Forschungsprojekte und -vorhaben der BGHM

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

In Schmierfetten und Schmierstoffen wurde in der Vergangenheit zum Teil auch N-Phenyl-2-naphthylamin (P2NA) als Alterungsschutzmittel (Antioxidantien) eingesetzt. P2NA ist herstellungsbedingt mit dem humankanzerogenen Amin 2-Naphthylamin (2NA) verunreinigt. Bei ausreichend intensivem Kontakt zu entsprechenden Schmierfetten wurde auch schon die Anerkennung als BK 1301 empfohlen (Beth-Hübner et al. 2019). Die Problematik der Viskosität von Arbeitsstoffen wie Schmierstoffen und Schmierfetten sowie die Übertragbarkeit der in den Laborversuchen gewonnenen Ergebnisse wurden mehrfach kritisch diskutiert. So penetrierten weniger aromatische Amine aus einem industriell gefertigtem Schmierfett als bei direkter Applikation in und durch menschliche Haut (siehe Abschlussbericht BK 1301 (2015-001 FP) und Dennerlein et al. (2017)). Sowohl P2NA als auch 2NA penetrierten in und durch Humanhaut, wenn auch zeitlich verschieden. Im Vergleich zu 2NA penetrierte P2NA größtenteils über einen langen Zeitraum nach Applikationsende durch die Haut. Dies ist vermutlich auf eine Retention bzw. Depotbildung von P2NA in der Haut zurückzuführen. Im Gegensatz zu 2NA, das zu deutlich geringeren Mengen in der Haut zurückgehalten wird, werden auch 40 Stunden nach Ende der 8-stündigen Applikation noch deutliche Mengen von P2NA im Kompartiment Haut gefunden. Die von uns durchgeführten Untersuchungen (BK 1301 (2015-001 FP); Dennerlein et al. (2017)) wurden unter worst-case Bedingungen durchgeführt, d.h. die aromatischen Amine nach Applikation über 8 Stunden, also über den Zeitraum einer gesamten Arbeitsschicht, auf der Haut belassen. Da es im professionellen Einsatz oft nur zu kurzzeitigem Kontakt mit Schmierfetten kommt, dafür aber wiederholt Kontakt besteht, stellte sich die Frage, wie die Aufnahme der aromatischen Amine in und durch Humanhaut unter diesen Bedingungen variiert. Fraglich ist, ob die bisher verfügbaren Daten eine Extrapolation auf diese realistischeren, arbeitsplatzbezogenen Anwendungsbedingungen zulassen. Um eine realistische Berechnungsgrundlage für die inkorporierte Gesamtmenge an 2NA zu erhalten, sollte die Hautgängigkeit und die Penetrationsraten von 2NA aus Schmierstoffen unter simulier-ten Arbeitsplatzbedingungen untersucht werden. 

Chemikalien passieren das Stratum corneum meist durch passive Diffusion entlang der Korneozyten oder durch die Korneozyten. Diskutiert wird auch eine Aufnahme über Haarfollikel. Eventuell kann dieser transfollikuläre Weg besonders bei behaarter tierischer Haut von Bedeutung sein. Auch kann sich die Haut verschiedener Spezies hinsichtlich ihrer enzymatischen Ausstattung unterscheiden. Deswegen scheint der Tierversuch wenig geeignet, da sich die menschliche Haut von der tierischen erheblich unterscheidet (Dicke des Stratum corneum, Zahl der Haarfollikel). Die Barrierefunktion und das metabolische Potential von frisch exzidierter Humanhaut entsprechen dagegen den Verhältnissen beim Menschen. Aus diesem Grunde gilt die von uns verwendeten Diffusionszell-Technik nach Franz (1975) als „ex-vivo-“ und nicht als „in-vitro“-Untersuchung. Die in diesem Modell erzielten Ergebnisse sollten eine hinreichende Abschätzung der realen Situation am Arbeitsplatz erlauben.

Ergebnisse

N-Phenyl-2-naphthylamin und 2-Napthylamin penetrieren nach 2-stündiger Applikation in und durch Humanhaut.

• Depotbildung und transdermale Penetration von N-Phenyl-2-naphthylamin: 
  • Bei 2-stündige Applikation bildet sich ein deutliches Hautdepot.
  • Sättigung des Hautdepots ist möglich (mit ca. 46 μg pro cm2 Hautoberfläche). 
  • Die transdermale Penetration von P2NA durch Humanhaut erfolgt verzögert und lag nach 72h im Promillebereich (≤0,071% der eingesetzten Menge). 
  • Extrem langsamer Abbau des Hautdepots; auch 70 h nach Ende der dermalen Applikation ist die Absorption von P2NA noch nicht abgeschlossen 
• Depotbildung und transdermale Penetration von 2-Naphthylamin: 
  • 20 - 70% (aus Schmierfett bzw. bei direkter Auftragung) der in die Haut aufgenommene Men-gen an 2NA werden innerhalb von 72 h transdermal absorbiert.
  • Aufgrund der nach 24h verbleibenden Restmengen an 2NA in der Haut kann es zu einer Akkumulation bei repetitiver Gabe kommen.
  • Die Penetration von 2-NA durch Humanhaut beginnt relativ bald nach Applikation, setzt sich über die 2-stündige Applikationsphase hinaus fort und schwächt sich ca. 10h nach Applikation ab.
• Dermale Dephenylierung von P2NA. 
  • Die Kinetik von 2NA nach P2NA Applikation deutet auf eine dermale Dephenylierung von P2NA zu 2NA hin.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Bei der Herstellung und Bearbeitung von Carbonfasern (CF) und Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK) können einatembare, gesundheitsgefährdende Bruchstücke (Partikel) entstehen. Das Risiko der Schädigung der Atemwege und der Lunge durch die Partikel hängt unter anderem stark davon ab, wie schnell sie nach der Einatmung und Deposition in den Atemwegen und der Lunge abgebaut und abtransportiert werden können. Unlösliche oder schwer lösliche Partikel können bei unzureichendem Abtransport zu einer Entzündung des umliegenden Gewebes führen. Wegen der Größe der bei der Bearbeitung von CF und CFK entstehenden Bruchstücke ist die tierexperimentelle Untersuchung der Biobeständigkeit praktisch nicht möglich, da die Faserbruchstücke nicht applizierbar sind. Daher wurde die Löslichkeit von CF-Bruchstücken zwecks Schätzung der Biobeständigkeit untersucht. Bislang liegen nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse der Löslichkeit von CF/CFK Partikeln vor, sodass BG/BGIA CFK im Sinne des vorsorgenden Gesundheitsschutzes in die Kategorie 3 (GHS: Kategorie 2) als Arbeitsstoffe bei denen der "Verdacht auf eine kanzerogene Wirkung beim Menschen besteht" listet. Die benötigten Daten zur Biobeständigkeit wurden im vorliegenden Projekt zwecks der Unterstützung von Anwendern und Herstellern bei der Bewertung dieser Stoffe für die BGHM und den Fachbereich Holz und Metall der DGUV erhoben.

Ergebnisse

Wegen der Größe der bei der Bearbeitung von CF und CFK entstehenden Bruchstücke ist die tierexperimentelle Untersuchung der Biobeständigkeit praktisch nicht möglich, da die Faserbruchstücke nicht applizierbar sind. Daher wurde die Löslichkeit von CF-Bruchstücken zwecks Schätzung der Biobeständigkeit untersucht. Je nach Größe und Dimension der Partikel sowie deren Eindringtiefe in die Lunge ist die Biopersistenz unlöslicher Stoffe in aller Regel hoch. Die Clearance wird für gröbere Partikel bestimmt durch die mukozilliäre Reinigung des respiratorischen Epithels. In den tieferen Kompartimenten (Alveolen) spielt die Entfernung durch Alveolarmakrophagen die wesentliche Rolle sowie der die Lunge durchfließende Lymphstrom. In den Lysosomen der Makrophagen können manche schwer lösliche Partikel aufgelöst werden. Die vorliegende Studie nutzte daher auch eine lysosomale Lösung nach Henderson et al. 2014, um die Löslichkeit von CF nach der Phagozytose durch Alveolarmakrophagen nachzustellen.
Die Untersuchungen erfolgten in Anlehnung an Standardverfahren gemäß IFA und Arzneimittelbuch unter Verwendung dreier unterschiedlicher Medien (VE-H2O, PBS und lysosomale Lösung). Im Ergebnis erwiesen sich alle untersuchten Proben praktisch als unlöslich (< 100 mg – 1000 mg); – mit Ausnahme der Probe CF 3, die lösliche Matrixbestandteile enthält. Als Kontrolle für einen unlöslichen Stoff dienten Glasfasern. Diese wurden korrekt als praktisch unlöslich in sämtlichen untersuchten Medien ermittelt. Mithin wurde die Kontrolle für eine unlösliche Substanz und eine Probe, die lösliche Bestandteile enthalten, richtig identifiziert, so dass die Ergebnisse zu den CF als valide gelten können.

Der hohe Anteil auf den Filtern auskristallisierender gelöster Stoffe in lysosomaler Lösung erwies sich jedoch als mögliche Fehlerquelle. Die Korrektur durch den Abzug der Leerwerte gelang nur mit mäßigem Erfolg. Für eine bessere Abschätzung der Löslichkeit mit lysosomaler Lösung sollte eine geeignete Korrektur ermittelt werden.

Nach den vorliegenden Untersuchungen sind CF praktisch unlöslich in den untersuchten Medien (d.h. < 100 mg/L). Über den Vergleich mit granulären biobeständigen Stäuben mit ähnlicher Größenverteilung könnte man die Biospersistenz bei bekannter Größenverteilung der unter den jeweiligen Bearbeitungsverfahren entstehenden CF-Bruchstücke abschätzen.

(1) Zukünftige Forschungsansätze sollten die Untersuchung weiterer CFK umfassen, um den Einfluss typischerweise verwendeter Matrixkomponenten auf die Löslichkeit zu prüfen.
(2) Bei den in dieser Studie untersuchten Materialien handelte es sich überwiegend um CF, welche auf Basis von PAN hergestellt wurden und einen Durchmesser von ≥ 5 μm hatten. Es sollte untersucht werden, ob CF aus anderen Ausgangsmaterialien und Herstellungsverfahren oder mit geringerem Durchmesser ein ähnliches Löslichkeitsverhalten aufweisen wie die getesteten Materialien.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Forderungen der Industrie nach leichteren Bauteilen - insbesondere im Transportwesen - führen dazu, dass verstärkt Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe (CFK) hergestellt und bearbeitet werden. Da bei der Herstellung und Bearbeitung von CFK-Bauteilen Gefährdungen durch die Inhalation von Carbonfasern (CF) und CFK-haltigen Partikel- und Faserstäuben entstehen können, wurden von Herstellern und Anwendern, u. a. aus der Automobilindustrie, Anfragen zur Unterstützung bei der Bewertung und der Auswahl geeigneter Schutzmaßnahmen an den Fachbereich Holz und Metall der DGUV und die betroffenen UVT (vor allem BGHM, BGRCI und BGETEM) herangetragen.

Zu diesem Zeitpunkt lagen nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse zu den möglichen gesundheitlichen Auswirkungen der Inhalation von CF und/oder CFK-haltigen Partikel- und Faserstäuben beim Menschen vor. Der Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) beim BMAS hat sich daher bisher noch nicht zur Einstufung von CF oder CFK geäußert, weil die Datenlage als unzureichend eingestuft wird.

Bei Fasern basieren negative gesundheitliche Auswirkungen generell auf der Möglichkeit bzw. dem Risiko, im Lungengewebe entzündliche Prozesse auszulösen. Um als Faser zu gelten, muss ein Partikel gewisse Abmessungen haben. Laut Faserdefinition der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sind dies Partikel mit einer Länge > 5 μm, einem Durchmesser < 3 μm und ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von > 3:1.

Weiterhin müssen die Fasern in die Lunge eindringen können und eine gewisse Zeit im Lungengewebe stabil sein. Fasern mit einem Durchmesser von mehr als 5 μm und einer Länge von mehr als 50 μm gelangen nicht in die tieferen Atemwege. Fasern mit sehr kurzen Verweilzeiten in der Lunge (d. h. Fasern, die schnell aufgelöst oder abtransportiert werden), führen in der Regel nicht zu chronisch entzündlichen Prozessen. Nur Fasern mit längerer Biobeständigkeit haben solche Effekte.

Wenn die Faserstruktur das Eindringen in die Lunge ermöglicht und eine gewisse Biopersistenz gegeben ist, sind negative gesundheitliche Auswirkungen beim Menschen nicht ausgeschlossen. Gemäß TRGS 905 werden CF derzeit formal in die Kategorie 2 eingestuft: ,,Stoffe, die als krebserzeugend für den Menschen angesehen werden sollten. Es bestehen hinreichende Anhaltspunkte zu der Annahme, dass die Exposition eines Menschen gegenüber dem Stoff Krebs erzeugen kann." 

Die Einstufung erfolgte aufgrund eines Berechnungsverfahrens in der TRGS 905. Anhaltspunkte über die tatsächlichen gesundheitlichen Auswirkungen liegen derzeit jedoch nicht vor, da die biologischen Wirkungen in der Lunge nach inhalativer Aufnahme von Stäuben aus der Herstellung und Verarbeitung von CF und CFK bislang nur unzureichend untersucht wurden. Insbesondere ist auch die kanzerogene Wirkung nicht ausreichend untersucht. Untersuchungen zu Entzündungswirkungen in vitro von CF und CFK-Stäuben können aber erste Anhaltspunkte zur Bewertung der Wirkung dieser Partikel und/oder Fasern in der menschlichen Lunge geben. Da andere Stäube und Fasern (z.B. Quarz und Asbest) bekanntermaßen eine erhebliche Gefährdung für die Versicherten darstellen, wurde mittels des Partikel-induzierten Zellmigrationstests (PICMA) und des LDH-Assays abgeschätzt, ob CFK-Stäube ähnliche Gefährdungen
darstellen.

Ergebnisse

Die Zelltoxizität und die entzündlichen Wirkungen von Stäuben und Bruchstücken aus der Herstellung und Bearbeitung von Carbonfasern (CF) und von Carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) industrieller Herkunft wurden im Vergleich zu den Wirkungen von Partikeln und Fasern bekannter Wirkungen in zwei verschiedenen Zellkulturmodellen (LDH-Assay, PICMA) untersucht. Bei allen Proben wurden in den beiden Testverfahren eine geringe Toxizität und eine schwache Entzündungswirkung beobachtet.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Zu den präventiven Maßnahmen um tätigkeitsbedingte Kontaktekzeme der Hände zu verhindern, gehören neben Hautschutz, Hautpflege und ggf. dem Tragen eines entsprechenden Handschutzes, auch die Anwendung eines hautschonenden Hautreinigers (DGUV, 2019; Fartasch et al., 2015).

Eine angemessene Hautreinigung der Hände soll effektiv Anhaftungen von der Haut entfernen, jedoch gleichzeitig möglichst hautschonend sein. Die häufige Hautreinigung, oft verbunden mit der Anwendung stark emulgierender oder reibekörperhaltiger Hautreinigungsmittel (rHRM), z.B. mit Natur-Reibekörpern wie Rizinuswachs, Wallnussschalen, Weichholzmehl, Mais- und Olivenkernmehlen, gehört zu den wichtigsten und häufigsten Faktoren bei der Entstehung irritativer (reizungsbedingter) Handekzeme (iHE) (Brans und Skudlik, 2019; Diepgen et al., 2015; Agner und Elsner, 2020).

Erfahrungsgemäß ist eine effektive Hautreinigung bei mittleren bzw. starken Verschmutzungen mit „milden“ (nicht reibekörperhaltigen) HRM (mHRM), wie in der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS 401, BAuA, 2011), des Arbeitsschutzgesetzes empfohlen, nur durch einen mehrfachen und länger andauernden Reinigungsprozess, der oft mit stärkerem manuellem Druck oder dem Einsatz von Bürsten kombiniert wird, möglich. Durch die längere Reinigungsdauer und die höhere Reinigungsintensität, die zum Erreichen des Reinigungsziels notwendig sind, kann es zu stärkeren Schädigungen der Hautbarriere kommen und damit wird theoretisch die Entstehung des irritativen Kontaktekzems (iKE) gefördert. Bisher wird von der häufigen Anwendung rHRM grundsätzlich abgeraten. Obwohl vor einigen Jahren im Rahmen des DGUV-finanzierten Multicenterprojekts (FP 276) Methoden zur Identifizierung der hautreinigenden Wirkung von mHRM entwickelt wurde (Schliemann et al., 2014; Elsner et al. 2014), fehlt der wichtige Vergleich des Ausmaßes von Hautschäden durch die kürzere, in ihrer Wirkung intensivere Anwendung von rHRM im Vergleich zum Einsatz von milderen Detergenzien, die jedoch länger einwirken und mit höherem Reibungsaufwand benutzt werden müssen.

Ein Kurzbericht über diese Studie wurde bereits publiziert (Gina et al. 2021).

Ergebnisse

Ziel des Projektes war zu analysieren, ob der Einsatz von rHRM mit stärkerem Reinigungspotential, aber dadurch bedingten kürzeren Anwendungszeiten, bei Vorliegen stärkerer Modelverschmutzungen im Vergleich zu milderen Detergenzien, die jedoch länger einwirken und mit höherem Reibungsaufwand benutzt werden müssen, geringere irritative Hautschäden verursacht.

Die Ergebnisse der Studie unterstützen die bisherige Beratungspraxis und Empfehlungen der TRGS 401 und sollten im Rahmen der täglichen arbeits- und betriebsmedizinischen Beratungspraxis zukünftig berücksichtigt werden. Milde HRM sollten primär auch bei starker Verschmutzung angewendet werden, wie dies bereits in TRGS 401 empfohlen wird. Grobe HRM sollten bedarfsmäßig genutzt werden, zum Beispiel am Ende eines Arbeitstages, wenn der Reinigungseffekt nicht mit milden HRM erreicht werden kann. Die zusätzliche Entfernung der Verschmutzung mit einer Handbürste sollte gemieden werden. Daher sollte in der zukünftigen Beratung nicht nur die Art des Reinigungsmittels, sondern auch das Waschverfahren berücksichtigt werden.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

In Zusammenarbeit mit dem IFA sollten die Belastung durch natürliche UV-Strahlung von Versicherten der BGHM, die vorwiegend im Freien arbeiten (Outdoor-Worker), ermittelt werden.

Die Messkampagne begann im April 2017. Es wurden 9 Probanden akquiriert. Die Probanden wurden vom IFA mit UV-Dosimetern ausgestattet und erhielten eine Einweisung zur Bedienung der Dosimeter. 1 Proband (Wintergartenbauer) zog seine Teilnahme zurück. Bei 8 Probanden wurden Daten gemessen, diese an das IFA übertragen bis zum Abschluss der Kampagne im Oktober 2017. 

Ergebnisse

Ziel der Messkampagne GENESIS-UV war es, genauere Kenntnisse der UV-Exposition (Zeitanteile und Intensitäten) unserer Versicherten bei Outdoor-Berufen zu erlangen, zu denen bislang keine oder nur wenige Messungen vorlagen. Nutzung der Daten für präventive Zwecke und insbesondere die BK-Ermittlung bzw. zum Aufbau eines Tätigkeitskatasters UV-Belastung für die BK 5103.

Die Auswertung und Aufarbeitung der großen Mengen Messdaten erfolgt Anfang 2018 durch das IFA.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht 

Ausgangslage

Im abgeschlossenen Forschungsvorhaben von der BGHM Abteilung Technologien Holz und Metall und dem Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart (IfW) wurden Messverfahren zur Ermittlung und Bewertung von Holzstaubemissionen an Bearbeitungsmaschinen untersucht. Hierbei wurden vier Messverfahren untersucht.

1. Gravimetrisches Verfahren (nach GS-HO-05)

Das gravimetrische Verfahren ist ein Verfahren zur Bestimmung von Fein- und Gesamtstaub (Staubemission) in der Umgebung der Bearbeitungsmaschinen. Das Messverfahren wurde nach Norm DIN 33893-2 [N1] und der DGUV-Schrift FB AM-103 [N2] für eine Tischkreissäge und ein CNC-Bearbeitungszentrum durchgeführt. Nach dem Prüfgrundsatz GS-HO-05 wurden vier Staub-Probenahmegeräte des Typs Gravikon VC 25 in der Nähe der Bearbeitungsmaschinen positioniert [N5]. Diese Messgeräte saugen die staubbeladene Umgebungsluft mit einem konstanten Volumenstrom von 22,5 m3/h über einen horizontal angeordneten Ringspalt durch eine zuvor eingewogene Filter-Kassette. Der in der Umgebungsluft enthaltene Staub wird auf dem Filter abgeschieden. Im Anschluss an die Versuche wird die Filter-Kassette ausgewogen. Die auf den Filter-Kassetten abgeschiedene Staubmasse wird in Relation zu dem erfassten Luftvolumen gesetzt, sodass die Staubemission der Bearbeitungsmaschinen bestimmt werden kann. Das Wiegen der Filter-Kassetten vor und nach der Versuchsdurchführung muss unter gleichen klimatischen Bedingungen erfolgen, sonst können Umgebungseinflüsse (Luftfeuchtigkeit) die Messergebnisse verfälschen. Die Versuche wurden mit den Werkstoffen MDF- und Spanplatten durchgeführt, diese sind die am häufigsten zu bearbeitenden Werkstoffe in den holzverarbeitenden Mitgliedsbetrieben der BGHM.

2. Messung der Staubpartikel im Absaugkanal mit einem Tribo-Sensor

Dieses Messverfahren wurde in Anlehnung an das Tracergas-Verfahren (DIN EN 1093-4) durchgeführt. Ziel ist die Messung der Konzentration an Holzstaub in dem Absaugkanal, sowie die Ermittlung der Gesamtmenge an abgesaugtem Holzstaub. Die Randbedingungen für die Versuchsdurchführung wurden unter folgenden Versuchsbedingungen umgesetzt. Dieser umfasst einen Absaugkanal mit quadratischem Querschnitt, dessen Fläche zunächst von dem Volumenstrom der Absaugung der Maschine abhängt, welcher wiederum von der jeweiligen Maschinengattung abhängt. Die Versuche wurden ebenfalls an einer Tischkreissäge und einem CNC-Bearbeitungszentrum durchgeführt. An dem Absaugkanal ist ein Tribo-Sensor angebracht, welcher die Partikel im Prüfkanal detektiert. Vor der Versuchsdurchführung müssen Kalibriermessungen ohne Partikel im Absaugkanal durchgeführt werden, um das Grundrauschen des Sensors zu bestimmen. Während der Versuchsdurchführung wird ein Bearbeitungsschritt (z.B. ein Sägeschnitt an der Tischkreissäge) herausgegriffen und für diesen Bearbeitungsschritt wird die zerspante Masse ermittelt. Die zerspante Masse wird während der Versuchsdauer gleichmäßig mithilfe der Absaugeinrichtung durch den Prüfkanal transportiert und von dem Tribo-Sensor detektiert. Die Messwerte, die sich aus der Erfassung von 100 % der zerspanten Masse ergeben, können ins Verhältnis gesetzt werden, sodass daraus der prozentuale Erfassungsgrad der Erfassungselemente ermittelt werden kann. Für die Versuchsdurchführung wurde der Werkstoff MDF gewählt, da dieser nach dem Zerspanvorgang einen gleichmäßige Span-/Staub Verteilung (ohne große Spanpartikel) aufweist.

3. Massenvergleich zur Ermittlung des Erfassungsgrades

In diesem Messverfahren wird der Erfassungsgrad durch die Bildung des Quotienten aus „erfasster Menge“ und „zerspanter Menge“ ermittelt. Der Erfassungsgrad ist zunächst der prozentuale Anteil an Holzspänen und -stäuben, die von der Absaugung erfasst und der Entsorgung zugeführt werden, gegenüber der Menge an zerspantem Material, welches tatsächlich während des Bearbeitungsprozesses entstanden ist, der sogenannten „zerspanten Menge“. Die „erfasste Menge“ sind alle Partikeln, welche der Entsorgung zugeführt werden. Alternativ kann die „erfasste Menge“ auch als Differenz der „zerspanten Menge“ und der „nicht erfassten Menge“, ermittelt werden. Zur Ermittlung der „nicht erfassten Menge“ wird Bearbeitungsmaschine und ihrer unmittelbaren Umgebung mit einem Industriestaubsauger vor und nach der Versuchsdurchführung gereinigt. Das Tara im Staubsauger ist die Menge an nicht erfasster Partikel. Die Alternative Methode zur Ermittlung der „erfassten Menge“ eignet bei Maschinen, die an eine zentrale Absaugeinrichtung angebunden sind. Dieses Forschungsvorhaben wurde mit einem mobilen Entstauber durchgeführt. Somit war das Verfahren mit dem Auswiegen der Staubsäcke des Entstaubers, vor und nach der Bearbeitung, möglich.

4. Alternatives Verfahren, Low-Cost Sensoren

Bei diesem Messverfahren wurde der Feinstaubanteil in der Umgebungsluft der Bearbeitungsmaschinen mit Hilfe von Low-Cost Sensoren ermittelt. Die Sensoren saugen die Umgebungsluft mit einem konstanten Volumenstrom an und messen die darin enthaltenen Partikelgrößen mithilfe von optischer Sensorik. Die Staubkonzentration in der Luft wird mittels der Staubwerte PM 2,5 und PM 10 (Particulate Matter) angegeben. Die Sensoren verfügen über ein W-LAN-Modul, sodass die Messdaten drahtlos an einen Einplatinencomputer weitergeleitet werden können und dort in einer Datenbank ausgewertet und gespeichert werden. Unter klimatisch konstanten Bedingungen kann mit diesen Staubsensoren die Feinstaubbelastung im Raum ermittelt werden. Durch die eingerichtete Datenbank kann die Staubbelastung über den gesamten Arbeitstag ermittelt und ausgewertet werden

und diese mit folgenden Bewertungskriterien wie der Aufwand zur Durchführung einer Staubemissionsmessung, Aussagekraft der Messergebnisse über die Staubemission einer Maschine, Kosten- und Zeitaufwand für eine Prüfung, Mobilität des Messverfahrens (Messmittel, Versuchsmaterial) und die notwendige Qualifizierung des Prüfers gegenübergestellt und bewertet.

Ergebnisse

Die Untersuchungen zeigten, dass die vier Messverfahren sehr unterschiedliche Ergebnisse innerhalb der Bewertungskriterien liefern. In Abbildung 1 werden die Bewertungskriterien für die unterschiedlichen Maschinengattungen der einzelnen Messverfahren vorgestellt. Durch den Einsatz von unterschiedlichen Prüfbedingungen (TKS DIN 33893-2 [N1]; BAZ DGUV Fachinformation FB AM-103 [N2)] variieren die Bewertungen nach jeweiligem Messverfahren in der Kategorie „Reprozierbarkeit“ beim Einsatz des BAZ oder der TKS. Messverfahren 2 und Messverfahren 4 zeigen bei der Versuchsdurchführung und -auswertung, dass sich diese nicht zur quantitativen Ermittlung von Staubemissionen von Maschinen eignen, da beim Messverfahren 2 (Messung der Staubpartikel im Absaugkanal mit einem Tribo-Sensor) der Tribo-Sensor zu empfindlich ist und in den durchgeführten Untersuchungen keine Korrelation der einzelnen Versuchsergebnisse aufgezeigt werden konnte.

Das Messverfahren 1 (Gravimetrisches Verfahren) und das Messverfahren 3 (Ermittlung des Erfassungsgrades) zeigen hinsichtlich der Ermittlung der Staubemissionen gute Ergebnisse an den Versuchsmaschinen Formatkreissäge und CNC-Bearbeitungszentrum. Diese sind reproduzierbar und wer-den mit einer Standardabweichung angeben (siehe Abbildung 5); bei der gravimetrischen Methode ergibt sich STABW = 3,2 für das BAZ und STABW = 0,061 für die TKS [5]. Der Nachteil hierbei ist, dass nur luftgetragene Holzstaubpartikel im Umkreis der Messgeräte aufgenommen werden, da die positionierten Staubsammelgeräte (Gravikon VC 25) ihre Umgebungsluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 22,5 m3/h ansaugen. Die Ermittlung des Erfassungsgrades hat eine höhere Reproduzierbarkeit, da hier für die Standardabweichung beim BAZ ein Wert von STABW = 0,0058 und für die TKS ein Wert von STABW = 0,0115 ermittelt wurde. Bei dieser Messmethode werden alle Partikelgrößen berücksichtigt. Dabei wird angenommen, dass ein Zusammenhang zwischen einer hohen erfassten Menge und dem Feinstaubanteil herrscht. Das bedeutet, wenn der Erfassungsgrad hoch ist, wird auch ein hoher Feinanteil aus der Luft erfasst und der Entsorgung zugeführt. Für das Messverfahren 3 wäre eine zukünftige Arbeit für alle bekannten Maschinegattungen (z. B. BAZ, TKS, Breitbandschleifmaschinen, Kantenanleimmaschinen) einen Stand der Technik beim Erfassungsgrad von Holzspäne und -stäube zu ermitteln.

Nur durch diese zu ermittelten Daten lassen sich die Messdaten zur Staubemission einer Maschine in Relation zu den Wettbewerbern bringen, d. h. die untersuchte Maschine kann nach den Werten ihrer Staubemission als gut oder schlecht bewertet.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Beim Lichtbogenschweißen ist es durch das Verfahren bedingt nicht möglich, spannungsführende Teile wie in den elektrotechnischen Regeln gefordert zu isolieren. Daher müssen weitergehende Schutzmaßnahmen bei der persönlichen Schutzausrüstung zur Isolierung des Körpers gegen spannungsführende Teile durch die Schweißfachkraft, z.B. Schweißerschutzkleidung, Handschuhe, Lederschürze, isolierende Unterlage, umgesetzt werden. Derzeit liegen keine Erkenntnisse vor, wie die auf dem Markt befindliche PSA für Schweißarbeiten die Anforderungen im Neuzustand und nach Gebrauchsbeanspruchung & industriellen Wäschen an das geforderte elektrische Isolationsvermögen erfüllt.

Ziele des Forschungsvorhabens

• Entwicklung einer universellen Prüfanordnung zur Erfassung des elektrische Isolationsvermögen von Schweißerschutzkleidung für verschiedene Materialien wie Textilien und Leder.
• Erforschung des Einflusses von realitätsnahem Gebrauch (z.B. Verschmutzungen) und industrielle Wäschen auf das Isolationsvermögen von Schweißerschutzkleidung.
• Klassifizierung der PSA für schweißtechnische Arbeiten bezüglich der Isolationsfähigkeit gegenüber Schweißstromquellen.

Zur Erreichung der geplanten Forschungsziele sollen Spannungsverläufe von verschiedenen Schweißstromquellen für die gängigen Handschweißverfahren (z. B. Wolframinertgasschweißen, Metall-schutzgasschweißen, Lichtbogenhandschweißen, Plasmaschweißen) wie sie während des Zündvorgangs von der Lichtbogenzünd- und Lichtbogenstabilisierungseinheit zur Verfügung gestellt werden und wie sie während der Leerlaufspannung am Sekundärkreis der Schweißstromquelle anliegen, auf-genommen werden. Diese Spannungsverläufe bilden die Grundlage des zu entwickelnden Prüfablaufs in Abhängigkeit von den verschiedenen Schweißverfahren. Grundlage für die Prüfungen bilden die in den Normen EN 60974-1 und EN 60974-3 beschriebenen Verfahren zur Erzeugung und Begrenzung der Sekundärspannungen der Schweißstromquelle. Dabei muss geprüft werden, ob die dort vorgegebenen Messschaltungen auf die Werte der Körperimpedanzen des menschlichen Körpers zu modifizieren sind.

Bei der nachfolgenden Untersuchung von Materialien, wie sie bei PSA für schweißtechnische Arbeiten verwendet werden, sollen verschiedene am Markt befindliche und repräsentative Exemplare untersucht werden. Dies soll folgende PSA beinhalten:

• Handschuhe
• Nackenschutz
• Lederschürze
• Schweißerschutzkleidung

Alle oben genannten PSA-Komponenten müssen nach den jeweiligen dafür gültigen Normen geprüft sein und eine CE-Kennzeichnung (EG-Baumusterprüfung) aufweisen. Für die Prüfungen sind die Aspekte der Reinigung (z. B. industrielle Wäsche und ggf. chemische Reinigung) und der Verunreinigung während des bestimmungsgemäßen Gebrauches (z. B. Öl- und Fett) zu berücksichtigen. Außerdem ist der Aspekt der Durchfeuchtung (z. B. Schwitzen) zu betrachten.

Aus den Messungen der Spannungs- und Stromverläufe, soll eine Klassifizierung hinsichtlich der Güte der Schutzfunktion / Isolierung des Körpers gegenüber spannungsführenden Teilen der Geräte für die untersuchten PSA Komponenten (Handschuhe, Nackenschutz, Lederschürze, Schweißerschutzkleidung) erarbeitet werden. Darüber hinaus soll eine Zuordnung des Isolationsvermögens von PSA Komponenten zu den einzelnen Schweißverfahren ermöglicht werden.

Durch das Forschungsprojekt sollen folgende Fragen beantwortet werden:

• Mit welchen Prüfanordnungen, unter welchen Prüfbedingungen kann des Isolationsvermögen gegenüber Schweißspannungen ermittelt werden?
• Welchen Einfluss hat die Größe der Kontaktfläche?
• Wie wirken sich Verunreinigungen und die Reinigung auf das Isolationsvermögen aus?
• Welchen Einfluss hat eine Durchfeuchtung z. B. durch Schwitzen auf die Isolationsfähigkeit der PSA?

Die gewonnenen Ergebnisse sollen im Idealfall mit den erarbeiteten Prüfbedingungen eine Zuordnung des Isolationsvermögens von PSA zu den einzelnen Schweißverfahren ermöglichen.

Ergebnisse

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes lassen sich in den folgenden Stichpunkten zusammenfassen:

• Ein valides Messverfahren für den elektrischen Durschlag von PSA Materialien für Schweißerschutz konnte mit einem neuem Prüfgerät erfolgreich entwickelt werden.
• Bei manuellen WIG AC/DC und Plasma Schweißprozessen treten Zündspannungen bis 10 kV auf.
• Der Elektrische Durchschlag ist abhängig von der Dicke des PSA Materials.
• Das PSA Material Leder hat ca. zweimal höhere elektrische. Durchschlagsspannungen als das PSA Material Textil (hat also einen um ca. Faktor 2 besseren Schutz gegen elektrischen Durchschlag). 
• Der Neuzustand, und der nasse Zustand sind relevante Zustände zur Bewertung der Produktperformance, (diese sind auch praxisrelevant.
• Der nasse Zustand ist als extrem kritisch zu bewerten, da der elektrische. Durchschlag größtenteils bei Spannungen von < 100V erfolgt (worst case Szenario). 
• Der nasse Zustand ist bei Materialien, die wenig Wasser aufnehmen (Aramide) etwas weniger kritisch (elektrischer. Durchschlag bei 150 - 200 V). 
• Die Wäsche von textilen PSA Materialien hat eher einen positiven Einfluss auf den elektrischen Durchschlag durch die einhergehende Materialverdichtung.
• Die Verschmutzung von PSA Materialien mit Öl zeigt keine relevante Veränderung des elektrischen. Durchschlags.
• Die Verschmutzung von PSA Materialien mit Fett erhöht den elektrischen Durchschlag und damit die Schutzwirkung teilweise deutlich.
• Trotz dieser ersten eindeutigen Erkenntnisse ist aufgrund der Datenlage zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Erarbeitung einer Klassifizierung von PSA Materialien hinsichtlich der elektrischen Durchschlagsspannung in Bezug auf die eingesetzten Schweißverfahren nicht eindeutig durchführbar.

Weitere Untersuchungen zum Nutzerverhalten an gebrauchter und aussortierter Schweißerschutz PSA werden empfohlen, um die Datenlage für eine Klassifizierung bereit zu stellen. Ebenso konnte das Abnutzungsverhalten durch den täglichen Gebrauch in diesem Projekt aufgrund des Projektvolumens und -zeitrahmens nicht mitberücksichtig werden.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Derzeit erfordert die Gefahrenbewertung an einem kollaborativen Roboter den Einsatz eines auf-wendigen Messverfahrens, um die Einhaltung der biomechanischen Grenzwerte aus ISO/TS 15066 nachzuweisen. Diese Vorgehensweise birgt das Risiko, die wirtschaftlichen Zielvorgaben der Applikation zu verfehlen, da sich mit den heute verfügbaren Mitteln nicht frühzeitig feststellen lässt, ob das geplante Roboterprogramm die geltenden Grenzwerte einhält. Diese Situation umreißt die Beweggründe, welche der Initiierung, Organisation und Durchführung des hier dokumentierten Forschungsprojekts zugrunde liegen. Das Fraunhofer IFF führte dieses Forschungsprojekt im Auftrag der BGHM durch, nachdem es sich für die vorherige Ausschreibung erfolgreich bewarb.

Ergebnisse

Das Ziel des Forschungsprojekts war es, eine webbasierte Planungshilfe zu erarbeiten, die es den versicherten Betrieben der BGHM zukünftig erleichtert Arbeitsplätze mit Mensch-Roboter-Kollaboration zu entwerfen. Die Kernfunktion der Planungshilfe ist es, Anwender von kollaborativen Robotern bei der Einhaltung der normativen Anforderungen zu unterstützen, indem sie anhand von spezifischen Angaben zur Applikationen sichere Roboter-Geschwindigkeiten abschätzt, mit denen der Roboter die biomechanischen Grenzwerte aus ISO/TS 15066 und DGUV-Information FB HM 080 sehr wahrscheinlich einhält.

Das funktionelle Grundgerüst der Planungshilfe bildet ein System aus verschiedenen Webdiensten. Jeder Dienst widmet sich einem unabhängigen Merkmal, dass direkten Einfluss auf die Beanspruchung des Menschen bei einem ungewollten Kontakt mit dem Roboter hat. Die grafische Oberfläche der Planungshilfe fragt alle Angaben des Nutzers ab, die als Parameter in die einzelnen Dienste eingehen. Weiterhin gibt sie zu einzelnen Angaben ein direktes Feedback, dass dem Nutzer hilft, seine Eingaben zu bewerten und zu überprüfen.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Beim Einsatz kollaborierender Roboter sind die Bio-Mechanischen Grenzwerte der ISO/TS 15066, bzw. DGUV Information FBHM 080 für die Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit einzuhalten. Um die Bio-Mechanischen Grenzwerte messtechnisch zu ermitteln, wurden für 29 definierte Körperstellen aufgeteilt in 12 Körperregionen vereinfachte Gewebemodelle angenommen, so dass sich die komplexen Körpereigenschaften auf ein einfaches Feder-Dämpfer-System reduzieren lassen. Für jede Körperregion wurde eine Kombination aus einem Dämpfer und einer Federkonstante festgelegt. Insgesamt werden die 29 Körperregionen durch 10 Federkonstanten und 3 Dämpfermaterialen abgedeckt.

In der messtechnischen Praxis hat sich die große Variantenvielfalt an Feder/Dämpfer Kombination als nicht praktikabel herausgestellt. Messgeräte mit auswechselbarer Feder sind unhandlich oder es muss für jede Federkonstante ein separates Messgerät beschafft werden. Daher kommen in der Regel bei Messungen in den Betrieben nur die 2 Federn mit der härtesten Federkonstante zum Einsatz. Folge ist eine Fehleinschätzung der tatsächlichen Situation des kollaborierenden Roboterarbeitsplatzes mit daraus resultierender ungünstiger Programmierung der Sicherheitsparameter an der Anlage. Insbesondere kann beim Auftreffen auf eine weichere Körperstelle der Sicherheitsstopp zu spät ausgelöst werden, was zu einer Überschreitung des zugehörigen Grenzwertes führt.

Das Ziel des Projektes war die Reduzierung der Messgeräte-Varianten und Messstellen auf eine in der Praxis gut verwendbare Anzahl, um eine Fehleinschätzung durch die derzeitigen Messgeräte-Varianten zu eliminieren und die Gesundheit sowie Sicherheit am Arbeitsplatz einzuhalten. Das Messkonzept soll dabei erhalten bleiben jedoch sollen die Messgeräte-Komponenten angepasst werden.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Kollaborierende Robotersysteme ermöglichen die sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter, ohne dass trennende Schutzeinrichtungen (z. B. Zäune) sie räumlich voneinander trennen. Gemäß ISO/TS 15066 und DGUV-Information FBHM 080 ist bei dieser arbeitsteiligen Zusammenführung sicher-zustellen, dass von Klemm- und Stoßstellen am Roboter keine Verletzungsgefahren für den Menschen ausgehen. Eine Möglichkeit des Schutzes vor Verletzungen bieten biomechanische Grenzwerte, die der Roboter im Falle eines Kontakts mit dem Menschen nicht überschreiten darf.

Die BGHM und das Fraunhofer IFF haben in mehreren Studien von 2015 bis 2018 einen Teil der notwendigen Grenzwerte erarbeitet. Aufgrund schwer abschätzbarer Risiken waren in diesen Studien keine Versuche an Kopf, Hals, Brust und Bauch möglich. Anhand der Ergebnisse aus der Studie konnte das Fraunhofer IFF in Zusammenarbeit mit Ärzten jedoch nachweisen, dass das Risiko für Belastungsversuche an den bisher nicht-untersuchten Körperbereichen ausreichend klein ist und Probandenversuche gestattet.

Das Ziel dieser Studie war es, die Körperstellen aus ISO/TS 15066 an Kopf, Hals, Brust und Bauch hin-sichtlich des Schmerzeintritts bei Klemm- und Stoßbelastungen an stumpfen und halb-scharfen Kontaktoberflächen experimentell zu untersuchen, und anhand der Ergebnisse die noch fehlenden Belastungsgrenzen festzulegen.

Das Studienprotokoll sah vor, Belastungsversuche mit Probanden durchzuführen. Als Versuchseinrichtungen nutzte das Fraunhofer IFF ein Algometer für Klemmbelastungen und ein Pendel für Stoßbelastungen, mit denen es die Probanden an Körperstellen von Kopf, Hals, Brust und Bauch experimentell beanspruchte. Während der Untersuchung eines Probanden erhöhte der Versuchsleiter die Belastung so weit, bis der Proband einen Schmerz an der belasteten Körperstelle verspürte.

Die Aufbringung der Last erfolgte über zwei unterschiedliche Kontaktkörper. Der erste Kontaktkörper bestand aus Aluminium und eignete sich aufgrund seiner quadratischen Form und kleinen Querschnittsfläche zur Nachbildung von halbscharfen Kontakten. Der zweite Kontaktkörper bestand aus einem weichen Schaumstoff. Seine Größe und Nachgiebigkeit ermöglichte es, stumpfe Kontakte zu erzeugen.

In der Studie untersuchte das Fraunhofer IFF auch eine Kontrollgruppe. Die Vorgehensweise glich der, welche die Johannes-Gutenberg-Universitätsklinik Mainz (JGU) in einer Probandenstudie von 2011 bis 2014 anwendete. Das Ziel der Kontrollgruppe war es zu prüfen, ob die Vorgehensweise des Fraunhofer IFF und der JGU zu vergleichbaren Ergebnissen führt.

Ergebnisse

Das Fraunhofer IFF führte mit 10 männlichen und 10 weiblichen Probanden Versuche zu Klemm- und Stoßbelastungen an Körperstellen von Kopf, Hals, Brust und Bauch durch. Die zusätzlich untersuchte Kontrollgruppe umfasste 5 männliche und 5 weibliche Probanden. Sie durchlief ausschließlich Klemm-versuche, jedoch an allen Körperstellen aus ISO/TS 15066.

Aus den Versuchsdaten bestimmte das Fraunhofer IFF für jede untersuchte Körperstelle einen Grenzwert für Klemm- und Stoßbelastungen an halb-scharfen und stumpfen Oberflächen. Als statistischer Referenzwert diente das 3. Quartil der empirischen Verteilung. Das Fraunhofer IFF führte das Ergebnis mit den Ergebnissen aus den vorhergehenden Studien zusammen, womit nach Abschluss der Studie ein endgültiges und vollständiges Verzeichnis mit Grenzwerten für alle unterschiedlichen Belastungsformen und Kontaktarten vorliegt.

Die gemittelten Schmerzeintrittsschwellen aus der Kontrollgruppe stimmen mehrheitlich mit denen überein, welche die JGU ermittelte, sofern ihnen die gemessene maximale Kontaktkraft zugrunde gelegt wird. Auf Basis des maximalen Drucks weichen die Ergebnisse mehrheitlich stark voneinander ab.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht 

Ausgangslage

Während des Verzinkungsprozesses entstehen Reaktionsprodukte an der Oberfläche der Zinkschmelze, die bei Ablagerung auf den verzinkten Oberflächen beim Herausziehen der Werkstücke deren Qualität verschlechtern. Diese auf der Zinkschmelze schwimmenden Reaktionsprodukte werden als Zinkasche bezeichnet. Diese Zinkasche steht im Fokus dieses Forschungsvorhabens; sie entsteht beim Abdampfen (Abkochen) des Flussmittels von der Oberfläche des Verzinkungsgutes innerhalb der Zinkschmelze.

Um eine Ablagerung der Zinkasche auf der Werkstückoberfläche zu verhindern und damit insbesondere die optische Qualität des Verzinkens zu gewährleisten, wird die Zinkasche in der Industrie bislang nur manuell vor dem Herausziehen des Verzinkungsgutes von der Oberfläche der Zinkschmelze, weg von den eingetauchten Werkstücken und hin zur Stirnseite des Verzinkungskessels, bewegt, d.h. abgestreift. Während dieses Prozessschrittes sind die Beschäftigten, die das manuelle Abstreifen der Zinkasche durchführen, sowohl mechanischen als auch chemischen Gefährdungen ausgesetzt.

Die mechanische Gefährdung besteht in dem möglichen Absturz der Beschäftigten in die Zinkschmelze, die chemische besteht in dem Einatmen der Gefahrstoffe, die aus der Zinkschmelze, im „Zinkrauch“, aufsteigen. Eine Automatisierung der Zinkascheentfernung minimiert diese beiden Gefährdungen.

Projektdurchführung

Dieses Forschungsvorhaben befasste sich zunächst mit der Fragestellung, welche Verfahren in der Literatur bereits zur Automatisierung der Entfernung der Zinkasche, aber auch zur Entfernung von Schlacken und Metallschäumen existieren, und welche sich dann auch für die Anwendung in Feuerverzinkereien eignen.

Dazu wurde eine Machbarkeitsstudie zur Identifizierung möglicher automatisierter Abscheideverfahren mit Blick auf technische Machbarkeit und auf bereits existierende Schutzrechte durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen der Machbarkeitsstudie wurden zwei Abscheidesysteme, ein mechanisches und ein gasbasiertes Abscheidesystem, sowie ein automatisiertes Abschöpfsystem entwickelt. Diese drei Systeme stellen die Basis für die sich anschließende technikumsbasierte Evaluation dar.

Diese Systeme wurden im Labormaßstab mittels Rapid-Prototyping-Methode additiv gefertigt und konstruiert. Die Experimente wurden in einem für dieses Forschungsvorhaben neu gefertigten Versuch-Verzinkungsofens durchgeführt, wobei ein vorhandener, programmierbarer Kuka-Roboter verwendet wurde.

Der Fokus der Evaluation lag auf der Wirksamkeit der Abscheidesysteme, einerseits bezogen auf die Entfernung der Zinkasche von der freien Oberfläche der Zinkschmelze (generelle Wirksamkeit), sowie andererseits bezogen auf die Entfernung der Zinkasche mit einem simulierten Aufhängsystem der zu verzinkenden Proben (aufgabebezogene Wirksamkeit). Darüber hinaus wurden der Einfluss der Abstreifverfahren auf den Verzinkungsprozess (werkstofftechnische Charakterisierung) und der Einfluss der Prozessparameter auf den Abstreifprozess (prozesstechnische Charakterisierung) untersucht.

Die angestrebte vollständige Entfernung der Zinkasche von der Zinkoberfläche wurde mit zwei automatisierten Systemen nachgewiesen, einem mechanischen Abscheidesystem und einem gasbasierten Abscheidesystem. Dabei wurden jeweils die Prozessparameter optimiert. Im Rahmen einer prozessnahen Simulation des vollständigen Verzinkungsprozesses wurde ein vollautomatisiertes Abstreifen und Abschöpfen der Zinkasche im Labormaßstab erfolgreich erzielt.

Ergebnisse

Die Wirksamkeit der beiden untersuchten Abscheidesysteme, des mechanischen Abstreifsystems und des gasbasierten Abstreifsystems sowie des Abschöpfsystems wurde für alle Systeme erfolgreich nachgewiesen. In der prozesstechnischen Charakterisierung wurden die optimale Prozessparameter für gegebene Laborbedingungen der jeweiligen Methode (Position, Geschwindigkeit, Durchfluss, usw.) bestimmt. Das gasbasierte Abscheidesystem sowie die Impulswellen-Methode des mechanischen Abscheidesystems weisen vorteilhaft eine Unabhängigkeit von dem Aufhängsystem auf (d.h. von der Position der Bindedrähte der eingetauschten Bauteile), und stellen damit eine vielversprechende Lösung für die Umsetzung im Industriemaßstab dar. Auch das aktuell verwendete manuelle mechanische Abstreifen kann automatisiert und bei entsprechender Fixierung des Aufhängsystems ebenso umgesetzt werden, indem z.B. standardisierte Gestelle oder Sensorik benutzt werden. Das Abschöpfen ist ebenfalls automatisiert möglich. Die Umsetzung im Industriemaßstab und die damit verbundene Hochskalierung der Abscheidesysteme erfordern eine entsprechende Anpassung an die Geometrien, die in der Industrie beim Feuerverzinken vorliegen. Hochskalieren und praktisches Umsetzen der Abscheide- und Abschöpfsysteme (Anzahl, Platzierung, Design der Systeme) stellen dann die Herausforderungen für die Anwendung eines automatisierten Abscheidesystems im Industriemaßstab dar.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

In den Mitgliedsbetrieben der BGHM ergibt sich regelmäßig die Problematik der Nichteinsehbarkeit von Gefahrenbereichen, in welchen sich Personen aufhalten könnten. Aufgrund betrieblich bedingter Umgebungs- und Störeinflüsse ist die Eignung existierender optoelektronischer Schutzeinrichtungen (optische BWS) häufig beschränkt.

Ergebnisse

Der Einsatz sicherer Radarsysteme eröffnet die Möglichkeit, bisherige organisatorische Maßnahmen durch eine robuste technische Maßnahme zu ersetzen und die Sicherheit wesentlich zu erhöhen.

Im Rahmen umfangreicher Labor- und Feldversuche konnte die Robustheit der untersuchten Radarsysteme gegenüber den o.g. Umgebungs- und Störeinflüssen bestätigt werden. Technologiebedingt ergibt sich zudem eine besondere Eignung zur Bereichsüberwachung für den Hintertretschutz, da selbst Mikro-Bewegungen einer sich im Schutzfeld befindlichen Person erkannt werden und ein ungewollter Wiederanlauf zuverlässig verhindert werden kann.

Ferner wurden Prüfkörper in Form trihedraler Winkelreflektoren angefertigt und deren grundsätzliche Eignung zur Durchführung periodischer Funktionsprüfungen der Sicherheitsfunktionen dargelegt.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

An Baukreissägen kommt es immer wieder zu schweren Unfällen, obwohl die Sicherheitseinrichtungen seit Jahren weiter verbessert werden. Ursache ist häufig, dass eine vorhandene Schutzhaube unzureichend ist oder auf einfache Weise außer Funktion gesetzt wurde.

Eine Idee für einen neuartigen Schutz des Sägeblattes an Baustellen-Kreissägen besteht im Wesentlichen darin, an Stelle einer zusätzlichen Schutzhaube einen modifizierten und beweglichen Spaltkeil zur Verhinderung des Zugriffs auf das Sägeblatt zu verwenden.

Im Rahmen des Projektes sollte zur Verhinderung einer möglichen Patentanmeldung ein Prototyp er-stellt und erprobt werden. Aufgrund der für die Entwicklung und den Bau eines Prototyps notwendigen Erfahrung in der Konstruktion und Fertigung wurde ein namhafter deutscher Hersteller von Baustellenkreissägen mit der Erstellung eines Prototyps betraut.

Im Projekt ging es darum, zusammen mit dem Hersteller ein Konzept zu erstellen, das es erlaubt, mit möglichst vielen bereits vorhandenen Standardkomponenten auszukommen und für die neuen und zu verändernden Komponenten robuste Lösungen zu finden.

Dabei war nicht angestrebt, eine „marktreife“ Lösung zu entwickeln. Der zu bauende Prototyp sollte lediglich ermöglichen, den Umgang mit dem neuen Sägeblattschutz zu erproben und dessen grundsätzliche Tauglichkeit zu beurteilen, die bisherigen Schutzmaßnahmen zu ersetzen oder zu ergänzen.

Ergebnisse

Ziel des Projektes war es zu verhindern, dass die grundsätzliche Idee eines beweglichen Spaltkeils von einem einzelnen Hersteller zum Patent angemeldet werden kann. Dazu erschien es erforderlich, einen Prototyp zu bauen.

Im Laufe des Projektes wurde entschieden, nach Fertigstellung des Prototyps sofort eine Veröffentlichung auf den Seiten der BGHM vorzunehmen, bevor die Maschine zu Evaluationszwecken der Öffentlichkeit vorgestellt wird.

Die Maschine ist fertig, funktioniert wie erwartet und befindet sich zurzeit in der LW Stuttgart. Die erste Veröffentlichung darüber ging am 12.04.2018 auf den Internetseiten der BGHM online. Eine zweite Veröffentlichung in der BGHM-Aktuell 4/18 ist geplant.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Bei der spanenden Bearbeitung von Metallhalbzeugen in den Werkzeugmaschinen kommt es immer wieder zu schnell ablaufenden Verbrennungsreaktionen (Brände bzw. Verpuffungen). Für die Beurteilung der dabei entstehenden Gefährdung soll ein Prüfstand aufgebaut werden, um die Ursachen und Entstehung dieser Brände genauer zu untersuchen. Hauptproblem stellen hierbei die verwendeten Kühlschmierstoffe bzw. Minimalmengen-Schmierstoffe dar.

Dazu wurden Versuchen zum Zündverhalten von Kühlschmierstoff - Aerosol-/Dampf/Luft-Gemischen in einem dafür entwickelten Prüfstand durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Versuch der Bestimmung der Reaktionsheftigkeit von Kühlschmierstoff-Aerosol-/Dampf/Luft-Gemischen.

Ergebnisse

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Prüfstand Flammensperre - Entwicklung einer Prüfmethode zur Bestimmung der Reaktionsheftigkeit von Kühlschmierstoff-/Aerosol/-Dampf-/Luft-Gemischen“ wurden die Auswirkungen von Zündereignissen und der daraus resultierenden Brand- und Explosionsgefahr unter praxisnahen Bedingungen erforscht. Dazu wurden unterschiedliche Versuchsreihen mit verschiedenen Parametervariationen durchgeführt. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem Vorgängerprojekt wurde zunächst die Abhängigkeit des resultierenden Explosionsdruckes von der zugeführten Kühlschmierstoffmenge ausführlich untersucht. Dazu wurde eine Vielzahl von Versuchsreihen durchgeführt, die reproduzierbare Ergebnisse lieferten und einen eindeutigen Trend aufzeigten. So ergaben sich bei diesem Versuchsaufbau Druckwerte, die bei der minimalen Kühlschmierstoffzufuhr ca. 5 mbar betrugen und bei der maximalen Kühlschmierstoffmenge auf ca. 50-60 mbar anstiegen. Die Zeitspanne der Hauptreaktionen, in welcher der maximale Druck tatsächlich anstand, wurde nahezu konstant mit ca. 150 ms ermittelt.

Weiterhin wurde die Abhängigkeit der Kenngrößen wie Druck und Temperatur von der Leistung der Absaugung und dessen Einfluss auf das Flammenverhalten in Bezug auf die Ausbreitung innerhalb der Anlage sowie auf andere Anlagenteile betrachtet. Zu diesem Zweck wurde der Absaugvolumenstrom stufenweise variiert, um mögliche Trends in Bezug auf die messtechnischen sowie optischen Kenngrößen abzuleiten. Hinsichtlich des auftretenden Druckes wurden hier gegensätzliche Trends beobachtet. Während der Explosionsdruck bei der maximalen Kühlschmierstoffzufuhr mit Erhöhung des Absaugvolumenstroms tendenziell sinkt, steigt er unter gleichen Bedingungen beim Einsatz der minimalen Kühlschmierstoffmenge leicht an. In Bezug auf die optischen Kenngrößen konnte sowohl beim Einsatz einer niedrigen als auch einer hohen Kühlschmierstoffzufuhr eine eindeutige Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammen innerhalb der Rohrleitung der Absauganlage vom Absaugvolumenstrom festgestellt werden.

Die Flammengeschwindigkeiten nehmen mit der Erhöhung des Absaugvolumenstroms zu. Im Verlauf dieser zahlreichen Versuchsreihe traten einige Besonderheiten auf. Dazu gehören beispielsweise eine selbstständige Zündung durch einen Werkzeugbruch oder die eher seltenen, jedoch regelmäßig auftretenden Rückzündungen, die als unvorhersehbar und somit als eine der Hauptgefährdungen für Personen an der Werkzeugmaschine im Brandfall gelten. Außerdem werden Hinweise gegeben, wie das Gefahrenpotential minimiert bzw. Personen an der Anlage geschützt werden können. Es konnte beispielsweise bereits beobachtet werden, dass Rückzündungen hauptsächlich beim Einsatz hoher Kühlschmierstoffmengen auftraten. In diesem Fall war nach einer Durchzündung mutmaßlich noch genügend zündfähiges Material in der Kammer vorhanden, welches sich durch Zufuhr von Luftsauerstoff erneut an heißen Oberflächen entzünden konnte. Das Öffnen der Türen der Bearbeitungskammer unmittelbar nach einem Brandereignis ist daher in jedem Fall zu vermeiden, da dem System auf diese Weise Frischluft zugeführt wird und somit das Potential für eine erneute Reaktion massiv gesteigert wird.

Der nächste große Meilenstein war die Erarbeitung von Prüfmethoden für verschiedene Schutzeinrichtungen, die der Flammenausbreitung entgegenwirken sollen. Hierzu zählen Flammensperren, Türlabyrinthe, Labyrinthe von Beladeeinheiten und Druckentlastungseinrichtungen. Die Konzepte für die Prüfungen konnten mithilfe der Erfahrung zahlreicher praktisch durchgeführter Testreihen entwickelt werden.

In diesem Zuge wurden Versuchsparameter festgelegt, Bewertungskriterien definiert sowie das sukzessive Vorgehen erläutert. Um die ersten Erkenntnisse zu den Auswirkungen von Bränden und Explosionen an Werkzeugmaschinen einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen und insbesondere das Gefahrenpotenzial anschaulich darzustellen, wurde eine kurze Videodokumentation veröffentlicht. Diese soll auch der Motivation dienen, die Entwicklung von Schutzsystemen voranzubringen und diese unter praxisnahen Bedingungen auf ihre Wirksamkeit hin zu überprüfen.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Beim Befüllen von Reifen in Werkstätten kommt es immer wieder zu Unfällen durch das Wegschleudern von platzenden Reifen und die entstehende Druckwelle. Pro Jahr werden innerhalb der DGUV ca. 40 meldepflichtige Unfälle im Zusammenhang mit dem Bersten von Reifen angezeigt. Es ist davon auszugehen, dass in der Mehrzahl der Fälle die Verletzung hätte verhindert werden können, wenn geeignete Schutzmaßnahmen eingesetzt worden wären. Zu diesen Schutzmaßnahmen gehören beispielsweise Reifenbefüllkäfige oder auch Felgenwächter. Auf Grund der bislang vorliegenden Erkenntnisse erscheint die Auswahl jedoch sehr schwierig, da die Wirksamkeit dieser Schutzmaßnahmen bisher nicht ausreichend untersucht wurde.

Ergebnisse

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden verschiedene Reifenfüllkäfige zum sicheren Befüllen eines Reifens getestet und bewertet. Es wurde die Ausbreitung der Druckwelle und der Schalldruck-Spitzenpegel bei den unterschiedlichen Reifenfüllkäfigen gemessen, um die Wirksamkeit in Abhängigkeit der unterschiedlichen Konstruktionsverfahren zu untersuchen.

Um reproduzierbare Messergebnisse erzeugen zu können, wurde eine Simulation eines Reifenplatzer mit Hilfe eines Druckbehälter durchgeführt. Das Druckbehälter-Volumen (410 Liter) entspricht ungefähr einem LKW-Reifen mit einer Größe von 385/65 R22,5. Diese Reifengröße soll repräsentativ eine bei schweren Nutzfahrzeugen häufig genutzte Dimension darstellen. Die Druckentlastung erfolgte über ein Rohr mit der Nennweite DN 150.

Ziel des Forschungsvorhabens war, den erforderlichen Sicherheitsabstand während des Reifenfüllens durch Versuche abgesichert zu ermitteln.

Außerdem sollte auf Basis der erzielten Erkenntnisse eine belastbare Aussage dazu getroffen werden, welche Vorteile Reifenfüllkäfige bieten und wie das Unfallgeschehen beeinflusst wird.
Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen in die zukünftigen Schriften, zum Beispiel die DGUV Regel 109-009 „Fahrzeuginstandhaltung“ oder DGUV Information 209 064 „Sichere Reifenmontage“, einfließen. Dadurch soll ein Standard für das sichere Befüllen von Reifen erreicht werden.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

UVT haben einen Präventionsauftrag und müssen ihre Mitgliedsbetriebe hinsichtlich der Auswahl und Verwendung geeigneter Schutzmaßnahmen beraten können.

Schweißarbeiten sind in den Betrieben der BGHM sehr verbreitet. Daraus resultiert eine hohe Zahl gegenüber Gefahrstoffen exponierter Personen.

Messungen der messtechnischen Dienste der Unfallversicherungsträger belegen, dass Schweißer an ihren Arbeitsplätzen gegenüber Gefahrstoffen hoch exponiert sind. Teilweise werden die aktuellen Grenzwerte noch deutlich überschritten, angesichts zukünftig niedrigerer Grenzwerte sind noch häufigere Überschreitungen zu erwarten.

Zur Minimierung der Schweißrauchbelastung am Arbeitsplatz sind lüftungstechnische Maßnahmen das Mittel der ersten Wahl gemäß TOP-Ansatz. Lüftungstechnische Maßnahmen sind in der Regel mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden. Wegen der derzeit unzureichenden Datenanlage ist eine Beratung im Moment sehr schwierig. Es besteht die Gefahr, dass falsch projektierte Lüftungsanlagen installiert werden, die in der Praxis nur einen geringen Effekt zeigen oder „Minimallösungen“ angeschafft werden, die nicht verwendbar sind. Der Unternehmer erwartet von der BGHM Empfehlungen, die ein optimales Schutzergebnis für die Versicherten bei optimalem Finanzeinsatz liefern.

Im Projekt „Schweißrauchabsaugung“ sollen die Erfassungsgrade der am Markt verfügbaren Absaugverfahren ermittelt werden. Da in der Regel keine hundertprozentige Erfassung der Schweißrauche stattfindet, verbleibt eine gewisse Menge an Schweißrauch in der Werkshalle und belastet dort die anderen Mitarbeiter. Diese müssen über eine geeignete Hallenlüftung abgeführt werden. Die zunehmende Dichtheit der Werkshallen, die den Anforderungen der Energieeinsparverordnung genügen, erhöht auch die Anforderungen an eine Hallenlüftung.

Im diesem Projekt soll die Möglichkeit überprüft werden, die Wirksamkeit von Hallenlüftungskonzepten mittels CFD-Simulation zu bestimmen. Zu diesem Zweck sollen Simulationsergebnisse und Messergebnisse von existierenden Schweißhallen verglichen werden. Das Projekt baut damit auf den Ergebnissen der Projektes „Schweißrauchabsaugung“ auf.

Ziel des Projektes ist, die Qualität der Beratung hinsichtlich sicherer Schweißarbeitsplätze deutlich zu verbessern und mit Fakten zu untermauern. Es können, sollte sich die Simulation als valide herausstellen, verschiedene Lüftungskonzepte kostengünstig beurteilt werden. Besonders bei umfangreichen Hallenlüftungskonzepten bewegen sich die Kosten häufig im sechsstelligen Euro-Bereich, so dass eine möglichst genaue Beurteilung der Wirksamkeit im Vorfeld hilft, Fehler zu erkennen und rechtzeitig abzustellen.

Das Projekt kann damit einen wesentlichen Beitrag zum Gesundheitsschutz bei Schweißarbeiten unter gleichzeitiger Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte liefern.

Ergebnisse

Es wird eine repräsentative Stahlbau-Fertigungshalle ausgewählt und die baulichen und Betriebsparameter der Halle aufgenommen (Größe, Lüftungsverhältnisse, Anzahl der Schweißarbeitsplätze, Thermikquellen u.ä.).
2. Anschließend wird festgelegt, welche Lüftungsparameter in der Simulation variiert werden sollen.
3. Die ermittelten Parameter werden dann in ein Simulationsmodell eingegeben.
4. Das Simulationsmodell wird für die Simulation von 4 Lüftungsszenarien verwendet:

• Freie Lüftung
• Filtertürme
• Push-Pull-Lüftung
• Schichtlüftung

In der Simulation werden die Strömungsverhältnisse, die Temperaturverhältnisse und die Konzentration der Schweißrauchpartikel berücksichtigt. Weiterhin soll die Alterung der Partikel (Agglomeration) in die Simulation einfließen.
5. Die Stahlbau-Fertigungshalle wird dann messtechnisch analysiert mittels Tracergasmessung und Schweißrauchmessung.
6. Für die Auswertung werden die Messwerte mit der Simulation verglichen und daraus die Validität der Simulation ermittelt.

1. Validierung der CFD als Werkzeug zur Beurteilung von Lüftungssituationen in Schweißbetrieben
2. Beurteilung der Einflüsse aktuelle eingesetzter Lüftungsszenarien
3. Handlungshilfe bei der Beurteilung und Auswahl verschiedener Lüftungsmaßnahmen in Schweißbetrieben

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

In einer Reihe von Studien wurde gezeigt, dass kupfer- und zinkhaltige Schweißrauche in der Lage sind eine asymptomatische Inflammation zu induzieren, die sich in einem Anstieg des Creaktiven Proteins (CRP) im Blut zeigt. Falls der beobachtete Anstieg des CRP bei wiederholter Exposition chronisch werden kann, hätte dies große Auswirkungen auf die arbeitsmedizinische Prävention, weil ein chronischer Anstieg des CRP als Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen gilt. 

In der vorliegenden, dreiteiligen Studie sollte geprüft werden, ob (1) die Inflammation bei wiederholter Exposition persistiert oder ob ein Gewöhnungseffekt eintritt. In den nachfolgenden Studienzweigen sollte geprüft werden, welche Präventionsmaßnahmen zur Verhinderung der Inflammation ergriffen werden können. Dazu wurde untersucht, ob (2) eine Reduktion der Schweißzeit, bei gleichbleibender Schweißrauchkonzentration zur Verhinderung der Inflammation verwendet werden kann. Dann wurde (3) untersucht, bei welchen Zink- und Kupferkonzentrationen die Inflammation bei 6-stündiger Inflammation einsetzt.

Ergebnisse

Die Exposition erfolgte in der Aachener Arbeitsplatzsimulationsanlage. Untersucht wurden in jedem Studienast 15 gesunde, männliche Probanden. Die Studien erfolgten, wenn möglich, in einem crossover Design. CRP wurde im Blut vor Exposition und 24 Stunden nach Beginn der Exposition bestimmt. Außerdem wurden im Blut, je nach Fragestellung, noch andere Biomarker untersucht.

(1) Es zeigte sich, dass eine an 4 Tagen wiederholte 6-stündige Exposition mit 2.5 mg m-3 kupfer- und zinkhaltigem Schweißrauch einen persistierenden Anstieg des CRP verursachen kann.
(2) Es konnte gezeigt werden, dass bei Exposition mit Schweißrauch in einer Gesamtkonzentration von 2.5 mg m-3 (0.55 mg m-3 Kupfer und 1.5 mg m-3 Zink), die systemische Inflammation erst bei Expositionen von über 4 Stunden einsetzt. Bei kürzeren Expositionszeiten konnte keine Inflammation nachgewiesen werden.

Es konnte gezeigt werden, dass bei 6-stündiger Exposition die systemische Inflammation bei Kupferkonzentrationen im Schweißrauch zwischen 0.2 mg m-3 und 0.3 mg m-3 einsetzt. Bei Zink lag die Schwelle zwischen 0.8 mg m-3 und 1.2 mg m-3. 

Dies bedeutet, dass die Exposition mit kupfer- und zinkhaltigen Schweißrauchen als Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen aufgefasst werden muss. Allerdings kann die mit dem CRP-Anstieg verbundene Inflammation durch eine Reduktion der Schweißzeit und der Schweißrauchkonzentration unterbunden werden.

Zusammenfassung / Auszug aus dem Abschlussbericht

Ausgangslage

Stromunfälle sind eine tägliche Gefahr für Arbeitnehmer in der Elektroschweißindustrie. Bei niederfrequenten Berührungsspannungen können die daraus resultierenden Berührungsströme Nerven oder Muskeln reizen oder sogar lebensgefährliches Herzkammerflimmern (HKF) auslösen. Numerische Simulationen sind eine fundierte Methode, um dieses Gefährdungspotenzial zu untersuchen, ohne Menschen oder Tiere zu gefährden.

Eine der größten Aufgaben dieses Forschungsprojektes lag in der Erarbeitung eines Beurteilungskonzeptes für die gemessenen pulsförmigen Leerlaufspannungen bei unterschiedlichen Schweißanlagen.

In einem ersten Schritt mussten diese Signale in einzelne sinusförmige Signale mit ihren jeweiligen Frequenzen und Phasenverschiebungen zerlegt werden.

Ergebnisse

Nach den anschließenden Simulationen der Signalkomponenten wurden die Einzelergebnisse für Strom und induziertes elektrisches Feld rekombiniert, um die Gesamtgefährdung durch die Schweißstromquelle zu bewerten. Diese Beurteilung der Resultate wurde anhand unterschiedlicher rechtlicher Grenzwerte und weiterer Bewertungsschemata durchgeführt.

Für die untersuchten drei der vier Schweißverfahren bei fünf definierten Unfallszenarien konnte eine Gefährdung durch HKF numerisch ausgeschlossen werden. Die teilweise sehr schmerzhaften Unfälle können jedoch zu weiteren Sekundärunfällen führen. Aufgrund der hohen Berührungsspannungen birgt das Plasmaschneiden eine hohe Gefährdung (Wahrscheinlichkeit > 50%) durch HKF aufgrund eines Stromunfalls.

Weitere Untersuchungen besonders im Hinblick auf die verschiedenen Parameter beim Unterwasserschweißen sowie die Erwärmungseffekte durch den Stromfluss stellen benötigte zukünftige Forschungsthemen dar, um die Gefährdung zu verstehen und zukünftigen Stromunfällen vorbeugen zu können.