweise andere Vorgehensweisen.

Die Lage des Fertigungsstandorts entscheidet auch darüber, ob die abgesaugten Emissionen in den Raum zurück oder nach draußen geführt werden können. In letzterem Fall sind beispielsweise die Vorgaben der TA Luft mit den beiden Bereichen Immissions- und Emissionsschutz zu berücksichtigen.

Absaug- und Filteranlage mit Vorabscheider

Die nicht funktionierende, bestehende Absauganlage an der Laseranlage bei Werba Plast wurde durch die Absaug- und Filteranlage LN 500 mit Vorabscheider FPV100 ersetzt. Bei der LN- Serie lassen sich die Filteranlagen je nach Anwendung mit unterschiedlichen Filtermodulen ausstatten. Das senkt die Filterkosten und es besteht die Möglichkeit, die Absaug- und Filteranlage bei Applikationsänderungen nachträglich einfach anzupassen. Der Vorabscheider entfernt grobe und mittlere Partikel (Filterklasse M nach DIN EN 60335). Diese Gerätekombination ist besonders sinnvoll bei hohem Staubanfall. In die Filterpatrone integrierte Paddel, die per Handkurbel betätigt werden, reinigen die Filterpatrone. Da bei Werba Plast vorwiegend klebrige Stäube bei der Laserbearbeitung anfallen, wird die Filterpatrone precoatiert, um das „zusetzen“ und damit häufige und teure Wechseln zu verhindern.

Vor Bearbeitungsbeginn wird das Precoatiermittel, ein feinpulveriges Silikat, in die Absaugleitung eingebracht. Mit der Saugwirkung verteilt es sich auf dem Vorfilter. Das Precoatiermittel bildet eine Schutzschicht zwischen Filterpatrone und den klebrigen Staubpartikeln und verhindert so das Verkleben der Filterporen. Die Filterpatrone wird nach jeder Arbeitsschicht gereinigt. Der komplette Filterkuchen fällt in eine Staubschublade. Vor Beginn der neuen Arbeitsschicht wird erneut precoatiert. Diese Lösung erhöht die Standzeiten aller Filter deutlich, die Betriebskosten der Anlage sinken auf das Minimum.

Größerer Laser, größere Absaug- und Filteranlage

Dank guter Auftragslage wurde nach kurzer Zeit die bestehende Laseranlage durch eine größere ersetzt. Dem musste die Auslegung der Absaug- und Filteranlage folgen. Höhere Laserleistung (jetzt 300 Watt, vorher 50 Watt), höhere Schnittgeschwindigkeit, größere Materialdicke (jetzt fünf Millimeter, vorher zwei Millimeter) und andere Daten waren zu berücksichtigen. TBH hat daraufhin eine leistungsfähigere Absaug- und Filteranlage mit Precoatierung konzipiert, die diesen höheren Anforderungen gerecht wird und auch bei einer weiteren Leistungssteigerung der Laseranlage ausreicht. Die neue Anlage wurde mit einem separaten Saugmotor ausgestattet, so dass die Absaugleistung von vorher 500 auf über 3000 m3 stieg. Die Filterfläche wurde von 4 auf 60 m2 vergrößert. Über zwei parallel geschaltete Vorabscheider FPV200 mit jeweils einer Aktivkohle-Einheit, zur Verminderung von Geruchsbelästigungen, wird die gefilterte Luft aus der Fertigungshalle nach außen geleitet.

Inzwischen ist Werba Plast in neue Räumlichkeiten umgezogen und hat in diesem Zuge den Laser gegen noch größeren und leistungsfähigeren ersetzt. Die bisherige Absaug- und Filteranlage wird aufgrund ihrer Leistungsreserven weiter genutzt. Es wurde lediglich eine Optimierung bezüglich Saugleistung und Geräuschemission vorgenommen. Die Saugleistung wurde durch die Optimierung der Leitungsführung sowie der Querschnitte verbessert und ein zusätzlicher Schalldämpfer reduziert nun die Geräuschemission über die gesetzlichen Vorgaben hinaus.

Lohnende Investition

Die Absaug- und Filteranlage arbeitet nach Unternehmensangaben jetzt seit Mitte 2008 ohne Probleme. Der erste routinemäßige Filterwechsel wurde im Mai 2010 vorgenommen. Betrachte man die Investitions- und Folgekosten einer solchen Anlage mit Vorabscheider und Precoatierung im Vergleich zu einer Anlage mit Sättigungsfiltern, fallen zwar höhere Anschaffungs- und Betriebskosten ins Auge, doch alleine durch die höheren Standzeiten der Filter mit Precoatierung amortisiere sich eine solche Anlage je nach Ausstattung bereits nach etwa 1,5 Jahren.

Der Beitrag basiert auf einem Manuskript von Axel Brauns, Entwicklungsleiter und Projekt-Manager.

Laserbearbeitung erzeugt Staub

Rund 90 Prozent aller bei der Materialbearbeitung mit dem Laser erzeugten Partikel weisen einen Durchmesser unter 1 Mikrometer (Rauch) auf. Partikel dieser Größe dringen direkt bis in die Alveolen der Lunge vor und belasten die Lunge. Folgeschäden wie Entzündung der Atemorgane, Beeinträchtigung der Lunge durch Gewebeveränderung, Asthma, Allergien, Zerstörung der Selbstreinigungsfunktion der Lunge, Lungenfunktionsstörungen und Lungenkrebs sind die wissenschaftlich belegten Folgen.

Emissionen bei der Verarbeitung von organischen Stoffen wie Kunststoffen, Hölzern, Textilien und Leder treten gasförmige, viskose oder feste Aggregatszustände des Materials und Kohlewasserstoffverbindungen auf. Bei der Verarbeitung metallischer Werkstoffe sind verdampfte Werkstoffe zu berücksichtigen, die zu Aerosolen kondensieren. Lungenbelastemd wirken Eisen und Aluminium, toxisch vor allem Mangan und Zink. Als krebserzeugend sind Chrom VI-Verbindungen und Nickel eingestuft. Vor allem beim Schweißen entsteht Ozon.

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