Beim Laserschweißen entsteht ein besonders feiner, hochkonzentrierter Rauch, der andere Anforderungen an die Absaugung stellt als konventionelle Schweißverfahren. Die extrem hohe Energiedichte des Laserstrahls erzeugt Partikel im Nanometerbereich, die tief in die Atemwege eindringen und schwer zu erfassen sind. Dieser Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen zur Schweißrauchabsaugung beim Laserschweißen und erklärt, welche Normen, Technologien und Auslegungskriterien für Betreiber relevant sind.
Warum ist Laserschweißrauch gefährlicher als normaler Schweißrauch?
Laserschweißrauch ist gefährlicher als Rauch aus konventionellen Schweißverfahren, weil die extrem hohe Energiedichte des Laserstrahls ultrafeine Partikel im Nanometerbereich erzeugt. Diese Partikel sind kleiner, zahlreicher und tiefer lungengängig als die Partikel aus MIG/MAG- oder WIG-Prozessen. Sie passieren die oberen Atemwege und gelangen direkt in die Alveolen.
Der entscheidende Unterschied liegt in der Partikelgröße und der Partikelkonzentration. Während beim MIG/MAG-Schweißen überwiegend Partikel im Mikrometerbereich entstehen, produziert der Laserstrahl durch die schlagartige Verdampfung des Grundwerkstoffs eine sehr hohe Anzahl ultrafeiner Partikel. Diese ultrafeine Fraktion ist schwerer zu erfassen, weil sie dem Luftstrom folgt und sich nicht wie gröbere Partikel durch Trägheit abscheiden lässt.
Hinzu kommt die chemische Zusammensetzung. Beim Laserschweißen von Edelstahl oder hochlegierten Chrom-Nickel-Stählen enthält der Rauch nachweislich Chrom(VI)-Verbindungen. Chrom(VI) ist krebserzeugend. Für krebserzeugende Stoffe gilt das Minimierungsgebot: Die Exposition muss so weit wie technisch möglich reduziert werden, unabhängig von der Toleranzkonzentration nach TRGS 910. Betriebe, die bei einer BG-Prüfung keine ausreichende Absaugtechnik nachweisen können, riskieren Bußgelder, Auflagen und im Schadensfall die persönliche Haftung verantwortlicher Führungskräfte.
Welche Schadstoffe entstehen beim Laserschweißen?
Beim Laserschweißen entstehen metallische Oxide, ultrafeine Partikel, gasförmige Verbindungen und je nach Grundwerkstoff krebserzeugende Substanzen wie Chrom(VI). Die genaue Schadstoffzusammensetzung hängt vom verarbeiteten Werkstoff, dem Schutzgas und den Prozessparametern ab.
Die wichtigsten Schadstoffe im Überblick:
- Chrom(VI)-Verbindungen beim Laserschweißen von Edelstahl und hochlegierten Stählen mit mehr als 30 % Cr/Ni-Anteil
- Nickeloxide beim Schweißen nickelhaltiger Legierungen
- Manganoxide bei unlegierten und niedriglegierten Baustählen
- Aluminiumoxide beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen
- Zinkoxide bei verzinkten Blechen, die im Fahrzeugbau und in der Blechverarbeitung häufig eingesetzt werden
- Photooxidantien und gasförmige Verbindungen aus der Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Schutzgas
Für die Gefährdungsbeurteilung nach § 6 GefStoffV ist die Werkstoffzusammensetzung der Ausgangspunkt. Wer hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle laserschweißt, muss das Minimierungsgebot für Chrom(VI) dokumentieren und technische Schutzmaßnahmen nachweisen. Die DGUV Information 209-016 gibt dazu praxisnahe Hinweise zu Schadstoffen bei schweißtechnischen Arbeiten.
Welche Absaugtechnik eignet sich für Laserschweißrauch?
Für die Absaugung von Laserschweißrauch eignen sich Schweißrauchabscheider mit mehrstufiger Filtration, die ultrafeine Partikel sicher zurückhalten. Die Filterstufe muss auf die Partikelgröße und die chemische Zusammensetzung des Rauchs abgestimmt sein. Bei krebserzeugenden Stoffen wie Chrom(VI) ist eine W3-zertifizierte Absauganlage nach DIN EN ISO 21904 erforderlich.
Die Filterauslegung richtet sich nach dem verschweißten Werkstoff:
- W1-Abscheider (mindestens 95 % Abscheidegrad) für unlegierte und niedriglegierte Stähle mit einem Cr/Ni-Anteil unter 5 %
- W2-Abscheider (mindestens 98 % Abscheidegrad) für legierte Stähle mit einem Cr/Ni-Anteil zwischen 5 und 30 %
- W3-Abscheider (mindestens 99 % Abscheidegrad, IFA-geprüft) für hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle mit einem Cr/Ni-Anteil über 30 % sowie bei Chrom(VI)-haltigen Schweißrauchemissionen
Die Abscheideklassen W1, W2 und W3 nach DIN EN ISO 21904-2 gelten ausschließlich für Schweißrauch. Sie sind eine Geräteklassifizierung für Schweißrauchabscheider und dürfen nicht auf allgemeinen Zerspanungsstaub oder andere Stäube angewendet werden.
Beim Laserschweißen kommt ein weiterer technischer Aspekt hinzu: Die ultrafeinen Partikel erfordern eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an der Erfassungsstelle, damit der Rauch nicht in die Hallenluft entweicht. Erfassungselemente wie Absaugarme, brennernahe Absaugdüsen oder integrierte Absaugeinheiten in der Laseranlage müssen nah an der Entstehungsstelle positioniert sein. Eine Schweißrauch-Absauganlage sollte daher immer mit dem Laserintegrator abgestimmt werden.
Bei der Luftrückführung in den Arbeitsbereich ist TRGS 560 zu beachten: Enthält der Schweißrauch krebserzeugende Stoffe, stellt TRGS 560 besondere Anforderungen an die Dichtheit der Anlage und die Filterwirksamkeit.
Welche Normen und Grenzwerte gelten beim Laserschweißen?
Beim Laserschweißen gelten dieselben Normen wie bei anderen schweißtechnischen Verfahren, da der Laserstrahl als verwandtes Verfahren im Geltungsbereich von DIN EN ISO 21904 ausdrücklich eingeschlossen ist. Maßgeblich sind außerdem TRGS 528, die GefStoffV und die DGUV Information 209-016.
Die wichtigsten Regelwerke im Überblick:
- DIN EN ISO 21904: Norm für Einrichtungen zum Erfassen und Abscheiden von Schweißrauch; umfasst ausdrücklich thermisches Schneiden und verwandte Verfahren einschließlich Laserschweißen; Teil 2 definiert die Abscheideklassen W1, W2 und W3
- TRGS 528: Technische Regel für Gefahrstoffe bei schweißtechnischen Arbeiten; beim Schweißen hochlegierter Chrom-Nickel-Stähle fordert TRGS 528 Abscheider der Abscheideklasse W3
- GefStoffV: Gefahrstoffverordnung als gesetzliche Grundlage für die Gefährdungsbeurteilung
- TRGS 561: Tätigkeiten mit krebserzeugenden Metallen, relevant bei Nickel- und Chromverbindungen
- TRGS 910: Risikobezogenes Maßnahmenkonzept für krebserzeugende Gefahrstoffe; bei Chrom(VI)-Exposition gilt eine Toleranzkonzentration von 1,0 µg/m³ (E-Fraktion) nach TRGS 910
- DGUV Information 209-016: Schadstoffe beim Schweißen und bei verwandten Verfahren
Für die Gefährdungsbeurteilung ist die Werkstoffanalyse zwingend. Wer ohne dokumentierte Beurteilung laserschweißt, erfüllt die Anforderungen der GefStoffV nicht. Die Wahl der richtigen Abscheideklasse folgt direkt aus dem Cr/Ni-Anteil des Grundwerkstoffs und der Frage, ob krebserzeugende Stoffe entstehen.
Wie unterscheidet sich die Absaugung bei verschiedenen Laserverfahren?
Die Absaugung unterscheidet sich je nach Laserverfahren vor allem in der Erfassungsgeometrie und dem erforderlichen Volumenstrom. Laserstrahlschweißen, Laserschneiden und Laserauftragschweißen erzeugen unterschiedliche Rauchmengen und Partikelspektren, die jeweils eine angepasste Absaugstrategie erfordern.
Laserstrahlschweißen
Beim Laserstrahlschweißen entsteht eine konzentrierte Rauchfahne direkt über der Schweißnaht. Die Erfassung erfolgt idealerweise über eine brennernahe Absaugdüse oder eine in die Laseroptik integrierte Absaugeinheit. Der Volumenstrom muss hoch genug sein, um die ultrafeinen Partikel zu erfassen, bevor sie sich in der Hallenluft verteilen. Bei automatisierten Anlagen und Schweißrobotern wird die Absaugung häufig fest in die Anlage integriert.
Laserschneiden und thermisches Schneiden mit Laser
Beim Laserschneiden entstehen größere Rauchmengen als beim Schweißen, weil mehr Material verdampft wird. Hier kommen häufig Absaugtische oder geschlossene Schneidkabinen mit integrierter Absaugung zum Einsatz. Der Geltungsbereich von DIN EN ISO 21904 schließt thermisches Schneiden mit Laser ausdrücklich ein, sodass dieselben Anforderungen an den Abscheidegrad gelten wie beim Schweißen. Bei Edelstahl gelten auch hier die W3-Anforderungen.
Laserauftragschweißen und Laserhärten
Beim Laserauftragschweißen werden Metallpulver oder Drähte aufgeschmolzen, was zu einem komplexen Schadstoffspektrum führt. Je nach Pulverzusammensetzung können krebserzeugende Metalle freigesetzt werden. Die Absaugung muss auf den jeweiligen Pulverwerkstoff ausgelegt sein, und die Gefährdungsbeurteilung muss den Pulver-Schadstoff explizit erfassen.
Wann ist eine zentrale Absauganlage sinnvoller als ein mobiles Gerät?
Eine zentrale Schweißrauchabsaugung ist sinnvoller als ein mobiles Gerät, wenn mehrere Laserschweißarbeitsplätze gleichzeitig betrieben werden, die Anlage fest in eine Laseranlage integriert ist oder die Rauchmengen die Kapazität mobiler Geräte überschreiten. Mobile Geräte eignen sich für einzelne, wechselnde Arbeitsplätze mit geringem Volumenstrom.
Die Entscheidung hängt von mehreren Faktoren ab:
- Anzahl der Absaugstellen: Ab mehreren gleichzeitig aktiven Laserschweißplätzen rechnet sich eine zentrale Anlage wirtschaftlich. Der Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF) beschreibt das Verhältnis der gleichzeitig aktiven Absaugstellen zur Gesamtzahl aller Absaugstellen. Durch die Analyse des Gleichzeitigkeitsfaktors lässt sich die Absauganlage abhängig von den tatsächlichen Betriebsabläufen bis zu 40 % kleiner dimensionieren.
- Integration in automatisierte Anlagen: Schweißroboter und automatisierte Laserschweißanlagen lassen sich in der Regel nicht mit einem mobilen Gerät ausreichend absaugen. Hier ist eine fest installierte, stationäre Absauganlage die technisch richtige Lösung.
- Wartungsaufwand: Eine zentrale Anlage hat einen Filtersatz statt vieler einzelner Filter an mobilen Geräten. Der Filterwechsel ist einfacher zu dokumentieren und zu überwachen.
- Platzverhältnisse: Mobile Geräte beanspruchen Stellfläche direkt am Arbeitsplatz. Eine zentrale Anlage mit Rohrleitungssystem gibt die Fläche frei.
- Rauchmengen und Volumenstrom: Hochleistungs-Laserschweißanlagen mit hoher Taktrate erzeugen Rauchmengen, die ein mobiles Gerät schnell an seine Kapazitätsgrenze bringen.
Für kleine Werkstätten mit einem oder zwei Laserschweißarbeitsplätzen und wechselnden Positionen bleibt die mobile Schweißrauchabsaugung eine praktikable Lösung. Entscheidend ist, dass das gewählte Gerät die erforderliche W-Klasse für den verschweißten Werkstoff erfüllt und der Erfassungsgrad an der Entstehungsstelle ausreicht.
Wie ULMATEC bei der Absaugung von Laserschweißrauch unterstützt
ULMATEC analysiert für jeden Laserschweißprozess den Werkstoff, den entstehenden Volumenstrom und die Anforderungen aus der Gefährdungsbeurteilung. Daraus entwickeln, fertigen und montieren wir die passende Absauganlage, hergestellt in Deutschland. Unsere Leistungen umfassen:
- Auslegung der Absauganlage nach DIN EN ISO 21904 mit der richtigen Abscheideklasse (W1, W2 oder W3) für den jeweiligen Laserwerkstoff
- Integration in automatisierte Laserschweißanlagen und Schweißroboter, einschließlich Abstimmung mit dem Laserintegrator
- Zentrale Absauganlagen für mehrere Laserschweißarbeitsplätze mit Luftvolumen bis 250.000 m³/h
- Mobile Schweißrauchabsauggeräte für flexible Einzelarbeitsplätze mit W3-Zertifizierung bei Bedarf
- Kombination von Luftreinigung, Klimatisierung und Wärmerückgewinnung in einer Anlage für energieeffiziente Prozesse
- Technische Dokumentation und Unterstützung bei der Gefährdungsbeurteilung für die Nachweispflicht gegenüber Berufsgenossenschaft und Behörden
- Unsere Absauganlagen sind meist förderfähig nach BAFA und KfW. Fragen Sie uns dazu an. Unsere Bewilligungsquote für Förderungen liegt bei 100 %.
Typische Herausforderung: Sie laserschweißen Edelstahl in einer automatisierten Anlage und benötigen eine W3-zertifizierte Absaugung, die sich in Ihren Prozess integrieren lässt. Wir klären mit Ihnen gemeinsam den erforderlichen Volumenstrom, die Erfassungsgeometrie und die Filterstufenfolge. Kontaktieren Sie uns für eine technische Beratung zu Ihrer Laserschweißanwendung.
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