Je schneller Schüttgut, Pulver oder Granulat in Behälter gefüllt wird, desto mehr Staub entsteht. Der Grund ist physikalisch: Mit steigender Fallgeschwindigkeit wächst die kinetische Energie des Materials, was beim Aufprall mehr Feinpartikel freisetzt und die Luftverdrängung im Behälter beschleunigt. Welche Faktoren dabei eine Rolle spielen, ab wann Absauganlagen vorgeschrieben sind und welche Technik für welchen Prozess geeignet ist, beantwortet dieser Artikel.
Warum entsteht beim schnelleren Abfüllen mehr Staub?
Höhere Abfüllgeschwindigkeit bedeutet mehr kinetische Energie pro Zeiteinheit. Beim Aufprall des Materials auf die Behälterwandung oder auf bereits eingefülltes Schüttgut werden Feinpartikel mechanisch abgesprengt. Gleichzeitig verdrängt das einströmende Material die Luft im Behälter schneller, was einen Druckstoß erzeugt, der Staubpartikel nach oben in die Raumluft trägt.
Dieser Effekt verstärkt sich mit der Fallhöhe: Je größer der Abstand zwischen Auslauf und Behälteroberfläche, desto höher die Aufprallenergie. Bei kontinuierlich steigendem Füllstand sinkt die Fallhöhe zwar, doch der Luftverdrängungseffekt nimmt zu, weil das verbleibende Luftvolumen im Behälter kleiner wird. Beide Mechanismen wirken also je nach Füllstand unterschiedlich stark, aber nie gleichzeitig schwach.
Für Betreiber in der Produktion bedeutet das: Selbst moderate Erhöhungen der Abfüllgeschwindigkeit können die Staubkonzentration in der Atemzone messbar ansteigen lassen. Ob der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) nach TRGS 900 eingehalten wird, lässt sich nur durch Expositionsmessung nach DIN EN 689 belegen.
Welche Materialien sind bei hohen Abfüllgeschwindigkeiten besonders kritisch?
Besonders kritisch sind Materialien mit hohem Feinkornanteil, geringer Dichte oder starker elektrostatischer Aufladbarkeit. Dazu zählen Pulver aus der Pharma- und Chemieindustrie, feine Kunststoffgranulate, Pigmente, Mehl und bestimmte Metallpulver. Diese Stoffe neigen dazu, beim Aufprall in die Luft aufzuwirbeln und dort lange zu verweilen, weil ihre Sinkgeschwindigkeit gering ist.
Materialien mit erhöhtem Explosionsrisiko
Bestimmte Metallpulver wie Aluminium, Magnesium oder Titan sind nicht nur gesundheitsgefährdend, sondern auch explosionsfähig. Nach GefStoffV Anhang I Nr. 1.7 gelten für staubexplosionsfähige Atmosphären die Zonen 20, 21 und 22. Zone 20 liegt vor, wenn eine explosionsfähige Staubatmosphäre ständig oder über lange Zeiträume vorhanden ist. Zone 21 gilt für gelegentliches Auftreten im Normalbetrieb, Zone 22 für seltenes und kurzzeitiges Auftreten. Die Zoneneinteilung muss Staubablagerungen einschließen, nicht nur die Staubwolke selbst. Die Explosionsklasse richtet sich nach dem KSt-Wert: St 1 liegt zwischen über 0 und 200 bar·m/s, St 2 zwischen über 200 und 300 bar·m/s, St 3 über 300 bar·m/s. Konkrete KSt-Werte für einzelne Stoffe sind dem GESTIS-STAUB-EX der IFA oder dem jeweiligen Sicherheitsdatenblatt zu entnehmen.
Krebserzeugende Stäube ohne Grenzwert
Für krebserzeugende Stäube existiert kein AGW. Stattdessen gilt das Risikokonzept der TRGS 910 mit Akzeptanz- und Toleranzkonzentration. Das Minimierungsgebot ist hier unabhängig von der Abfüllgeschwindigkeit verbindlich. Betriebe, die bei einer BG-Prüfung keine ausreichende Absaugtechnik nachweisen können, riskieren Bußgelder, Auflagen und im Schadensfall die persönliche Haftung verantwortlicher Führungskräfte.
Wie beeinflusst die Behältergeometrie die Staubfreisetzung beim Abfüllen?
Die Behältergeometrie bestimmt, wie schnell verdrängte Luft entweichen kann und welchen Weg sie dabei nimmt. Ein weiter, offener Behälter lässt Luft seitlich entweichen, bevor sie Staub mitreißt. Ein enger, hoher Behälter kanalisiert die Luftströmung nach oben durch die Einfüllöffnung, was den Staubaustrag deutlich erhöht.
Trichterförmige Einläufe oder Einfüllstutzen mit kleinem Querschnitt verstärken diesen Effekt, weil die Strömungsgeschwindigkeit der verdrängten Luft an der engsten Stelle zunimmt. Behälter mit Belüftungsfiltern oder Druckausgleichsöffnungen können die Luftverdrängung kontrolliert ableiten und so die Staubfreisetzung an der Einfüllöffnung reduzieren.
Auch die Oberflächenstruktur des Behälterinneren spielt eine Rolle: Raue Wandungen erzeugen beim Aufprall mehr Turbulenzen als glatte Flächen. Bei der Auslegung der Absauganlage muss die Behältergeometrie deshalb als Parameter berücksichtigt werden, nicht nur der Massenstrom des Materials.
Ab welcher Abfüllgeschwindigkeit sind Absauganlagen Pflicht?
Eine starre Grenzgeschwindigkeit, ab der eine Absauganlage gesetzlich vorgeschrieben ist, existiert nicht. Die Pflicht zur technischen Schutzmaßnahme ergibt sich aus der Gefährdungsbeurteilung nach GefStoffV und dem Ergebnis der Expositionsmessung nach DIN EN 689. Wird der AGW nach TRGS 900 überschritten oder ist der Stoff krebserzeugend, ist eine wirksame Absaugung unabhängig von der Abfüllgeschwindigkeit verpflichtend.
Für die A-Fraktion (alveolengängig) gilt ein AGW von 1,25 mg/m³ mit Überschreitungsfaktor 8, für die E-Fraktion (einatembar) ein AGW von 10 mg/m³ mit Überschreitungsfaktor 2. Welche Staubklasse für den Entstauber erforderlich ist, richtet sich nach dem AGW des jeweiligen Staubs: Staubklasse L gilt für Stoffe mit einem AGW über 1 mg/m³, Staubklasse M ab 0,1 mg/m³, Staubklasse H unter 0,1 mg/m³ sowie bei krebserzeugenden Stäuben. Die Staubklasse ist eine Geräteeinstufung nach DIN EN IEC 60335-2-69 und beschreibt den maximalen Durchlassgrad des Geräts.
Praktisch bedeutet das: Sobald staubende Schüttgüter abgefüllt werden und Mitarbeiter sich im Bereich der Einfüllöffnung aufhalten, ist eine Gefährdungsbeurteilung Pflicht. Die Abfüllgeschwindigkeit ist dabei ein relevanter Eingangsparameter für die Expositionsabschätzung, nicht aber ein direkter Auslöser einer gesetzlichen Schwelle.
Wie reduziert eine Absauganlage die Staubbelastung beim Abfüllen?
Eine Absauganlage erfasst Staubpartikel direkt an der Entstehungsquelle, bevor sie sich in der Raumluft verteilen. Entscheidend ist dabei die Erfassung an der Einfüllöffnung oder im unmittelbaren Bereich des Materialaufpralls. Je näher die Erfassungseinrichtung an der Quelle positioniert ist, desto geringer muss der Volumenstrom sein, um eine wirksame Absaugung zu erzielen.
Das Grundprinzip folgt dem Dreischritt: Erfassung an der Quelle, Filtration im Entstauber, kontrollierte Rückführung oder Ableitung der gereinigten Luft. Bei der Filtration bestimmt die Staubklasse des Geräts, wie fein die Partikel abgeschieden werden. Für reaktive oder hygroskopische Stäube, die sich elektrostatisch aufladen oder beim Kontakt mit Feuchtigkeit reagieren, sind Nassabscheider die technisch geeignetere Option gegenüber Trockenfiltersystemen.
Der Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF) ist ein wichtiger Auslegungsparameter bei mehreren Abfüllstationen: Er beschreibt das Verhältnis der gleichzeitig aktiven Absaugstellen zur Gesamtzahl der Absaugstellen. Bei einem GZF von 0,6 kann die Anlage bis zu 40 % kleiner dimensioniert werden, was die Investitionskosten direkt beeinflusst. Rechenbeispiel: Bei 10 Abfüllstationen, von denen gleichzeitig 6 aktiv sind, entspricht das einem GZF von 0,6, was eine entsprechend kleinere zentrale Absauganlage erlaubt.
Welche Absauglösung ist für welchen Abfüllprozess geeignet?
Die Wahl der Absauglösung hängt von drei Faktoren ab: der Art des Staubs (trocken, reaktiv, klebrig, krebserzeugend), dem erforderlichen Volumenstrom und den räumlichen Gegebenheiten. Es gibt keine universelle Lösung, aber klare technische Kriterien für die Auswahl.
Trockene, inerte Stäube
Für trockene, nicht reaktive Stäube wie Granulate, Mehl oder Pigmente eignen sich Entstauber der CF-Serie mit Trockenfilterung. Die Baugröße richtet sich nach dem erforderlichen Volumenstrom: Die CF-Serie deckt von Baugröße S (1.500 bis 4.600 m³/h) bis XXL (28.000 bis 250.000 m³/h) ein breites Spektrum ab. Die Standardlieferzeit für Komponenten beträgt 24 Stunden. Welche Absauganlagen für Ihren Prozess in Frage kommen, lässt sich anhand des Volumenstroms und der Staubart eingrenzen.
Reaktive, klebrige oder hygroskopische Stäube
Beim Abfüllen von Aluminium-, Magnesium- oder Titangranulat sowie von klebrigen oder hygroskopischen Materialien sind Nassabscheider der WE-Serie vorzuziehen. Sie verhindern, dass reaktive Partikel im Filtermedium akkumulieren und eine Brandgefahr erzeugen. Die WE-Serie deckt Volumenströme von 500 bis 15.000 m³/h ab, gestaffelt von Baugröße S bis X. Für Abfüllprozesse in Ex-Zonen (Zone 20, 21 oder 22 nach GefStoffV) muss die Absauganlage zusätzlich ATEX-konform ausgelegt sein.
So unterstützt ULMATEC bei der Staubbelastung durch Abfüllung
ULMATEC analysiert für Abfüllprozesse den jeweiligen Werkstoff, den Prozess und den erforderlichen Volumenstrom und entwickelt, fertigt und montiert die passende Absauganlage dazu. Auslegung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme erfolgen aus einer Hand, hergestellt in Deutschland.
- Prozessanalyse: Wir bewerten Staubart, Abfüllgeschwindigkeit, Behältergeometrie und Expositionssituation als Grundlage der Geräteauswahl.
- Entstauber CF-Serie: Für trockene, inerte Stäube in Abfüllprozessen, von Baugröße XS bis XXL, mit Staubklassen L, M und H nach DIN EN IEC 60335-2-69.
- Nassabscheider WE-Serie: Für reaktive, klebrige oder hygroskopische Stäube, von Baugröße S bis X, mit Volumenströmen von 500 bis 15.000 m³/h.
- ATEX-konforme Auslegung: Für Abfüllprozesse in Ex-Zonen 20, 21 und 22 legen wir Absauganlagen entsprechend der Zoneneinteilung aus.
- Normkonforme Dokumentation: Alle Anlagen werden inklusive technischer Dokumentation geliefert und sind förderfähig über BAFA und KfW.
- Investitionssicherheit: Durch den Gleichzeitigkeitsfaktor (GZF) dimensionieren wir Anlagen für mehrere Abfüllstationen wirtschaftlich und normkonform.
Für Betreiber in der Schüttgut-, Pharma- oder Chemieindustrie, die die Staubbelastung beim Abfüllen sicher und normkonform reduzieren müssen, stehen unsere Anwendungsspezialisten für eine technische Beratung bereit. Nehmen Sie Kontakt mit uns auf, um die Auslegung für Ihren Abfüllprozess zu besprechen.
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