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John Deere, der Hersteller von Landtechnik-Maschinen wie Traktoren und Mähdreschern, hat eine neue Fertigungsanlage in Betrieb genommen, in der automatisierte Schweißprozesse über drei Roboter eines namhaften Herstellers ausgeführt werden. In jeder der Roboteranlagen arbeitet der Schweißroboter wechselseitig in zwei Stationen. Dabei wird in der jeweils „freien“ Station mittels Hebezeug die Entnahme des fertigen Werkstückes und die Bestückung der Vorrichtungen für den nächsten Prozess vorge-nommen, während der Schweißvorgang in der anderen Station läuft. Durch diese automatisierten Schweißprozesse an unlegiertem Stahl wird eine hohe Schadstoffmenge freigesetzt.

 

Daher wurde eine neue, zukunftsfähige Lösung gesucht im Sinne einer schlüsselfertigen Zentralanlage zur Absaugung und Filterung von Schweißrauch an drei absaugtechnisch zusammengefassten Fertigungs-Anlagen.

Jede Roboteranlage war bereits mit einer elektromotorisch verfahrbaren Erfassungshaube ausgerüstet.

Sie sollen den Stationswechsel des Roboters automatisch nachvollziehen, um einerseits wieder über dem Schweißprozess positioniert zu sein und andererseits die Kranarbeit im Einlegebereich nicht zu behindern.

Das erfordert eine aktive, seitliche Bewegung der Hauben.

Während des Roboter-Schweißprozesses sammelt sich der Schweißrauch, unterstützt durch thermi-schen Auftrieb, unter der Absaughaube. Mittels umlaufendem Lamellenvorhang wird sichergestellt, dass die Erfassung nicht durch Querströmungen in der Fertigungshalle beeinflusst wird.

Durch die teilweise recht großen Flächen der Absaughauben (bis zu 6 x 2,5 m) muss für eine ausrei-chende Funktion ein nicht unbedeutender Mindestvolumenstrom an abgesaugter Luft zur Verfügung stehen und dann selbstverständlich auch der Filteranlage zugeleitet werden. Hier bedurfte es einer aus-gefeilten Lösung, die sowohl den vorhandenen eingeschränkten Platzverhältnissen durch für Kranarbeit benötigte Freiräume als auch der benötigten Luftmenge bei den einhergehenden Druckverhältnissen Rechnung trägt.

Mit dieser Aufgabe wurde das Engineering von UAS betraut, das nun eine wirtschaftliche Lösung zum Anschluss der beweglichen Erfassungshauben an das geplante feststehende Rohrsystem finden sollte.

Der Einsatz von flexiblen Schläuchen wurde in diesem Fall allerdings ausgeschlossen. Die Gründe dafür lagen in erster Linie in der Unterdruckfestigkeit, dem Platzbedarf (relativ große Durchmesser) sowie der Stör- und Wartungsanfälligkeit. UAS legte daher Wert auf eine deutlich robustere Variante, die rein auf eine feste Verrohrung setzt, im Sinne einer betriebssicheren, verschleißfreien und zukunftsweisenden Lösung.

Hierbei haben die Erfassungshauben in jeder Arbeitsstation ein bis zwei „Andockpunkte“, die eine Verbindung zwischen der Haube und dem Rohrsystem herstellen. Über motorisch betriebene Absperrklap-pen, die von der Roboteranlage aus angesteuert werden, werden immer die Andockpunkte freigegeben, unter denen sich die Hauben befinden. Die jeweils anderen Rohrleitungen werden abgesperrt, damit keine überflüssige Raumluft angesaugt wird. Dadurch wird die Luftmenge auf den Minimalbedarf zur effizienten Schweißraucherfassung begrenzt und eine wirtschaftliche Gesamtlösung realisiert, ohne Kompromisse bei der Qualität der Raucherfassung eingehen zu müssen.

Positiver Nebeneffekt der Lösung ist, dass die Absaugleistung ca. um den Faktor 2 niedriger liegt als bei konventionellen Ansätzen und somit, in Verbindung mit energieeffizienten Ventilatoren (ERP 2015 kon-form), niedrigere Investitions- und Betriebskosten nach sich zieht: Der Energieverbrauch soll z.B. unge-fähr 30% geringer sein. Darüber hinaus liegen Ventilator und IE2-Elektromotor in einer Schallschutzum-hausung mit aktiver Kühlung, um den lokalen Schallpegel zu reduzieren. Wie im Infokasten beschrieben, sind die Partikel im Schweißrauch fast ausschließlich kleiner als 1 µm (ca. 99%). Diese feinen Partikel (Rauch) stellen höchste Ansprüche an das Filtermedium. Auf der einen Seite muss die Abscheidung der ultrafeinen Schadstoffe zuverlässig erfolgen, um die Arbeitsplatz- und Reinluftkonzentration mindestens unterhalb der bestehenden Grenzwerte zu gewährleisten, sollte aber auf der anderen Seite moderate Druckverluste und lange Standzeiten der Filterpatronen aufweisen, um Betriebskosten einzusparen.

Die Wahl fiel auf die ProTura® Filterpatronen mit Nanofasertechnologie, die diesen Ansprüchen gewachsen sind. Der Vorteil der Filterpatronen hinsichtlich Abscheideleistung und Standzeit ist in einer ultradünnen, synthetischen Faser begründet, die während des Fertigungsprozesses mit Hilfe des Jet-Spinning-Verfahrens auf die Oberfläche des konventionellen Filtersubstrats aufgebracht wird und sich als feine Faserschicht auf dem Substrat ausbildet. Der Durchmesser dieser Nanofaser liegt bei ca. 70-150 Nanometer, das entspricht ca. 0.000100 mm. In dieser feinporigen Schicht scheiden sich die Partikel ab und bilden einen Filterkuchen auf der Oberfläche, der abgereinigt werden kann und somit längere Standzeiten gewährleistet als bei konventionellen Filtermedien, bei denen sich die Partikel irre-versibel ins Substrat ablagern.

Das Konzept bietet gleich mehrere Vorteile hinsichtlich hoher Abscheideleistung an Schadstoffen, langer Standzeiten, geringeren Druckverlusten und somit verstärkter Energieeffizienz. Zur weiteren Einsparung kann die gefilterte Luft im Umluftbetrieb in die Halle zurückgeführt werden.

Entscheider-Facts:

  • Komplette und schlüsselfertige Gesamtlösung
  • zukunftsweisendes Erfassungskonzept
  • sehr energieeffizient
  • hohe effektive Absaugleistung
  • niedrigere Luftmengen
  • höchste Abscheideleistung
  • durch Nano-fasertechnologie
  • lange Standzeiten durch Abreinigungsmöglichkeit
  • Luftrückführung im Umluftbetrieb

 

Technische Eckdaten Produkt:

  • Patronenfilter SFC 16-4
  • Absaugleistung unter Betriebsbedingungen: 15.000 m³/h
  • Absaugleistung des Ventilators: max. 20.000 m³/h
  • Leistungsaufnahme des Ventilators: 18.5 kW
  • Spannungsversorgung: 400 V / 50 Hz (3 Phasen N PE)
  • Filtergewicht: ca. 1310 kg
  • Filterfläche: ca. 375 m²
  • Druckverlust des Filters: 300 – max. 1.200 Pa
  • Freie Pressung des Ventilators: ca. 2.000 Pa
  • Lackierung RAL 7037

Infokasten:

Schweißrauche sind komplexe Stoffgemische aus Metalloxiden, Silikaten und Fluoriden, die bei Bear-beitungsverfahren wie z.B. Schweißen, thermisches Schneiden und verwandten Verfahren, wie Löten, thermisches Spritzen und Flammhärten auftreten. Diese Rauche entstehen wenn metallische Werkstoffe über die Siedetemperatur erhitzt werden und die Gase anschließend in der Luft abkühlen und zu ultra-feinen Partikeln auskondensieren. Diese Partikel, deren Durchmesser fast ausschließlich kleiner als 1µm (< 0.001mm!) betragen, sind als stark gesundheitsgefährdend einzustufen, weil diese Teilchen beim Einatmen bis in die Lungenbläschen des Körpers (Alveolen) vordringen können. Diese Schadstoffe können bei hoher Konzentration oder häufiger Exposition zu unmittelbaren Symptomen (Schwindelge-fühl, Kopfschmerzen, Metallfieber) bis hin zu chronischen obstruktiven Atemwegserkrankungen (chroni-sche Bronchitis, Asthma, Lungenkrebs) und Schädigungen des Zentralnervensystems (Parkinson’sche Erkrankung) führen.

Laut EG-Richtlinie 98/24/EG (Gefahrstoff-Richtlinie) sind Arbeitnehmer vor gefährlichen Stoffen zu schützen und Schweißrauch ist als Gefahrstoff deklariert. Der allgemeine Grenzwert für A-Staub, d.h. für alveolengängige Partikel, beträgt in Deutschland 3mg/m³ (siehe Technische Regeln für Gefahrstoffe TRGS 900). In der Regel treten im Atembereich des Schweißers bei Nichtanwendung lüftungstechni-scher Maßnahmen – wie z.B. Absauganlagen - Schadstoffkonzentrationen auf, die eine Konzentration von 3mg/m³ um ein Vielfaches überschreiten können.

Informationen zum Stand der Technik „Schweißrauch“ bietet die TRGS 528 und zum Thema „Luftrück-führung beim Umgang mit krebserzeugenden Gefahrstoffen“ TRGS 560. Wir beraten Sie gerne über dieses Thema.

Autoren: F. Dietze, C. Saling, J. Jacobs
Zeichen: ca. 8.200

Bildlegende

Bild 1: Seitenansicht Schweißkabine und Absaughauben
Bild 2: Seitenansicht Patronenfilter SFC 16-4 und Ventilator in Schallschutzkabine
Bild 3: Draufsicht Absaughauben und –rohrleitung
Bild 4: Frontansicht Patronenfilter SFC 16-4
Bild 5: Raster-Elektronen-Mikroskopaufnahme der Nanofasern

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