Verdrängungsluft bei der Befüllung ist die Luft, die beim Einfüllen von Schüttgütern, Flüssigkeiten oder Pulvern aus einem Behälter, Silo oder einer Verpackung nach außen gedrückt wird. Diese verdrängte Luft ist kein neutrales Medium: Sie ist mit Stäuben, Dämpfen oder Aerosolen aus dem Befüllgut belastet und gelangt unkontrolliert in die Hallenluft. Welche Gesundheitsrisiken daraus entstehen, welche Normen gelten und wie sich Verdrängungsluft wirksam absaugen lässt, beantwortet dieser Artikel.
Wie entsteht Verdrängungsluft beim Befüllvorgang?
Verdrängungsluft entsteht, weil ein Behälter beim Befüllen nicht gleichzeitig größer werden kann. Jeder Liter Material, der von oben in ein Silo, einen Tank, einen Big Bag oder eine Verpackung eingefüllt wird, verdrängt exakt dasselbe Volumen Luft nach oben und außen. Dieser physikalische Vorgang ist unvermeidlich und tritt bei jeder Befüllung auf, unabhängig vom Befüllgut oder der Befüllgeschwindigkeit.
Die Menge der verdrängten Luft hängt direkt von der Befüllgeschwindigkeit und dem Behältervolumen ab. Je schneller befüllt wird, desto größer ist der Volumenstrom der austretenden Luft pro Zeiteinheit. Bei pneumatischer Förderung kommt zusätzlich der Trägerluftanteil hinzu, der den Befüllstrom begleitet und ebenfalls aus dem Behälter entweichen muss. Das macht pneumatische Befüllanlagen zu besonders intensiven Quellen von Verdrängungsluft.
Typische Befüllsituationen, bei denen Verdrängungsluft in relevantem Umfang entsteht:
- Befüllung von Silos und Vorratsbehältern mit Pulvern oder Schüttgütern
- Abfüllung in Big Bags, Säcke oder Fässer
- Pneumatische Förderung von Granulaten oder Stäuben in Behälter
- Befüllung von Mischern, Reaktoren oder Dosierbehältern
- Umfüllvorgänge von einem Behälter in einen anderen
Entscheidend für die Gefährdungsbeurteilung ist, dass Verdrängungsluft nicht an einer definierten Stelle austritt, sondern an jeder Öffnung, jedem Spalt und jeder undichten Stelle des Behälters. Ohne gezielte Erfassung verteilt sie sich diffus im gesamten Arbeitsbereich.
Welche Schadstoffe enthält verdrängte Luft aus Befüllanlagen?
Verdrängte Luft aus Befüllanlagen enthält die Schadstoffe, die im Befüllgut selbst vorhanden sind oder beim Befüllvorgang freigesetzt werden. Das sind in der Regel Staubpartikel des Befüllguts, Dämpfe flüchtiger Bestandteile oder Aerosole bei flüssigen Medien. Die genaue Zusammensetzung hängt vom verarbeiteten Material ab und muss im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung nach GefStoffV ermittelt werden.
Stäube und Partikel
Bei der Befüllung mit Pulvern, Granulaten oder staubförmigen Schüttgütern enthält die Verdrängungsluft Partikel des Befüllmaterials. Diese können, abhängig vom Stoff, unter den A-Staub-Grenzwert von 1,25 mg/m³ oder unter spezifische Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) nach TRGS 900 fallen. Bei krebserzeugenden Stäuben, etwa solchen mit Cr(VI)- oder Nickelverbindungen, existiert kein AGW; hier gilt das risikobezogene Maßnahmenkonzept der TRGS 910 mit Akzeptanz- und Toleranzkonzentration.
Dämpfe und flüchtige Verbindungen
Werden Lösemittel, chemische Zwischenprodukte oder andere flüchtige Stoffe abgefüllt, enthält die Verdrängungsluft entsprechende Dampfanteile. Für diese Stoffe gelten die AGW-Werte der TRGS 900. Wichtig: Aktivkohle wirkt gegen die Gasphase, nicht gegen Partikel. Bei Gemischen aus Staub und Dampf muss deshalb zunächst die Partikelabscheidung erfolgen, danach die Gasphasenbehandlung.
Warum ist unkontrollierte Verdrängungsluft ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko?
Unkontrollierte Verdrängungsluft ist ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko, weil sie schadstoffbeladene Luft direkt in den Atembereich der Beschäftigten einträgt, ohne dass eine Erfassung oder Filtration stattfindet. Gleichzeitig kann sie, bei brennbaren oder explosionsfähigen Stäuben und Dämpfen, zündfähige Atmosphären erzeugen und damit ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen.
Auf der Gesundheitsseite steht die inhalative Exposition gegenüber Stäuben, Dämpfen oder Aerosolen im Vordergrund. Überschreitungen der AGW nach TRGS 900 oder der Toleranzkonzentrationen nach TRGS 910 führen zu einer erhöhten Gefährdung der Beschäftigten und begründen eine Pflicht zur technischen Schutzmaßnahme nach dem STOP-Prinzip der GefStoffV.
Auf der Sicherheitsseite ist die Explosionsgefahr zu bewerten. Stäube werden nach ihrer Explosionsfähigkeit in die Zonen 20, 21 und 22 nach GefStoffV Anhang I Nr. 1.7 eingeteilt. Gase und Dämpfe fallen unter die Zonen 0, 1 und 2. Beide Zonensysteme dürfen nicht vermischt werden. Bei staubexplosionsfähigen Materialien gilt Staub ab einem Druckaufbau von mehr als 0,5 bar über dem Ausgangsdruck als explosionsfähig. Für die Einstufung sind GESTIS-STAUB-EX und das jeweilige Sicherheitsdatenblatt maßgeblich.
Betriebe, die bei einer BG-Prüfung keine ausreichende Absaugtechnik nachweisen können, riskieren Bußgelder, Auflagen und im Schadensfall die persönliche Haftung verantwortlicher Führungskräfte.
Wie unterscheidet sich Verdrängungsluft von anderen Emissionsquellen in der Produktion?
Verdrängungsluft unterscheidet sich von anderen Emissionsquellen dadurch, dass sie keine kontinuierliche, sondern eine befüllungsabhängige Emission ist: Sie tritt nur während des aktiven Befüllvorgangs auf, dann aber mit einem Volumenstrom, der direkt von der Befüllgeschwindigkeit abhängt. Andere Quellen wie Schweißrauch oder Schleifstaub entstehen prozessdauerabhängig und lassen sich leichter an einer definierten Stelle erfassen.
Ein weiterer Unterschied liegt in der Erfassungsgeometrie. Schweißrauch steigt thermisch auf und kann mit einer Absaughaube oder einem Absaugarm an der Entstehungsstelle erfasst werden. Verdrängungsluft tritt dagegen an der Behälteröffnung oder an Undichtigkeiten aus, oft mit wechselndem Austrittsort je nach Behälterfüllstand und Befüllgeschwindigkeit. Das erfordert eine angepasste Erfassungsstrategie.
Für die Auslegung einer Absauganlage bedeutet das: Der Volumenstrom muss auf den maximalen Befüllstrom ausgelegt sein, nicht auf einen Dauerbetrieb. Gleichzeitig kann der Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF) bei Anlagen mit mehreren Befüllstellen genutzt werden, wenn nicht alle Stellen gleichzeitig aktiv sind. Der GZF beschreibt das Verhältnis der gleichzeitig aktiven Absaugstellen zur Gesamtzahl und kann die Anlagengröße bis zu 40 % reduzieren.
Wie lässt sich Verdrängungsluft bei der Befüllung wirksam absaugen?
Verdrängungsluft lässt sich wirksam absaugen, indem die Absaugung direkt an der Behälteröffnung oder am Befüllstutzen ansetzt und den austretenden Luftstrom vollständig erfasst, bevor er sich in der Halle verteilt. Entscheidend ist, dass der Absaugvolumenstrom mindestens dem Verdrängungsvolumenstrom entspricht, zuzüglich eines Sicherheitszuschlags für diffuse Emissionen.
Erfassung an der Quelle
Die effektivste Methode ist die direkte Anbindung der Absaugung an den Behälter oder die Befülleinrichtung. Dabei wird der Befüllstutzen mit einem Absauganschluss versehen, der die verdrängte Luft direkt ableitet. Bei offenen Befüllstellen kommen Erfassungshauben oder Umhausungen zum Einsatz, die den Austrittsbereich möglichst vollständig umschließen.
Filterauswahl nach Medium
Die Wahl des Filters richtet sich nach dem Schadstoff in der Verdrängungsluft. Für trockene Stäube kommen Entstauber der CF-Serie zum Einsatz, wobei die erforderliche Geräteklasse L, M oder H sich aus dem AGW des jeweiligen Staubs nach TRGS 900 ableitet. Bei klebrigen, reaktiven, hygroskopischen oder elektrostatisch aufladbaren Materialien sind Nassabscheider die geeignete Option, da diese Stäube Trockenfilter zusetzen oder gefährliche Reaktionen auslösen können. Bei Gemischen aus Staub und Dampf muss die Partikelabscheidung immer vor der Gasphasenbehandlung mit Aktivkohle erfolgen.
Welche Normen und Vorschriften gelten für die Absaugung von Verdrängungsluft?
Für die Absaugung von Verdrängungsluft gelten keine einzelne Spezialnorm, sondern ein Regelwerk aus Gefahrstoffrecht, DGUV-Regeln und produktspezifischen Normen, das je nach Befüllgut und Branche unterschiedlich zusammengesetzt ist. Ausgangspunkt ist immer die Gefährdungsbeurteilung nach GefStoffV.
Die wichtigsten Regelwerke im Überblick:
- GefStoffV: Pflicht zur Gefährdungsbeurteilung und zur technischen Schutzmaßnahme nach dem STOP-Prinzip
- TRGS 900: Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) für Stäube und Dämpfe im Befüllgut
- TRGS 910: Risikobezogenes Maßnahmenkonzept für krebserzeugende Gefahrstoffe ohne AGW
- TRGS 504: Tätigkeiten mit Stäuben, Grundlage für die Auswahl von Absaugmaßnahmen
- TRGS 727: Vermeidung von Zündgefahren durch elektrostatische Aufladungen, relevant bei staubexplosionsfähigen oder lösemittelhaltigen Medien
- DGUV Regel 109-002: Arbeitsplatzlüftung und lufttechnische Maßnahmen
- DIN EN 689: Bewertungsstrategie für Expositionsmessungen zur Überprüfung der AGW-Einhaltung
Bei explosionsfähigen Stäuben oder Dämpfen kommen zusätzlich die ATEX-Richtlinien und die GefStoffV Anhang I Nr. 1.7 zur Zoneneinteilung hinzu. Die Zoneneinteilung muss Staubablagerungen einschließen, nicht nur die Staubwolke. Für die konkrete Anwendung und die Auswahl der Absauganlage ist eine dokumentierte Gefährdungsbeurteilung die Grundlage jeder Auslegungsentscheidung und gleichzeitig der Nachweis gegenüber Behörden und Berufsgenossenschaft.
Ein wichtiger regulatorischer Hinweis zur Investitionssicherheit: Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG wird zum 20.01.2027 ohne Übergangsfrist durch die Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 abgelöst. Wer jetzt eine Absauganlage für Befüllanlagen plant, sollte sicherstellen, dass die Anlage die Anforderungen der neuen Maschinenverordnung erfüllt, um Nachrüstungsbedarf nach dem Stichtag zu vermeiden.
Wie ULMATEC bei der Absaugung von Verdrängungsluft hilft
Verdrängungsluft stellt viele Betriebe vor eine Auslegungsaufgabe, die sich nicht mit Standardlösungen beantworten lässt: Der Volumenstrom variiert mit der Befüllgeschwindigkeit, das Medium bestimmt die Filterklasse, und die Zoneneinteilung beeinflusst die Geräteanforderungen. Wir analysieren bei ULMATEC den jeweiligen Prozess, das Befüllgut und den erforderlichen Volumenstrom und entwickeln, fertigen und montieren die passende Absauganlage dazu. Auslegung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme erfolgen aus einer Hand, hergestellt in Deutschland.
Konkret bedeutet das für die Absaugung von Verdrängungsluft:
- Prozessanalyse: Wir ermitteln den Verdrängungsvolumenstrom auf Basis der Befüllgeschwindigkeit und des Behältervolumens
- Filterauswahl: Entstauber der CF-Baureihe für trockene Stäube, Nassabscheider der WE-Baureihe für klebrige oder reaktive Medien, Aktivkohlestufe für Dampfanteile
- Normkonforme Auslegung: Wir legen die Anlage nach GefStoffV, TRGS 900, TRGS 910 und den relevanten DGUV-Regeln aus und liefern die vollständige technische Dokumentation
- Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF): Bei mehreren Befüllstellen prüfen wir, ob der GZF die Anlagengröße wirtschaftlich reduzieren kann, bis zu 40 %
- Investitionssicherheit: Die Anlagen sind auf die Anforderungen der Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 ausgerichtet, die ab dem 20.01.2027 gilt
Haben Sie eine Befüllanlage, bei der Verdrängungsluft bisher unkontrolliert in die Halle austritt? Nehmen Sie Kontakt auf und schildern Sie uns Ihren Prozess. Wir melden uns mit einer konkreten Einschätzung zur Auslegung.