Die Rauchabsaugung und Filteranlage sind ein wesentlicher Bestandteil des thermischen Schneidprozesses – bei Faserlaserschneidmaschinen, CNC-Plasmaschneidmaschinen und Autogenschneidmaschinen. Bei der Bearbeitung entstehen Rauchgase, feine Metallpartikel, Oxide und Staub, die möglichst nahe am Entstehungsort aufgefangen werden müssen, bevor sie sich in der Halle ausbreiten.
Die allgemeine Raumlüftung allein gewährleistet nicht immer eine ausreichende Emissionskontrolle. Daher sollten Metallschneidemaschinen zusammen mit der Tischkonstruktion, der Unterteilung des Arbeitsbereichs in Abschnitte, dem Kanalsystem, dem Ventilator und der Filteranlage als ein Gesamtsystem betrachtet werden und nicht als separates Gerät, das nachträglich angeschafft wird.
Warum ist die Rauchabsaugung ein wichtiger Bestandteil einer CNC-Maschine?
Der sichtbare Rauch macht nur einen Teil der Schadstoffe aus. Bei diesem Prozess entstehen zudem sehr feine Partikel, die lange in der Luft verbleiben und sich über den Bereich der Maschine hinaus ausbreiten können. Eine richtig ausgewählte Absauganlage ermöglicht:
- die Ausbreitung von Rauch und Staub in der Halle einzudämmen,
- die Arbeitsbedingungen der Bediener und der übrigen Mitarbeiter zu verbessern,
- die Ablagerung von Verunreinigungen an Maschinen und Ausrüstung zu verringern,
- eine bessere Sicht auf den Arbeitsbereich zu gewährleisten,
- die Reinigung des Maschinenumfelds auf ein Minimum zu beschränken,
- einen stabilen und reproduzierbaren Betrieb des Schneidsystems zu gewährleisten,
- die Art und Weise der Staubableitung und -sammlung zu überwachen.
Die Produktivität und die Funktionsweise der Absauganlage sollten sich nach der Schneidetechnologie, der Größe des Arbeitsbereichs, der Art des Materials, der Produktionsintensität und der Konstruktion des Schneidtisches richten – und nicht erst nach dem Kauf der Maschine ausgewählt werden.
Was entsteht beim Laser-, Plasma- und Gasschneiden?
Die Zusammensetzung und Menge der Emissionen hängen unter anderem vom Verfahren, vom Material, von Beschichtungen, von der Dicke des Stahlblechs, von den technologischen Parametern und vom Luftstrom im Schneidbereich ab. Auch Farben, Öle, Zinkschichten und chemische Rückstände auf der Materialoberfläche spielen eine Rolle. Wenn Sie sich gerade erst für eine Schneidtechnologie entscheiden, beginnen Sie mit einem Vergleich zwischen Laser und Plasma – welche Technologie sollten Sie wählen?
| Technologie | Was entsteht | Typische Absauglösung |
|---|---|---|
| Laserschneiden | Rauch und feine Partikel werden mit einem Hilfsgas aus dem Schnittspalt abgesaugt. | Absaugkammern/-zonen unter dem Schneidrost, die im Arbeitsbereich des Schneidkopfes aktiviert werden. |
| Plasmaschneiden | Starker Rauch, Metallpartikel, Spritzer und unter den Tisch fallende Schlacke. | Absaugtisch (Kammern unter dem Stahlblech) oder Wassertisch. |
| Gasschneiden | Oxide, Rauchgase und heiße Partikel – in der Regel dicke Stahlbleche und große Arbeitsflächen. | Aufteilung des großen Arbeitstisches in aktive Absaugzonen. |
Laserschneiden
Der Strahl schmilzt oder oxidiert das Material punktuell, während ein Hilfsgas es aus dem Spalt entfernt. Die entstehenden Partikel und der Rauch sollten unter den Arbeitstisch geleitet und durch eine Absaugvorrichtung aufgefangen werden. Beim schnellen Schneiden mit hoher Werkstückdichte ändert die Emissionsquelle ständig ihre Position; daher werden bei Faserlaserschneidmaschinen Kammern oder Abschnitte eingesetzt, die im Arbeitsbereich des Laserschneidkopfs aktiviert werden. Die Unterteilung des Tisches in Zonen konzentriert den Luftstrom auf die Schnittstelle und reduziert die unnötige Belastung des Ventilators.
Plasmaschneiden
Der Plasmabogen schmilzt das Material, während der Gasstrom es aus dem Spalt entfernt – dabei entstehen dichter Rauch, Metallpartikel, Spritzer und Schlacke. Bei CNC-Plasmaschneidmaschinen kommen meist Absaugtische oder Wasserkühlsysteme zum Einsatz. Mehr über den Prozess selbst erfahren Sie in unserem Artikel „So funktioniert das Plasmaschneiden“.
Gasschneiden
Das Material wird durch einen Sauerstoffstrom erhitzt und oxidiert; dabei entstehen Oxide, Rauchgase und heiße Partikel. CNC-Autogenschneidmaschinen bearbeiten in der Regel dicke Stahlbleche und verfügen über große Arbeitsbereiche; daher ist die Unterteilung des Tisches in aktive Zonen von besonderer Bedeutung – eine Absaugung unter dem gesamten großformatigen Tisch auf einmal würde einen wesentlich höheren Durchfluss erfordern und ist unter Umständen weniger effizient.
Wie funktioniert die Rauchabsaugung und die Filteranlage?
Die Wirksamkeit hängt vom Zusammenspiel mehrerer Komponenten ab. Ein leistungsstarker Filter nützt nichts, wenn der Rauch am Arbeitstisch nicht ordnungsgemäß abgeführt wird; gute Absaugkammern können ihre Funktion nicht erfüllen, wenn der Luftstrom durch den Ventilator, die Kanäle oder die Filter eingeschränkt wird.
Rauchabsaugung an der Quelle
Bei Maschinen zum Schneiden von Stahlblechen übernimmt meist der Raum unter dem Gitterrost die Funktion einer Absaughaube – die Luft wird nach unten abgesaugt, um das Aufsteigen von heißem Rauch über dem Material zu begrenzen. Die Konstruktion des Tisches muss ein unkontrolliertes Ansaugen von Umgebungsluft verhindern; Undichtigkeiten und eine zu große aktive Fläche verringern die Strömungsgeschwindigkeit an der Stelle, an der der Schnitt erfolgt.
Aktivierung des entsprechenden Tischbereichs
Bei großen Maschinen ist der Arbeitsbereich in Kammern unterteilt. Die Klappen öffnen den Bereich unter dem Schneidkopf oder Schneidbrenner, während die übrigen geschlossen bleiben – auf diese Weise wird die Produktivität des Gebläses gezielt im aktuellen Schneidbereich genutzt. Dies ist insbesondere bei langen Tischen und großformatigen Maschinen von Bedeutung.
Beförderung von Schadstoffen über das Kanalisationsnetz
Der Ventilator erzeugt einen Unterdruck, und die rauchhaltige Luft wird über Kanäle zu einer Filteranlage oder aus dem Gebäude herausgeleitet. Die Durchmesser der Kanäle, deren Länge, die Anzahl der Bogen sowie die Dichtheit beeinflussen den Strömungswiderstand – daher wird der Ventilator nicht ausschließlich anhand der Größe des Tisches ausgewählt, sondern unter Berücksichtigung der gesamten Anlage.
Abscheidung von Funken und größeren Partikeln
Bevor die Luft die Filterelemente erreicht, kann sie eine Vorkammer oder einen Abscheider durchströmen, die das Eindringen heißer Partikel und Funken verhindern. Diese Elemente verringern die Belastung der Filter, stellen jedoch keine eigenständige Schutzmaßnahme dar, die das Brandrisiko vollständig ausschließt.
Eigentliche Filteranlage
In der Filteranlage werden feine Partikel auf den Filterpatronen zurückgehalten; in industriellen Anlagen kommt eine automatische Reinigung mittels Druckluftimpulsen zum Einsatz, wobei der Staub in einen Auffangbehälter fällt. Mit zunehmender Verschmutzung der Filterelemente steigt der Strömungswiderstand; daher sollte die Steuerung den Zustand der Filter überwachen (z. B. anhand der Druckdifferenz) und Situationen erkennen, in denen die Anlage zwar noch in Betrieb ist, ihre Wirksamkeit jedoch bereits zu gering ist.
Wie wählt man eine Absauganlage für eine Metallschneidemaschine aus?
Die Auswahl sollte sich nicht ausschließlich auf die Ventilatorleistung oder den Nennvolumenstrom stützen. Zwei Systeme mit ähnlicher Produktivität können je nach Tischkonstruktion, Anzahl der aktiven Abschnitte und den Widerständen der Anlage völlig unterschiedlich funktionieren. Folgende Aspekte sollten berücksichtigt werden:
- Technologie: Laser-, Plasma- oder Gasschneiden,
- die Größe und die Bauweise des Arbeitsbereichs sowie die Anzahl der Absaugabschnitte,
- Leistung und Produktivität des Schneidprozesses,
- Art und Dicke der zu bearbeitenden Materialien,
- die Anzahl der Arbeitsstunden und den durchschnittlichen Anteil der tatsächlichen Schnittzeit,
- die Detaildichte und die Art des Nestings,
- die geplante Arbeit in mehreren Bereichen,
- die Länge und Geometrie der Kanäle sowie die Art der Luftableitung,
- erforderlicher Grad der Automatisierung bei der Filterreinigung,
- Risiken im Zusammenhang mit Funken und der Art des anfallenden Staubs.
Je höher der Anteil der Schneidzeit am Arbeitszyklus ist, desto größer ist die tatsächliche Belastung der Filteranlage. Eine Maschine, die in einer Schicht arbeitet, dabei jedoch lange Serien mit wenigen Stillstandszeiten produziert, kann die Filter stärker belasten als eine Filteranlage, die nur sporadisch genutzt wird.
Brandschutz der Filteranlage
Thermische Prozesse können heiße Partikel und Funken in die Anlage einbringen. Gelangen diese in Staubansammlungen oder auf brennbare Materialien, können sie eine Zündquelle darstellen. Die Risiken werden nicht ausschließlich anhand des Materials in Form von massiven Stahlblechen bewertet – bestimmte Metalle, die in kompakter Form nicht leicht brennen, bilden nach der Zerkleinerung Staub, der zu einer heftigen Verbrennung fähig ist und unter bestimmten Bedingungen auch eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen kann. Je nach Risikobewertung kann das System Folgendes erfordern:
- zur Begrenzung des Funkeneintrags in den Filter und zur Abscheidung größerer heißer Partikel,
- geeignete Materialien für die Filtration,
- zur Überwachung der Temperatur oder der Rauchentwicklung,
- das kontrollierte Abschalten des Ventilators und des Prozesses,
- Lösungen zur Brandbekämpfung oder zur Entlastung,
- des geeigneten Aufstellungsortes für die Filtereinheit,
- die getrennte Behandlung von Staub aus verschiedenen Materialien.
Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Situation, in der eine Maschine verschiedene Metalle bearbeitet – die Vermischung bestimmter Stäube verändert deren Eigenschaften und das Risikoniveau. Der Abfallbehälter, der Abscheider, die Einsätze und das Entleerungsverfahren sollten auf das tatsächliche Profil der Produktion abgestimmt sein.
Kann die gereinigte Luft wieder in die Halle zurückgeführt werden?
Die Umluftführung kann den Verlust von erwärmter oder gekühlter Luft verringern, sollte jedoch nicht automatisch in jeder Anlage eingesetzt werden. Dabei sind die Art der Verunreinigungen, die Wirksamkeit der Filteranlage, der Zustand der Filter sowie die Art der Überwachung der in den Raum zurückgeleiteten Luft zu berücksichtigen. Eine zusätzliche Filteranlage oder Überwachung kann im Falle einer Beschädigung des Hauptfilters als Sicherheitsmaßnahme dienen. Die Entscheidung über den Umluftbetrieb erfolgt auf der Grundlage einer Risikobewertung für die jeweilige Anlage und nicht allein anhand der angegebenen Klasse eines einzelnen Filterelements.
Die Rückhaltevorrichtung ersetzt nicht die übrigen Sicherheitssysteme
Die Filteranlage mindert zwar einen Teil der Gefahren, ersetzt jedoch nicht die übrigen Sicherheitsvorkehrungen der Maschine. Je nach Technologie kann es erforderlich sein, Folgendes zu berücksichtigen:
- Abdeckungen und Gehäuse des Arbeitsbereichs,
- Sicherungsmaßnahmen für den Zugang zu beweglichen Teilen,
- Schutz vor Strahlung, Funken und heißem Material,
- Sicherheitsvorkehrungen für Gasinstallationen und Schutz vor Stromschlägen,
- Lärmschutz,
- Verfahren zur sicheren Entsorgung von Werkstücken und Abfällen,
- geeignete persönliche Schutzausrüstung,
- Schulungen für Bediener und Wartungspersonal.
Persönliche Schutzausrüstung sollte technische Schutzmaßnahmen ergänzen und darf eine wirksame Absaugung sowie eine ordnungsgemäße Gestaltung des Arbeitsplatzes nicht ersetzen.
Material, Beschichtungen und Vorbereitung des Stahlblechs
Vor dem Schneiden ist es wichtig zu wissen, um welches Material es sich handelt und welche Beschichtungen sich auf dessen Oberfläche befinden. Farbe, Zink, Öl, Korrosionsschutzmittel und Lösungsmittelrückstände beeinflussen die Zusammensetzung der entstehenden Rauchgase. Nicht jedes Stahlblech muss vor dem Schneiden vollständig gereinigt werden, doch das Material sollte identifiziert und dessen Eigenschaften bei der Auswahl der Technologie, der Parameter sowie der Belüftung und Filteranlage berücksichtigt werden. Materialien unbekannter Herkunft sowie zuvor lackierte oder chemisch behandelte Bauteile erfordern eine besondere Analyse.
Durchflussüberwachung und Signalisierung von Abfällen bei der Produktivität
Die bloße Tatsache, dass der Ventilator läuft, ist noch kein Beweis für die ordnungsgemäße Funktion der Abluftanlage. Der Durchfluss kann aus folgenden Gründen abnehmen:
- Verstopfung oder Überfüllung der Filter,
- Staubansammlungen in den Kanälen,
- Schäden an der Leitung oder Undichtigkeiten in der Anlage,
- eine Blockierung der Drosselklappe,
- falsche Drehrichtung des Ventilators,
- Überfüllung des Staubbehälters,
- Änderungen an der Konfiguration des Tisches oder der Anlage.
Mithilfe eines Durchflussmessers, einer Unterdruckmessung oder einer Überwachung der Druckdifferenz am Filter lassen sich Unregelmäßigkeiten schneller erkennen. Der Bediener sollte eine klare Rückmeldung erhalten, wenn die Anlage die geforderten Parameter nicht erreicht.
Service und Instandhaltung der Filteranlage
Die Absauganlage muss ebenso wie die übrigen Komponenten der CNC-Maschine regelmäßig überprüft werden – Versäumnisse führen zu einer allmählichen Verschlechterung der Funktionsfähigkeit, die der Bediener zunächst nicht bemerkt. Der Wartungsumfang sollte unter anderem Folgendes umfassen:
- Überprüfung der Differenzdruckanzeigen und Kontrolle der Filterelemente,
- das Entleeren der Staubbehälter sowie das Entfernen von Schlacke und Abfällen unter dem Tisch,
- die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Klappen und der Dichtheit der Kanäle,
- die Überprüfung des Ventilators sowie der Druckluftanlage zur Filterreinigung,
- Prüfung von Sensoren und Alarmanlagen,
- Dokumentation von Inspektionen und Reparaturen.
Nach der Inbetriebnahme der Anlage empfiehlt es sich, deren Referenzparameter (Durchflussmengen, Unterdruck, Druckabfall an den Filtern) zu ermitteln, um bei späteren Inspektionen die Ergebnisse mit denen eines ordnungsgemäß funktionierenden Systems vergleichen zu können.
Auswirkungen der Absaugung auf die Produktivität und die Produktionskosten
Die Absaugung verbraucht Energie, Druckluft und Materialien zur Filtration und stellt somit einen Bestandteil der Betriebskosten der Maschine dar – worauf wir in unserem Leitfaden zu den Betriebskosten eines Laserschneidgeräts näher eingehen. Der Lüfter wirkt sich zudem auf die Leistungsaufnahme und die Energieeffizienz des Faserlasers aus. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Optimierung in einem möglichst kleinen Lüfter oder einem selteneren Filterwechsel besteht. Eine nicht ordnungsgemäß funktionierende Anlage kann folgende Folgen haben:
- häufigere Reinigungsunterbrechungen und Verschmutzungen in der Halle,
- eine Verkürzung der Lebensdauer der Filter aufgrund einer falschen Auswahl,
- ein Anstieg des Energieverbrauchs bei gleichzeitig steigendem Filterwiderstand,
- Produktionsunterbrechung zur Behebung von Störungen,
- Verschlechterung der Arbeitsbedingungen,
- Brandgefahr und das Risiko kostspieliger Betriebsausfälle.
Ein gut konzipiertes System gewährleistet den erforderlichen Luftdurchsatz bei rationellem Energieverbrauch – dazu tragen die zonengesteuerte Absaugung des Tisches, richtig ausgewählte Kanäle, die Überwachung des Filterzustands sowie eine an den aktuellen Maschinenbetrieb angepasste Ventilatorsteuerung bei.
Maschine und Absaugung als ein System
Produktivität, Prozesssicherheit und Wirksamkeit der Filteranlage hängen miteinander zusammen. Eine Änderung der Leistung der Laserquelle, der Tischgröße, der Anzahl der Schneidbrenner, der Materialart oder der Arbeitsorganisation verändert die Anforderungen an die Absauganlage. Daher ist es bei der Auswahl einer Faserlaserschneidmaschine oder einer CNC-Plasmaschneidmaschine ratsam, den gesamten Prozess zu analysieren: Welche Materialien sollen bearbeitet werden, wie groß ist der Arbeitsbereich, wie hoch ist die tatsächliche Schnittintensität, arbeitet die Maschine in mehreren Zonen, wo wird die Filtereinheit aufgestellt, wird die Luft nach außen abgeleitet und wie erfolgt die Beseitigung von Staub und Schlacke?
STIGAL entwickelt Metallschneidemaschinen unter Berücksichtigung der betriebsspezifischen Gegebenheiten, der Bearbeitungstechnologie, der Größe des Arbeitsbereichs und der Produktionsorganisation. Die Auswahl des Absaug- und der Filteranlage ist Teil dieser Analyse – und keine eigenständige Entscheidung, die erst nach der Inbetriebnahme der Maschine getroffen wird.
Planen Sie den Kauf oder die Modernisierung einer CNC-Maschine zum Metallschneiden?
Wir analysieren die Technologie, die Materialien, den Arbeitsbereich und die Produktionsanforderungen Ihres Betriebs – mit Absaug- und Filteranlagen, die als integraler Bestandteil der Maschine und nicht als nachträglicher Zusatz ausgewählt werden. Lassen Sie uns über eine Lösung sprechen, die genau auf Ihre Produktion zugeschnitten ist.
Häufig gestellte Fragen – Rauchabsaugung und Filteranlage für Rauchgasen
Beim Laserschneiden entstehen Rauchgase und Feinstaub; daher sollte die Maschine mit einer Rauchabsaugung kombiniert werden, die diese an der Quelle auffängt. Die Produktivität und die Auslegung der Rauchabsaugung hängen unter anderem von der Tischgröße, der Prozessleistung, dem Material und der Arbeitsintensität ab.
Die allgemeine Belüftung sorgt für den Luftaustausch im Raum, fängt den Rauch am Schnittort jedoch nicht immer wirksam auf. Die lokale Absaugung begrenzt die Ausbreitung von Schadstoffen, bevor diese in den restlichen Teil der Halle gelangen.
Nein. Die Wirksamkeit hängt vom gesamten System ab: von der Konstruktion des Tisches, der aktiven Absaugfläche, den Kanälen, den Klappen, den Filtern und den Strömungswiderständen. Ein zu hoher Durchfluss erhöht den Energieverbrauch, ohne dass dadurch das Problem einer unzureichenden Rauchabsaugung zwangsläufig gelöst wird.
Es gibt keinen einheitlichen Zeitrahmen für jede Maschine. Die Lebensdauer der Filter hängt von der Art und Menge des Staubs, der Schnittdauer, dem Material, dem Zustand des Reinigungssystems und dem zulässigen Druckabfall ab. Maßgeblich sind die Angaben der Anlage, die Empfehlungen des Herstellers sowie regelmäßige Kontrollen.
Nicht immer. Die Eigenschaften von Stäuben hängen vom jeweiligen Material ab, und deren Vermischung kann die Brand- oder Explosionsgefahr verändern. Eine besondere Analyse erfordern unter anderem Stäube von Leichtmetallen sowie die abwechselnde Bearbeitung verschiedener Materialien auf ein und derselben Maschine.
Nur dann, wenn die Anlage dafür ausgelegt wurde und die Risikobewertung eine ausreichende Leistung der Filteranlage sowie eine angemessene Kontrolle der Rückluft bestätigt. Der bloße Einsatz eines Filters reicht als Grundlage für den Umluftbetrieb nicht aus.
