Die Dämpfe und Stäube bei der GFK-Verarbeitung stellen nicht nur Gesundheitsrisiken für die Mitarbeiter dar, sondern können auch die Produktionsanlagen oder die Kunststoffteile selbst beeinträchtigen. Die Mängel an falsch ausgelegten Luftreinigungsanlagen äußern sich in überschrittenen Arbeitsplatzgrenzwerten (AGW), ungenügender Energieeffizienz, zu hohen Betriebskosten, schlechtem Raumklima wie etwa Zugerscheinungen oder einem erhöhtem Geräuschpegel der Lüftungsanlage. Ziel ist es, die AGW nicht zu überschreiten und die Invest- und Betriebskosten für die peripheren Einrichtungen zur Luftreinhaltung in engen Grenzen zu halten. Je größer die Bauteile sind, beispielsweise Bootsrümpfe, Rohre oder großvolumige Gehäuse- und Fahrzeugteile, umso größer werden die technischen Anforderungen an das Projekt und die Zwänge, die lufttechnischen Anlagen sehr genau auf die jeweiligen Gegebenheiten auszulegen. Dazu sind entsprechende Voruntersuchungen der spezifischen Prozessbedingungen zur Auslegung der Anlagen erforderlich. So geht auch der lufttechnische Anlagenbauer ULT aus dem sächsischen Löbau in seinen Projekten vor, um die Prozessanforderungen zu erfüllen und niedrige Betriebskosten zu erreichen. Um diese Ziele zu erreichen, arbeiten die Ingenieure bei ULT auch mit Wissenschaftlern und spezialisierten Ingenieurbüros zusammen.

Fein-Entstaubung am Beispiel
einer GFK-Rohrproduktion

Die mechanische Vor- und Nachbearbeitung von größeren GFK-Teilen wie GFK-Rohren verursacht Feinstäube mit glashaltigen Filamenten, so

  • beim Zuschnitt von Fasermatten und -gelegen,
  • bei mechanischer Zuführung von Glasfasern und Füllstoffen oder Kompositen an den Fertigungsort und
  • bei mechanischer Bearbeitung von ausgehärteten GFK-Bauteilen, wie etwa durch Sägen und Schleifen.

Glasfaserhaltiger Feinstaub wird bislang nicht als toxikologisch wirksam eingestuft. Fest steht aber, dass kleine gebrochene Glasfilamente kurzfristig zu Reizungen der Augen, Haut oder Atemwege führen können. Auch über eine krebserzeugende Wirkung, wie sie für Asbest-fasern erwiesen ist, wird seit Jahren diskutiert. Jeder Anlagenbetreiber ist daher gut beraten, für saubere Atmosphäre zu sorgen, um Gefährdungen seiner Mitarbeiter und damit etwaige künftige Haftungsansprüche auszuschließen. Darüber hinaus muss der Brand- und Explosionsschutz beachtet werden.

Im Mittelpunkt der GFK-Bearbeitung steht die Beseitigung von Schleif- und Sägestäuben, die durch hochtourig laufende Werkzeuge entstehen. Diese weißen Stäube setzen sich auf und in der Prozesstechnik sowie im gesamten Arbeitsum-feld fest, also auch auf der Arbeitskleidung und der Haut der Mitarbeiter.

Eine traditionelle Methode zur Verminderung der Staubentwicklung ist die Werkstückbearbeitung unter Wasserzufuhr. In der Folge sind Mengen von schweren, gipsartigen Schlämmen zu sammeln, zu entwässern und aufwändig zu entsorgen. Zudem sind Maschinen und Fabrikfußboden meist nass und schlammbespritzt. Außerdem ist diese Methode handarbeitsintensiv und unattraktiv. Speziell der Fertigungsprozess zur Herstellung von GFK-Rohren (Durchmesser bis zu 3?m und mehr) erforderte daher eine Alternative zu dieser Staubbeseitigung, und zwar ohne Wasser. Um die Trockenbearbeitung von GFK-Werkstoffen staubtechnisch zu lösen, erforschte ULT gemeinsam mit Fachleuten aus der Rohrherstellunge die verschiedenen Möglichkeiten. Dadurch wurden Fragen wie die Kapselung der schnell laufenden Bearbeitungswerkzeuge, Luftvolumen, notwendiger Unterdruck, Sammlung der Stäube, Auswurf in geeignete Behältnisse und deren Abtransport wirksam gelöst. Staub und Späne werden so zu 98?% erfasst und abgeschieden.

Die Luftreinigungsanlage besteht aus zwei Stufen. Abreinigungsfähige Patronenfilter erfassen die größeren Partikel und scheiden diese ab. Die nachgeschaltete zweite Stufe erfasst feinste Schwebstoffe mittels HEPA-Filtern (High Efficiency Particulate Airfilter). Die so gereinigte Luft gelangt anschließend wieder in den Arbeitsraum zurück – das ist vorteilhaft für den Energiehaushalt. Die zweistufige Kaskade ist kompakt, weist lange Standzeiten der Filter auf und verbraucht vergleichsweise wenig Energie.

Beseitigung klebriger Stäube am Beispiel einer GFK-Rohrproduktion

Die GFK-Rohrherstellung hält wie andere GFK-Fertigungen auch eine weitere Herausforderung bereit: klebrige Stäube.
Bei einer typischen GFK-Herstellung werden Polyesterharze, Glasfasern und gegebenenfalls Füllstoffe unter Zugabe von Härtersystemen zu Laminaten verarbeitet. Bei der Materialzufuhr und der nachfolgenden Aushärtung gelangt eine Mischung von klebrigen Partikeln ins Umfeld, ebenso wie bei der Bearbeitung des ausgehärteten Laminates durch Sägen und Schleifen. Diese beeinträchtigen Menschen und Maschinen; dazu kommt die Explosions- und Brandgefahr. Die Erfassung und Abscheidung der aggressiven Partikel erfordert besondere Vorkehrungen, sonst kommt es zu Verklebungen und Verkrustungen. Filter werden so schnell unbrauchbar und Komponenten der Luftreinigungsanlagen regelrecht zerstört. ULT hat unter Mitwirkung des Instituts für Luft- und Kältetechnik Dresden (ILK) das Verhalten von Filtern und Filterhilfsmitteln beim Anfiltrieren einer Staubschutzschicht für die Harzteilchen systematisch untersucht. Ein neuartiges Filterhilfsmittel, das in die abgesaugte, partikelbeladene Luft eingebracht wird, führte zum Erfolg. Es bindet den klebrigen Staub an seiner Oberfläche bevor er das Filterelement verkleben kann. Das Filterhilfsmittel ist ein Granulat, welches handelsüblich nicht dosier- beziehungsweise flugfähig ist. Um dieses Granulat in den abgesaugten Luftstrom zu dosieren, musste daher eine spezielle Dosiereinrichtung entwickelt werden. Mit dieser Technik werden die Standzeiten der Filter verlängert, die Leitungen und Anlagenausrüstungen vor Verschleiß bewahrt und somit die Kosten gesenkt.

Styroldampf-Absaugung
in einer Bootswerft

Styroldämpfe reizen die Atemwege, Haut, Augen und Schleimhäute und stehen im Verdacht krebserregend zu sein. Der AGW- Wert beträgt laut Empfehlungen der MAK-Kommission 86?mg/m3 Luft. Abgesehen davon werden die Gerüche dieser Dämpfe bereits in geringsten Konzentrationen unangenehm wahrgenommen. Bei bestimmten höheren Konzentrationen entsteht sogar ein explosionsfähiges Luft-Styrol-Gemisch.

Im Falle einer Bootswerft besteht die Lösung für die Be- und Entlüftung aus zwei miteinander korrespondierenden lufttechnischen Systemen:

  • Zur allgemeinen Hallenlüftung wird unter der Decke impulsarm Luft zugeführt, die unter das Niveau der Raumtemperatur abgekühlt ist. Damit stellt sich eine weitgehend laminare Luftströmung von oben nach unten ein. Diese nimmt die am Werkstück entstehenden Styroldämpfe auf und führt sie mit geringer Verwirbelung zu den Absaugöffnungen im Bodenbereich. Diese Luftführung wurde vorab am Modell untersucht und erprobt, um in der Praxis optimale Strömungsverhältnisse zu erhalten.
  • Die Arbeitsplätze verfügen darüber hinaus über eine individuelle Be- und Entlüftung. Diese führt den Mitarbeitern Frischluft zu und erfasst Schadstoffe am Entstehungsort. Die Fertigung erfolgt mit gleitender Veränderung der Arbeitsorte. Mittels verschiebbarer Bühnen wird ein „wanderndes Laminierverfahren“ praktiziert. Die Zuluft- und Absaugeinrichtung wird kontinuierlich mitgeführt. So hat man ein „mobiles Lüftungssystem“, flexibel angepasst an die jeweilige Arbeitsaufgabe, bei relativ geringen Luftmengen.

Kosteneffizienz
Wirtschaftliche Luftreinhaltung

In der GFK-Verarbeitung entstehen gesundheitsschädliche Styroldämpfe sowie glasfaserhaltige Stäube, die auch klebrig sein können. Je größer die GFK-Bauteile werden, umso anspruchsvoller werden die erforderlichen Anlagen zur Luftreinhaltung. Und umso wichtiger wird es, die Anlagen punktgenau für die jeweiligen Prozesse und entsprechend den örtlichen Gegebenheiten zu planen. Durch Voruntersuchen kann die geeignete Luftreinigungstechnik gewählt und die richtige Dimensionierung ermittelt werden. Hat man die geeigneten Techniken gefunden, ist vor allem die richtige Anlagendimensionierung wichtig, denn damit sind die Betriebskosten maßgeblich verknüpft. GFK-verarbeitende Betriebe sollten deshalb darauf achten, dass der Anlagenbauer entsprechende lufttechnische Voruntersuchungen durchführt.

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Über den Autor

Dr. Volker Türschmann, freier Journalist, Augustusburg; Hans-Juergen Rother, GRP Technique & Service, Dresden; Dr. Christian Jakschik, Vorstand, ULT, Löbau, ult@ult.de