Wie lässt sich Schweißrauch beim Roboterschweißen zuverlässig erfassen?

Beim Roboterschweißen lässt sich Schweißrauch zuverlässig erfassen, wenn die Absaugmethode auf den Schweißprozess, den Werkstoff und die Geometrie der Roboterzelle abgestimmt ist. Entscheidend ist dabei, den Rauch so nah wie möglich an der Entstehungsstelle zu erfassen, bevor er sich in der Halle verteilt. Die folgenden Abschnitte beantworten die wichtigsten Fragen zur Planung, Auslegung und Normkonformität einer Absauganlage für Schweißrauch für automatisierte Schweißanlagen.

Welche Absaugmethoden eignen sich für Roboterschweißanlagen?

Für Roboterschweißanlagen kommen drei Absaugmethoden in Frage: die brennerintegrierte Absaugung direkt am Schweißbrenner, die stationäre Punktabsaugung mit festen Absaugelementen innerhalb der Roboterzelle sowie die Hallenabsaugung als ergänzende Maßnahme. Die brennerintegrierte Variante erfasst Schweißrauch direkt an der Entstehungsstelle und ist für viele automatisierte Anwendungen die wirksamste Lösung.

Brennerintegrierte Absaugung

Bei der brennerintegrierten Absaugung sitzt der Absaugkopf unmittelbar am Schweißbrenner. Der Rauch wird erfasst, bevor er sich ausbreitet. Diese Methode eignet sich besonders für MIG/MAG-Schweißprozesse mit hohen Abschmelzleistungen. Nachteil: Der Absaugbrenner ist schwerer und größer als ein Standardbrenner, was die Zugänglichkeit in engen Bauteilgeometrien einschränken kann.

Stationäre Punktabsaugung in der Roboterzelle

Stationäre Absaugelemente, die fest innerhalb der Roboterzelle positioniert sind, bieten eine Alternative, wenn brennerintegrierte Absaugung konstruktiv nicht umsetzbar ist. Absaugdüsen oder Absaughauben werden so platziert, dass sie den typischen Schweißpositionen folgen. Für diese Methode ist eine genaue Analyse der Schweißbahnen notwendig, da der Erfassungsgrad stark von der Positionierung abhängt.

Hallenabsaugung als Ergänzung

Eine Hallenabsaugung oder Raumlüftung in der Schweißerei kann brennerintegrierte oder stationäre Absaugung ergänzen, ersetzt sie jedoch nicht. Nach TRGS 528 hat die Erfassung an der Entstehungsstelle Vorrang. Eine reine Hallenabsaugung gilt nur dann als ausreichend, wenn technische Gründe eine direkte Erfassung unmöglich machen und dies in der Gefährdungsbeurteilung dokumentiert ist.

Warum ist die Erfassung von Schweißrauch bei Robotern schwieriger als beim Handschweißen?

Beim Roboterschweißen ist die Erfassung von Schweißrauch schwieriger, weil der Schweißbrenner sich kontinuierlich und schnell über komplexe Bahnen bewegt, während die Absaugung statisch oder nur begrenzt nachführbar ist. Beim Handschweißen kann der Schweißer Absaugarm und Körperhaltung intuitiv anpassen. Der Roboter hingegen folgt einem programmierten Pfad ohne Rücksicht auf die Strömungsverhältnisse an der Absaugstelle.

Weitere Faktoren, die die Erfassung erschweren:

• Hohe Schweißgeschwindigkeit: Roboter schweißen oft schneller als Handschweißer. Der Rauch entsteht in kurzer Zeit an wechselnden Positionen.
• Wechselnde Brennerwinkel: Die Brennerneigung ändert sich entlang der Schweißbahn, was die Rauchfahne in unterschiedliche Richtungen lenkt.
• Geschlossene Zellenbauweise: Viele Roboterzellen sind aus Sicherheitsgründen gekapselt. Das begrenzt den Bauraum für Absaugelemente und erschwert die Luftführung.
• Thermische Auftriebseffekte: Heißer Schweißrauch steigt schnell auf. Bei großen Bauteilen kann er die Absaugzone verlassen, bevor er erfasst wird.

Für die Gefährdungsbeurteilung nach TRGS 528 bedeutet das: Die Wirksamkeit der Absaugung muss für die konkrete Roboterapplikation nachgewiesen werden, nicht nur für einen Standardarbeitsplatz. Messungen der Schweißrauchkonzentration in der Roboterzelle und im angrenzenden Hallenbereich sind dabei ein wichtiges Instrument.

Welche Filterklassen sind für Schweißrauch aus Roboterschweißanlagen vorgeschrieben?

Für Schweißrauchabscheider gelten die Abscheideklassen W1, W2 und W3 nach DIN EN ISO 21904-2. Welche Klasse erforderlich ist, hängt vom Werkstoff ab. Diese Klassifizierung gilt ausschließlich für Schweißrauchabscheider und darf nicht mit Staubklassen (L/M/H) oder Schwebstofffilterklassen (H13/H14) gleichgesetzt werden.

• W1 (mindestens 95 % Abscheidegrad): Für unlegierte und niedriglegierte Stähle wie Baustahl mit einem Cr/Ni-Anteil unter 5 %.
• W2 (mindestens 98 % Abscheidegrad): Für legierte Stähle mit einem Cr/Ni-Anteil bis 30 %.
• W3 (mindestens 99 % Abscheidegrad): Für hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle und Edelstahl mit einem Cr/Ni-Anteil über 30 %. W3-Geräte werden vom Institut für Arbeitsschutz der DGUV (IFA) geprüft.

Beim Schweißen hochlegierter Chrom-Nickel-Stähle fordert TRGS 528 Abscheider der Abscheideklasse W3. Der Grund: Schweißrauch an Edelstahl enthält sechswertiges Chrom (Cr(VI)), einen krebserzeugenden Stoff. Für krebserzeugende Schweißrauchemissionen wie Cr(VI) gilt das Minimierungsgebot. Bei krebserzeugenden Stoffen und Anlagen mit W3-Zertifizierung nach DIN EN ISO 21904 empfiehlt sich grundsätzlich eine externe Prüfung.

Betriebe, die bei einer BG-Prüfung keine ausreichende Absaugtechnik nachweisen können, riskieren Bußgelder, Auflagen und im Schadensfall die persönliche Haftung verantwortlicher Führungskräfte.

Wichtig für die Auslegung: Die W-Klassen klassifizieren das Gerät, nicht das Filtermedium. In der Praxis wird der geforderte Abscheidegrad bei W3 über Schwebstoffstufen der Klasse H13/H14 nach DIN EN 1822 erreicht. Die Abscheideklasse selbst schreibt aber keine bestimmte Filtermedienklasse vor.

Wie lässt sich eine Absauganlage in eine bestehende Roboterzelle integrieren?

Eine Absauganlage lässt sich in eine bestehende Roboterzelle integrieren, indem Absaugelemente innerhalb der Zelle fest montiert und an eine zentrale oder dezentrale Absauganlage angeschlossen werden. Voraussetzung ist eine Analyse der Schweißbahnen, des verfügbaren Bauraums und der Luftführung innerhalb der Zellenbauweise.

Typische Integrationsschritte:

1. Prozessanalyse: Schweißbahnen, Brennerwinkel und Rauchentwicklung dokumentieren. Daraus ergibt sich, ob brennerintegrierte Absaugung oder stationäre Elemente sinnvoller sind.
2. Bauraum prüfen: Absaugelemente dürfen den Roboterbewegungsraum nicht einschränken. Kollisionsfreiheit muss in der Robotersimulation oder durch Messung sichergestellt werden.
3. Luftführung planen: Rohrleitungen und Kanäle müssen so verlegt werden, dass sie die Zellentüren, Sicherheitsverriegelungen und Wartungszugänge nicht blockieren.
4. Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF) bestimmen: Wenn mehrere Roboterzellen an eine zentrale Absauganlage angeschlossen werden, reduziert der GZF die erforderliche Anlagengröße. Der GZF kann die Anlagengröße um bis zu 40 % reduzieren, sofern nicht alle Zellen gleichzeitig in Betrieb sind.
5. Normkonformität sicherstellen: Die Gesamtanlage muss nach DIN EN ISO 21904 ausgelegt und dokumentiert sein. Die Gefährdungsbeurteilung ist entsprechend zu aktualisieren.

Bei der Nachrüstung einer bestehenden Anlage ist zu prüfen, ob die vorhandene Absauganlage für den zusätzlichen Volumenstrom ausgelegt ist. Zentrale Absauganlagen bieten hier Vorteile, weil sie skalierbar sind und mehrere Roboterzellen versorgen können, ohne für jede Zelle eine eigene Einheit vorzuhalten.

Kann Wärmerückgewinnung bei der Absaugung von Roboterschweißanlagen sinnvoll sein?

Wärmerückgewinnung bei der Schweißrauchabsaugung ist sinnvoll, wenn die abgesaugte Luft nach der Filtration wieder in die Halle zurückgeführt wird. Bei Umluftbetrieb bleibt die Hallenheizwärme erhalten, was besonders in beheizten Produktionshallen den Energieverbrauch deutlich senkt.

Grundsätzlich gilt für den Umluftbetrieb bei Schweißrauch: Die Rückluft muss ausreichend gereinigt sein. Bei krebserzeugenden Stoffen wie Cr(VI) aus dem Schweißen hochlegierter Stähle schreibt TRGS 560 besondere Anforderungen an die Luftrückführung vor. In diesen Fällen ist eine W3-zertifizierte Absauganlage nach DIN EN ISO 21904 Voraussetzung für den Umluftbetrieb.

Vorteile der Wärmerückgewinnung im Überblick:

• Reduzierter Heizenergiebedarf durch Rückführung gefilterter Hallenluft
• Keine Kompensationslüftung erforderlich, da keine Außenluft nachgeführt werden muss
• Geringere Betriebskosten über die Anlagenlebensdauer
• Kombinierbar mit Hallenlüftungssystemen für gleichmäßige Temperaturverteilung

Für Roboterschweißanlagen mit Edelstahl oder anderen hochlegierten Werkstoffen ist vor der Entscheidung für Umluftbetrieb eine Gefährdungsbeurteilung zwingend. Die Filterleistung muss messtechnisch belegt und regelmäßig überprüft werden. Weitere Informationen zu Absauganwendungen in der Schweißerei helfen bei der Einordnung der eigenen Prozesse.

Welche Fördermittel gibt es für Schweißrauchabsauganlagen in der Industrie?

Schweißrauchabsauganlagen können grundsätzlich über öffentliche Förderprogramme bezuschusst werden. Infrage kommen vor allem das BAFA-Programm zur Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft (EEW) sowie KfW-Kredite für Investitionen in energieeffiziente Produktionstechnik. Ob eine konkrete Anlage förderfähig ist, hängt von den jeweils geltenden Voraussetzungen und einer individuellen Prüfung ab.

Relevante Förderwege im Überblick:

• BAFA EEW (Energieeffizienz und Prozesswärme): Absauganlagen mit Wärmerückgewinnung können als energieeffiziente Querschnittstechnologie förderfähig sein. Voraussetzung ist in der Regel eine messtechnisch belegte Energieeinsparung.
• KfW-Förderkredite: Über das KfW-Programm 293 (Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft) sind Investitionen in Absaugtechnik mit Energieeinsparnachweis meist förderfähig.
• Berufsgenossenschaftliche Prämienverfahren: Einige Berufsgenossenschaften, darunter die BG ETEM und die BG Holz und Metall, bieten Prämien für Investitionen in Arbeitsschutzmaßnahmen an, zu denen auch Absauganlagen zählen können.
• Landesförderprogramme: Je nach Bundesland gibt es ergänzende Programme für Umweltschutz und Arbeitsschutzinvestitionen in der Industrie.

Wichtig: Fördermittel müssen in der Regel vor der Investition beantragt werden. Ein nachträglicher Antrag ist bei den meisten Programmen ausgeschlossen. Die technische Dokumentation der Absauganlage, einschließlich Normkonformitätsnachweisen nach DIN EN ISO 21904, ist für den Förderantrag häufig erforderlich. Eine frühzeitige Abstimmung mit einem Energieberater oder direkt mit der Förderstelle ist empfehlenswert.

Wie ULMATEC bei der Schweißrauchabsaugung für Roboterschweißanlagen hilft

Wir analysieren bei ULMATEC den jeweiligen Werkstoff, Prozess und 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 Roboterschweißanlagen:

• Auswahl der geeigneten Erfassungsmethode: brennerintegrierte Absaugung, stationäre Punktabsaugung oder kombinierte Lösung
• Auslegung der Abscheideklasse nach DIN EN ISO 21904-2 (W1, W2 oder W3) auf Basis der eingesetzten Werkstoffe und der Gefährdungsbeurteilung
• Integration in bestehende Roboterzellen unter Berücksichtigung von Bauraum, Kollisionsfreiheit und Luftführung
• Berechnung des Gleichzeitigkeitsfaktors (GZF) bei zentralen Absauganlagen für mehrere Roboterzellen
• Planung von Wärmerückgewinnung bei Umluftbetrieb nach TRGS 560
• Lieferung inklusive vollständiger technischer Dokumentation für Förderanträge und BG-Prüfungen

Unsere Absauganlagen sind meist förderfähig über BAFA und KfW. Ob Ihre geplante Investition die jeweiligen Fördervoraussetzungen erfüllt, hängt von einer individuellen Prüfung ab. Sprechen Sie uns an: Kontakt zu ULMATEC aufnehmen und gemeinsam die passende Absauganlage für Ihre Roboterschweißanlage planen.

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