DGUV Information 209-026 - Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen (bis...

Online-Shop für Schriften

Jetzt bei uns im Shop bestellen

Jetzt bestellen
Abschnitt 3.3, 3.3 Technische und konstruktive Maßnahmen
Abschnitt 3.3
Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen (bisher: BGI/GUV-I 719)
Titel: Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen (bisher: BGI/GUV-I 719)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-026
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 3.3 – 3.3 Technische und konstruktive Maßnahmen

3.3.1 Werkzeugmaschine

Brandlast

Um einen Brand zu verhindern bzw. um die Folgen eines Brandes zu begrenzen, ist es wichtig, die "Brandlast" möglichst niedrig zu halten. Dies ist besonders in Bereichen wie dem Antriebsraum oder auf dem Dachbereich der Maschine zu beachten, da diese Bereiche in der Regel nicht mit Löschanlagen geschützt werden.

Auf die Vermeidung waagerechter Flächen oder Bereiche mit Pfützenbildung oder Späneansammlungen ist zu achten. Leicht geneigte Deckenflächen unterstützen den Ablauf des KSS.

Abb. 21 Öllachenbildung im Antriebsraum

Abb. 22 Werkzeugmaschinen im "Ölbad"

Flammenaustritt aus der Maschine

Bei einer Zündung des KSS-Luft Gemisches und bei Bränden können Flammen und heiße Gase aus der Werkzeugmaschine austreten. Durch den Druckaufbau im Innenraum werden Flammenaustritte aus Türspalten, aufgedrückten Gehäusetüren, Beschickungs- und Entnahmeöffnungen sowie aus Druckentlastungsöffnungen hervorgerufen. Auch während der Flutung mit Löschgas wurden Flammenaustritte beobachtet.

Abb. 23 Flammenaustritt am Türlabyrinth

Abb. 24 Temperaturen beim Flammenaustritt an der Tür im Bereich des Maschinenbedieners

Eine Gefährdung für den Bediener und die Umgebung durch das Herausschlagen von Flammen und heißen Gasen sollte verhindert werden. Daher werden an die Labyrinthe, die sich im Türbereich der Werkzeugmaschine befinden, folgende Anforderungen gestellt (siehe Forschungsberichte VDW 3001/1 und VDW 3001/2):

  • Gestaltung flammendurchschlaghemmend: beidseitig überlappend mit mehreren Umlenkungen des Spaltweges und Höchstspaltweiten von 2 mm. Hinsichtlich der Brandlast sind die Labyrinthe so zu gestalten, dass sich kein Öl ansammeln kann,

  • Verringerung der Spaltweiten bei Aufbringen eines Innendruckes (Zündung KSS-Nebel) oder bei Alterung der Dichtgummis. Konstruktion der Tür derart, dass sie bei Auftreten einer KSS-Zündung in das Maschinengehäuse gedrückt und von diesem gehalten wird, wobei sich die Spaltweiten verkleinern (siehe Abb. 30),

  • Gestaltung derart, dass die Austrittsrichtung von Flammen oder heißen Gasen nicht im Aufenthaltsbereich des Bedieners liegt.

Abb. 25 Bereich Schiebetür ausgelegt für Bearbeitung mit Emulsion

Abb. 26 Bereich Schiebetür mit zusätzlichem Labyrinth für Bearbeitung mit Öl

Weiterhin sollte Folgendes beachtet werden:

  • Der Sicherheitsabstand an den Türen vor den Labyrinthdichtungen beträgt 30 cm (Austrittsbereich heißer Gase mit Temperaturen > 60C).

  • Falls hauptzeitparalleles Beladen am Rüstplatz des Palettenwechslers möglich ist, soll der Beladeraum vom Arbeitsraum flammendurchschlaghemmend getrennt werden.

  • Gummi- oder Bürstendichtungen sind brandschutztechnisch nicht zu empfehlen (Abbildung 28).

  • Nicht vermeidbare Öffnungen, z. B. Werkstücköffnungen, sind sorgfältig abzudichten, z. B. über Klappen oder Schieber, die die Öffnung nur während eines Werkstückwechsels freigeben.

Abb. 27 Flammendurchschlagsicheres Türlabyrinth (nach VDW 3001/1)

Abb. 28 Türdichtung brandschutztechnisch nicht geeignet

Arbeitsraum und Verkleidung

Bei einer Zündung des KSS-Luft Gemisches besteht die Gefahr, dass bei nicht ausreichender Druckfestigkeit der Arbeitsraumverkleidung Gehäuseteile wegfliegen und sich der Brand in angrenzende Maschinenbereiche bzw. in die Umgebung ausbreitet.

Arbeitsraum und Verkleidung sollten folgende Merkmale aufweisen:

  • Druckfestigkeit der Arbeitsraumverkleidung (Türen, Fenster, Teleskopabdeckungen und sonstige Verkleidungsbleche) mindestens 0,1 bar,

  • Ausführung ohne große Spalte, durch die Verbrennungsprodukte ins Maschinenumfeld austreten können,

  • Abdichtung zu angrenzenden Maschinenbereichen, wie Handhabungsraum oder Antriebsraum,

  • Türen müssen gegen Herausspringen und Öffnen gesichert werden, z. B. durch umlaufende Umgriffe oder Zuhaltungen,

  • Tür durch Schalter mit Zuhaltung ausgestattet und mit Steuerung verriegelt,

  • Sichtscheiben aus Polycarbonat formschlüssig eingefasst.

Bei Sichtscheiben ist auf mechanische Rückhaltefähigkeit und ggf. Austauschintervalle zu achten (z. B. Polycarbonat). Bei der Einfassung ist eine ausreichende Überlappung der Verkleidungsbleche auf beiden Seiten vorzusehen (z. B. nicht in Gummi gefasst). Details hierzu, siehe Forschungsberichte VDW 0209 und VDW 0209/1, DIN EN ISO 23 125, DIN EN 12 417 und DIN EN 13 218.

Abb. 29 Befestigung von Sichtfenstern

Abb. 30 Türe mit Umgriff

Integration der Steuerungen in das Gesamtkonzept

Ein optimaler Informationsaustausch zwischen der Steuerung von Werkzeugmaschine, Absauganlage und automatischer Löscheinrichtung ist die Voraussetzung für ein sicheres Betreiben der Gesamtanlage. Die einzelnen Schalt-/Steuerbefehle sind im Ablaufdiagramm beispielhaft dargestellt.

Abb. 31 Schalt-/Steuerbefehle zwischen Werkzeugmaschine, Absauganlage und automatischer Löscheinrichtung

Ein Start der Maschine darf nur möglich sein, wenn

  • Absauganlage EIN/Späneabfuhr EIN bei Maschinenstart,

  • Tür verriegelt mit Zuhaltung,

  • Löschanlage betriebsbereit.

Angezeigte Störungen müssen automatisch weitergeleitet und umgehend beseitigt werden. Erst dann darf die Anlage in Betrieb genommen werden. Hinsichtlich der Maschinensteuerung müssen nach der Detektion eines Brandes folgende Funktionen eingeleitet werden:

  • Schnellstmögliches Stillsetzen der Achsen bzw. Antriebe,

  • sofortiges Stoppen eventueller Sperrluft- und Kühlschmierstoffzufuhr,

  • Verriegelung und Zuhaltung der Schutzhauben ist weiterhin zu gewährleisten,

  • Stillsetzen der Absauganlage bzw. Schließen der Abluft-Absperrklappe (dadurch soll die Frischluftzufuhr unterbunden und ein Absaugen des Löschgases vermieden werden),

  • Einleitung des Löschvorgangs (bei Löschgas, z. B. CO2 evtl. Verzögerungszeit berücksichtigen),

  • Aktivierung (optisch und akustisch) der Alarmeinrichtung,

  • gegebenenfalls Trennung von Arbeitsraum (Löschbereich) und Beladeraum (z. B. Tür schließen, Jalousie).

3.3.2 Absaugsysteme

Bei der spanenden Bearbeitung in Werkzeugmaschinen mit bestimmter und unbestimmter Schneidengeometrie unter Einsatz von nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen (KSS) entstehen KSS-Nebel und -dämpfe. Um eine Anreicherung der brennbaren und ggf. explosionsfähigen KSS-Emissionen in der Werkzeugmaschine und in der unmittelbaren Umgebung zu verringern, werden diese mittels Absauganlagen erfasst, abgesaugt und abgeschieden.

Abscheidesysteme für Kühlschmierstoffe

Es gibt verschiedene Arten der Filtrierung für die Kühlschmierstoffabscheidung. Mindestanforderungen für die Wahl des Abscheiders sind:

  • Einhaltung der Reingaswerte über den gesamten Wartungszyklus,

  • geringe Volumenstromschwankung und Einhaltung des Mindestvolumenstromes über den gesamten Wartungszyklus,

  • sichere Einhaltung der Reingaswerte auch bei Spitzen in der Rohgasbelastung,

  • eine sichere Ableitung der abgeschiedenen Flüssigkeiten/Öle muss gewährleistet werden.

Filternde Abscheider

In filternden Abscheidern wird die zu reinigende Abluft durch ein poröses Medium geleitet, in dem die dispergierten Feststoff- oder Aerosolpartikel aufgrund verschiedener Mechanismen zurückgehalten werden.

Unterschieden wird in Oberflächenfilter (siehe VDI 3677 Blatt 1) und Tiefenfilter (siehe VDI 3677 Teil 2).

Elektrostatische Abscheider

Die Wirkungsweise der Elektroabscheider beruht auf dem physikalischen Prinzip der Ablenkungvon elektrisch geladenen Partikeln im elektrischen Feld.

Hierbei werden die in dem abgesaugten Trägergas (Luft) enthaltenen festen und/oder flüssigen Teilchen in der Ionisationszone unipolar aufgeladen. Die Abscheidung erfolgt im elektrostatischen Feld an den Platten der nachgeschalteten Abscheidezone.

Weitere Informationen zu Elektroabscheider können der VDI-Richtlinie 3678 Blatt 2 entnommen werden.

Massenkraftabscheider

Bei allen Massenkraftabscheidern werden die Partikel und Aerosole mit Hilfe von Schwerkraft, Trägheitskraft oder Fliehkraft durch gezielte Umlenkung aus dem Gasstrom abgeschieden. Man unterscheidet demnach zwischen Schwerkraftabscheidern, Umlenkabscheidern und Fliehkraftabscheidern.

Zu den gebräuchlichsten Massenkraftabscheidern bei Kühlschmierstoffen zählen i.d.R. als Vorfilter eingesetzte Metallfilter. Sie werden als Vorabscheidersysteme insbesondere bei nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffen eingesetzt. Über Massenkraftabscheider informiert auch die VDI 3676.

Auslegungskriterien der Absaugsysteme hinsichtlich Brand- und Explosionsschutz

Generell müssen Anlagen zur Absaugung brennbarer Luftverunreinigungen und explosionsfähiger Gemische aus leitfähigen oder elektrostatisch ableitfähigen Werkstoffen hergestellt und geerdet sein.

Voraussetzung für den Maschinenstart ist eine laufende Absauganlage unter Einhaltung des vom Maschinenhersteller vorgegebenen Mindestvolumenstroms/Abluftstroms (Kontrolle z. B. mittels Druck- oder Strömungswächter). Bei Unterschreitung des erforderlichen Abluftstromes oder bei Störung muss die Maschine außer Betrieb gehen. Eine Verzögerung des Abschaltens ist ggf. bei zentraler Ansteuerung bis Taktende des Bearbeitungsprozesses vorzusehen.

Abb. 32 Druckwächter

Abb. 33 Strömungswächter

Abscheider

  • Der Abscheider sollte so ausgeführt werden, dass sich im Abscheider auf der Rohgasseite keine bewegten Teile oder elektrische Betriebsmittel mit Oberflächentemperaturen über der Zündtemperatur der abgesaugten Ölnebel befinden (zündquellenfreie Bauart).

  • Der Absaugventilator befindet sich auf der Reinluftseite.

  • Die gereinigte Maschinenabluft sollte möglichst ins Freie geführt werden, um die Brandlast in der Halle durch Restemissionen zu minimieren.

  • In Verbindung mit der Werkzeugmaschine ist zu prüfen, ob über das Saugleitungssystem eine Zündquelle in den Ölnebelabscheider übertragen werden kann (z. B. heiße Späne). Ist dies nicht auszuschließen, so muss der Ölnebelabscheider in das Löschkonzept der Werkzeugmaschine mit einbezogen werden.

Absaugleistung

Zum Erreichen eines optimalen Wirkungsgrades sollte die Luft aus einer vollgekapselten Werkzeugmaschine abgesaugt werden. Ein optimaler Luftaustausch innerhalb der Kapselung durch geeignete Zuluftöffungen sollte ebenfalls gewährleistet sein.

Damit keine KSS-Aerosole und Dämpfe austreten können, ist es notwendig, dass ein ständiger Unterdruck in der Einhausung vorherrscht. Die Luftbewegung muss stets in den Bearbeitungsraum gerichtet sein und nicht umgekehrt. Eine in den Zerspanungsraum gerichtete Luftströmung kann z. B. durch Nebelversuche überprüft werden.

  • Als Richtwert für die Luftströmungsgeschwindigkeit von Gehäuseöffnungen in den Zerspanungsraum gilt 0,1 m/s [VDW 3001 S. 42].

  • Die Absaugleistung muss über eine Drosselklappe oder eine Drehzahlregelung individuell an jeder Absaugstelle einstellbar sein.

  • Abhängig vom Bearbeitungsprozess und vom konstruktiven Aufbau der WZM wird ein Luftwechsel innerhalb des Arbeitsraumes (m3) der WZM von 100 bis 300 pro Stunde empfohlen.

Beispiel:Luftwechsel Arbeitsraum= Absaugleistung
 300 h-1 Luftwechsel 1,5 m3 Arbeitsraum= 450 m3/h Absaugleistung

Erfassungsstelle

Die Erfassungsstelle (Anschlussstutzen) im Maschineninnenraum sollte so gestaltet sein, dass keine gröberen Partikel, Kühlschmierstoffflüssigkeit und Späne in die Absauganlage gelangen und sich in den Rohrleitungen ansammeln können. Eine optimale Erfassung der Kühlschmierstoff-Emissionen wird erreicht, wenn folgende Kriterien berücksichtigt bzw. erfüllt sind:

  • Absaugstelle möglichst weit von Bearbeitungspunkt/Zerspanstelle entfernt,

  • Querströmungen an Erfassungsstelle vermeiden,

  • Berücksichtigung der Anordnung von KSS-Düsen, Düsenanordnung, Hauptzerstäubungsrichtung, Späneflug bei Auswahl der Erfassungsstelle,

  • Installation von Prallblechen oder mechanischen Vorabscheidern. Damit wird die Eintragung von KSS-Aerosolen und Spänen in die Absaugleitung verringert,

  • An der Erfassungsstelle sollte die Luftgeschwindigkeit so niedrig wie möglich sein (< 8 m/s).

Etwa auf dem ersten Meter der Absaugstrecke kann dann eine Durchmesserverringerung zum Erreichen der eigentlichen Strömungsgeschwindigkeit in den Rohrleitungen (16-18 m/s) erfolgen.

Abb. 34 Prallblech über Absaugstelle

Abb. 35 Zugesetztes Spänegitter

Rohrleitungen

  • Rohrleitungen müssen nicht-brennbar sein und dürfen sich nicht elektrostatisch aufladen (Erdung der Rohrleitungen sicherstellen),

  • kein Einsatz von Wickelfalzrohren,

  • Rohrleitungen sind so zu verlegen, dass sich eingetragener oder kondensierter KSS nicht in ihnen ansammeln kann (Vertiefungen oder sackartige Verlegung sind zu vermeiden),

  • auf flexible (gewellte) Kunststoffrohre/Schläuche o.ä. ist zu verzichten, sofern diese nicht zur Vibrationsentkopplung zwingend notwendig sind (Verlegung möglichst senkrecht und Rohrstück möglichst kurz sowie aus elektrostatisch leitfähigem Material; Abbildung 37).

Abb. 36 Ansammlung von Öl in Absaugschlauch

Abb. 37 Anschlussteil zur Vibrationsentkopplung; senkrecht, geerdet

  • Die Strömungsgeschwindigkeit in Maschinenanschlüssen sollte < 8 m/s und in der Förderleitung zwischen 16-18 m/s betragen.

  • Für die Kontrolle der Rohrleitungen im Inneren (Ablagerungen von Öl- und Spänenester) sind in erforderlichen Abständen Kontroll-/Revisionsöffnungen vorzusehen.

  • Für die Abscheidung von Ölkondensaten längs der Absaugleitungen werden Ablaufleitungen mit anforderungsgerechten Siphons (Anpassung an das Druckniveau erforderlich) vorgesehen. Die Ablaufleitungen sollten leicht zu kontrollieren und zu reinigen sein.

  • In den Rohrleitungen (Schnittstelle, außerhalb der Maschinenkapselung) sind schnellschließende Absperrklappen oder Flammensperren zu installieren.

Abb. 38 Revisionsöffnungen

Abb. 39 Revisionsöffnungen 2

Schnellschließende Absperrklappen und Flammensperren

Schnellschließende Absperrklappen haben die Aufgabe, das Risiko des direkten Eindringens der Flamme in die Rohrleitung und eine Brandausbreitung in andere Bereiche zu verringern. Im Brandfall erfolgt bei der schnellschließenden Absperrklappe eine Abschottung der Werkzeugmaschine gegenüber der Absauganlage oder umgekehrt. Darüber hinaus dient die schnellschließende Absperrklappe auch zur Abtrennung der Werkzeugmaschine im Falle einer Störung oder Außerbetriebsetzung der Absauganlage. Das Signal zur Ansteuerung der Absperrklappe kann entweder über die WZM oder auch direkt über die Brandmeldezentrale kommen.

Bei Auslösung eines Brandfalles in der WZM schließt die Absperrklappe unmittelbar, um das Rohrleitungs- und Absaugsystem zu schützen. Zusätzlich wird dadurch die notwendige Menge an Löschmittel z. B. CO2 für die WZM erheblich reduziert.

Idealerweise erfolgt die Ansteuerung über die WZM, da dann auch ein Abtrennen der Absaugung der einzelnen WZM bei Maschinenstörung erfolgen kann, ohne die mögliche zentrale Absaugung abschalten zu müssen.

Die schnellschließenden Absperrklappen müssen für den konkreten Einsatzfall geeignet sein. Die Klappe hat folgende Eigenschaften:

  • Material: nicht brennbar,

  • Schließzeit: < 1,5 sek,

  • Endlagenüberwachung,

  • Strom- oder drucklos geschlossen.

Die Rohrleitung ist gegen Flammenübertragung auf andere Bereiche zu schützen, z. B. durch den Einbau einer funktionssicheren Flammensperre.

Abb. 40 Abluft-Absperrklappe

Dezentrale Absaugung

Elektrostatischer oder mechanischer Filter:

  • Voraussetzung für den Maschinenstart ist eine laufende Absauganlage.

  • Im Brandfall Unterbrechung der Absaugung innerhalb 10-30 s nach Detektion (sofortige Auslösung), z. B. mittels Bremsmotor oder automatischer Absperrklappe (die Zeit bis zur Unterbrechung des Luftstroms bestimmt die Auslegung der Löschmittelmenge bei automatischen Löschanlagen).

Zentrale Absaugung

  • Der Anschluss ist nur an zentralen Absauganlagen gestattet, in denen sich keine explosionsfähigen Stoffe oder Gemische, z. B. aus anderen Prozessen, befinden können (Hinweis in der Betriebsanleitung!). Dies ist u.a. notwendig, um die Ausbreitung von Bränden in die angeschlossenen Leitungen zu vermeiden.

  • Auf möglichst geringen Eintrag von KSS in die Absauganlage (Prallbleche, mechanische Vorabscheider etc.) ist an allen Bearbeitungsstationen zu achten.

  • Voraussetzung für den Maschinenstart ist eine laufende Absauganlage.

  • Zur Verhinderung der Brandausbreitung sollte in der Absaugleitung eine automatische Verschlusseinrichtung (z. B. Abluftabsperrklappe) angeordnet sein. Die Ansteuerung erfolgt bei fremd betätigten Systemen i.d.R. durch die Steuerung der Löschanlage.

  • Eine Störung in der Abluftanlage muss signalisiert werden. Die zugehörigen Bearbeitungsmaschinen sind bei Ausfall nach Taktende der Bearbeitungsprozesse außer Betrieb zu nehmen, wenn der Abluftstrom nicht gesichert werden kann. Dies ist erforderlich, wenn sich bei Anlagenausfall explosionsfähige Gemische bilden können, die sich beim Austreten aus der Maschinenkapselung auch außerhalb entzünden können.

  • Eine Störung in einer WZM muss signalisiert werden. Die WZM wird mit der zugeordneten Absperrklappe von der Absauganlage getrennt. Die gesamte Absauganlage kann weiterbetrieben werden.

  • Bei Ansprechen des Strömungswächters der Einzelmaschine ist die zugeordnete Maschine nach Beendigung des Bearbeitungstaktes außer Betrieb zu nehmen.

  • Bei ausgeschalteter Maschine und Maschine in Not-Aus/Not-Halt ist die Abluft-Absperrklappe generell geschlossen.

3.3.3 Druckentlastungseinrichtungen

Bei nicht ausreichender Druckfestigkeit der Verhaubung einer Werkzeugmaschine besteht die Gefahr der Verletzung von Personen durch wegfliegende Gehäuseteile und herausschlagende Flammen bei einer Zündung des KSS-Luft Gemisches. In diesem Fall ist eine Entlastungseinrichtung für die geringen auftretenden Drücke vorzusehen.

Die Druckentlastungsklappe hat die Aufgabe, einen Überdruck, der durch die Zündung eines Gemisches im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine entsteht, abzubauen. Die mit dem Überdruck einhergehenden Flammen und heißen Verbrennungsgase sollen in ungefährliche Bereiche abgeleitet werden.

Die Druckentlastungsklappe wird meistens im Deckenbereich der Werkzeugmaschine installiert. Ziel ist es, eine Druckentlastung auf möglichst direktem, kurzem Weg zu gewährleisten und eine Gefährdung der Maschinenbediener auszuschließen.

Da Maschinengehäuse oftmals nur eine geringe Druckfestigkeit (100 mbar) besitzen, sollte der Ansprechdruckvon Druckentlastungseinrichtungen für Werkzeugmaschinen zum Öffnen der Druckentlastungseinrichtung bei weniger als 5 mbar liegen.

Die Einrichtung öffnet sich nur kurzzeitig und schließt wieder unmittelbar nach erfolgter Entlastung. Somit wird ein wiederholtes Entfachen der Flammen im Innern durch Lufteintritt sowie eine Flammenausbreitung verhindert.

Abb. 41 Druckentlastungsklappe geöffnet

Abb. 42 Druckentlastungsklappe mit Drahtkäfig, außen

Durch eine Zündung des KSS-Luft Gemisches können beim Ansprechen einer Druckentlastungseinrichtung sehr hohe Stichflammen austreten, welche eine Gefährdung für die Umgebung der Maschine darstellen. Im Bereich über der Druckentlastungsklappe dürfen sich daher keine brennbaren Materialien (Holzverkleidung, Isolierung etc.) befinden. Zur Hallendecke muss ein Mindestabstand eingehalten werden (beim Hersteller der Druckentlastungsklappe zu erfragen), um eine Reflexion der Stichflamme zu verhindern. Die Mitarbeiter sind besonders darauf hinzuweisen, dass die bestehenden Gefahrenbereiche um die Druckentlastungseinrichtung und oberhalb davon freizuhalten sind.

Viele Druckentlastungseinrichtungen sind zusätzlich mit einem Drahtgeflecht oder einem feinen Drahtgewebe ausgerüstet, um ein Herausschlagen von hohen Stichflammen zu verhindern. Das Drahtgeflecht beeinträchtigt jedoch den Druckentlastungsvorgang. In der Praxis können die Drahtgewebe bei starker Ölbenetzung/Verschmutzung ähnlich wie die Druckentlastungseinrichtung selbst eine zusätzliche Brandgefahr darstellen.

Die Gefahr eines möglichen Austrittes von Werkstück- oder Werkzeugteilen durch die Druckentlastungsklappe und die Gefahr von Nachbränden auf der Druckentlastungsklappe müssen beim Einbau ebenso berücksichtigt werden.

Abb. 43 Flammenaustritt aus Druckentlastungsklappe

Abb. 44 Nachbrand nach erfolgter Löschung

Als Faustregel zur Dimensionierung haben die Firmen Total Walther GmbH, Köln, und Deutsche Montan Technologie (DMT), Dortmund, eine Mindestdruckentlastungsfläche von 0,1 m2 pro m3 Arbeitsraumvolumen in experimentellen Untersuchungen bestätigt. Diese kann bei höherfesten Umhausungen entsprechend reduziert (z. B. 0,05 m2 pro m3 Arbeitsraum) oder durch alternative Konzepte ersetzt werden (z. B. Öffnung des Späneförderers in ungefährliche Bereiche).

Eine genauere Auslegung einschließlich der Übertragung auf gängige Druckentlastungseinrichtungen kann nach Forschungsbericht VDW 3002 vorgenommen werden.

3.3.4 Brandschutz

3.3.4.1 Löschmittel

Als Löschmittel für Brände brennbarer Kühlschmierstoffe sind einsetzbar:

  • Löschgase, z. B. sauerstoffverdrängende Gase wie CO2, N2, Edelgase und deren Mischungen,

  • Wasser (in Wasserfeinsprühtechnik/Wassernebeltechnik),

  • Schaum,

  • Pulver der Brandklassen ABC oder BC (Ölbrände entsprechen der Brandklasse B).

Achtung:

Bei Kohlendioxid als Löschmittel ist ab einer Konzentration von 5 Vol-% mit Gesundheitsschäden zu rechnen. Ab einer Konzentration von mehr als 8 Vol-% besteht Lebensgefahr (siehe auch Regel "Einsatz von Feuerlöschanlagen mit sauerstoffverdrängenden Gasen" (BGR 134)).

Metallbrände (z. B. Mg, Al, Ti) sind mit Löschmitteln der Brandklassen A, B und C nicht zu löschen! Als Löschmittel für die Bekämpfung von Metallbränden sind derzeit Edelgase (z. B. Argon) und Pulverlöschmittel der Brandklasse D verfügbar. Bei allen anderen Löschmitteln muss ein Nachweis der Eignung für die Löschung von Metallbränden geführt werden.

Einige Löschmittel (z. B. Löschpulver) löschen nicht rückstandsfrei und können die Maschine und die Umgebung verschmutzen.

Löschen von Maschinenbränden

Ist das Betreiben einer Werkzeugmaschine mit einem hohen Brandrisiko verbunden, müssen integrierte Brandmelde- und Löscheinrichtungen vorgesehen werden (DIN EN 13 478). Hierbei werden folgende Abstufungen unterschieden:

  • handbetätigtes Löschsystem,

  • Brandmeldeanlage in Verbindung mit handbetätigtem Löschsystem,

  • Brandmeldeanlage in Verbindung mit einer automatischen Löschanlage.

Abb. 45 Auswahl der geeigneten Löschanlage

Die Ausführungen in der Praxis reichen von einem fest installierten Feuerlöscher mit Verrohrung bis zur Brandmeldeanlage mit automatischer Löschanlage.

Die Auswahl der Löschmethode und der integrierten Brandmelde- und Löscheinrichtungen an Werkzeugmaschinen richtet sich nach dem Grad der Personengefährdung und dem Grad von Sach- und Umweltschäden.

Abb. 46 Warnhinweis auf Löschgas CO2

Abb. 47 KSS-Entzündung beim Schleifen mit Folgebrand

Eine schnelle Branderkennung und Löschung mittels automatischer Feuerlöschanlage ist unbedingt erforderlich, je nach Höhe des Risikos für:

  • Personenschäden,

  • große Sachwert- und Umweltschäden,

  • die Gefahr von nachfolgenden Metallbränden.

Abb. 48 Löschen nach Brand-Detektion

3.3.4.2 Manuelles Löschen

Für die manuelle Löschung werden in der Regel tragbare oder fahrbare Feuerlöschgeräte eingesetzt. Geeignete Feuerlöschgeräte müssen in ausreichender Anzahl und Größe und in der Nähe der Werkzeugmaschine zur Verfügung stehen (siehe auch Regel "Ausrüstung von Arbeitsstätten mit Feuerlöschern" (BGR/GUV-R 133)).

Vor Beginn der manuellen Löschung ist sicherzustellen, dass

  • die dezentrale Absauganlage abgeschaltet ist,

  • die Kühlschmierstoffzufuhr und Sperrluftzufuhr unterbrochen ist

und

  • sich die Maschine im sicheren Zustand befindet.

Dies kann z. B. über einen zentralen Not-Aus-Schalter der Werkzeugmaschine realisiert werden.

Soll bei einem Brand manuell gelöscht werden, so darf die Maschinentür nur durch speziell unterwiesenes Personal oder durch die Feuerwehr geöffnet werden.

Durch das Öffnen der Türe gelangt Luftsauerstoff in den Arbeitsraum, wodurch die Gefahr

  • der Brandanfachung,

  • der Rückzündung

und

  • des Austrittes von Flammen

besteht.

Ebenso möglich ist das Löschen durch eine Löschöffnung, die im Brandfall leicht geöffnet (z. B. aufgestoßen) wird. In der Praxis haben sich spezielle Löschöffnungen für eine Lanzenzuführung bewährt. Nach dem Durchstoßen der Löschöffnungen bzw. Öffnen der Arbeitsraumtür können Flammenherde durch Einführen einer Löschlanze bzw. eines Feuerlöschers durch die Werkfeuerwehr oder speziell unterwiesene Personen gelöscht werden.

Abb. 49 Löschöffnung mit Kennzeichnung und Hinweisen

Abb. 50 Löschöffnung an Werkzeugmaschinen

Die Löschöffnung muss so platziert sein, dass der gesamte Arbeitsraum geflutet werden kann. Durch die Löschöffnung dürfen keine weiteren Gefahren (z. B. Herausschleudern von Werkstücken, Quetschstellen bei offener Löschöffnung) entstehen.

3.3.4.3 Ortsfeste Feuerlöschanlagen

Für den Schutz von Werkzeugmaschinen werden in der Regel automatische Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln oder Wasserfeinsprühtechnik eingesetzt. Das Schutzziel ist die Löschung der brennbaren Kühlschmierstoffe (Ölbrände). Beim Einsatz einer zentralen Absauganlage wird aufgrund des höheren Gefahrenpotenzials generell der Einsatz einer automatischen Löschanlage empfohlen.

In Einzelfällen, bei geringem Risiko und wenn kein bedienerloser Betrieb möglich ist, können Werkzeugmaschinen auch mit manuell ausgelösten Feuerlöschanlagen ausgerüstet werden. Hierbei ist sicherzustellen, dass ein Brand möglichst schnell erkannt wird (z. B. mittels automatischer Branderkennung) und eine rasche Auslösung der Feuerlöschanlage sichergestellt ist.

Eine automatische Löschanlage für Werkzeugmaschinen besteht u.a. aus folgenden Komponenten:

  • Branderkennungselemente (im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine und an weiteren Orten, an denen Brandgefahr besteht, z. B. Absauganlage, Späneförderer),

  • Brandmelderzentrale oder Steuereinrichtung (Branddetektion, Alarmierung, Überwachung und Steuerung der Löschanlage, ggf. Steuerung von Betriebsmitteln wie Maschinenabschaltung, Abschaltung oder Verschließen der Absauganlage - siehe auch Abbildung 51),

  • Handauslösung (am Bedienpult oder in der Nähe der Maschine)

  • Löschmittelbehälter (inkl. Schwundüberwachungseinrichtung) und Verteilerrohrnetz ins Innere der Maschine,

  • Löschdüsen (geeignete Anordnung innerhalb der Maschine, um das Löschmittel im gesamten Löschbereich gleichmäßig zu verteilen),

  • Alarmierungseinrichtungen, akustisch und optisch (akustische Alarmierungseinrichtungen mindestens 5 dB über Umgebungslärmpegel),

  • gegebenenfalls Verriegelungsmöglichkeit für die Löschanlage,

  • gegebenenfalls zeitliche Verzögerungseinrichtung (elektrisch/nicht-elektrisch),

  • gegebenenfalls Druckentlastungseinrichtung.

Löschanlagen müssen dem Stand der Technik entsprechen. Informationen hierzu finden sich z. B. in

  • der Normenreihe DIN EN 12 094 für Bauteile und Systeme von Gaslöschanlagen,

  • den Regelwerken (z. B. Regel "Einsatz von Feuerlöschanlagen mit sauerstoffverdrängenden Gasen" (BGR 134), Information "Sicherheitseinrichtungen beim Einsatz von Feuerlöschanlagen mit Löschgasen" (BGI 888), Grundsatz "Grundsätze für die Prüfung von Feuerlöschanlagen mit sauerstoffverdrängenden Gasen" (BGG 920),

  • VdS-Richtlinien für Planung und Einbau von Löschanlagen (z. B. VdS 2093).

Wasserfeinsprühlöschanlagen müssen für den jeweiligen Anwendungsfall spezifiziert sein. Darüber hinaus muss die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit mittels Brand- und Löschversuchen sowie entsprechenden Bauteil und Systemprüfungen nachgewiesen sein (siehe z. B. Europäische Technische Spezifikation DIN/CEN TS 14972 für Wasserfeinsprühlöschanlagen).

Auslegung, Planung und Einbau

Bei der Auslegung der Löschanlage wird risikospezifisch derjenige Bereich der Werkzeugmaschine festgelegt, der von der Branderkennungs- und Löschanlage geschützt werden soll, z. B. der Innenraum der Maschine, ggf. mit oder ohne Absaugung. Weiterhin sind Absperrklappen zur brandschutztechnischen Abtrennung dieses Bereiches (z. B. Innenraum von Absaugung) vorzusehen. Auf Basis dieser Festlegung erfolgt die Planung und Projektierung der Branderkennungs- und Löschanlage.

Zur Orientierung und Abschätzung des Löschmittelbedarfs bei automatischen CO2-Löschanlagen gilt ein Richtwert von 5 kg CO2 pro m3 Schutzvolumen (Löschbereich).

Der exakte Wert ist für jede Maschine/Anlage entsprechend den Regeln der Technik (z. B. VdS 2093) zu ermitteln.

Hierbei sind auch Abströmverluste zu berücksichtigen, die verringert werden können durch beispielsweise schnelle Abschaltung und geringen Nachlauf der Absaugung und entsprechend kleine Öffnungen im Maschinengehäuse.

Bei der Bemessung der Löschmittelmenge muss die Absauganlage bzw. deren Nachlauf berücksichtigt werden.

Beim Einsatz von Gaslöschanlagen ist zu prüfen, ob nach dem Freisetzen der Löschgasmenge ausreichende Druckentlastungsmöglichkeiten aus dem Löschbereich bestehen. Oftmals sind vorhandene Öffnungen oder Druckentlastungsklappen zum Explosionsschutz ausreichend. Dies ist in jedem Einzelfall zu prüfen.

Auslegungs- und Ausführungskriterien für Löschanlagen gibt z. B. VdS Schadenverhütung GmbH (siehe www.vds.de) heraus.

Die Planung und der Einbau der Feuerlöschanlage müssen durch einen Fachbetrieb möglichst in Abstimmung mit dem Werkzeugmaschinenhersteller erfolgen.

Voraussetzungen für den Betrieb

Für einen sicheren Betrieb der Löschanlagen ist bei Werkzeugmaschinen zu beachten:

  • Von der Werkzeugmaschine unabhängige Spannungsversorgung und Steuerung der Löschanlage (inklusive Notstromversorgung),

  • Verriegelungsmöglichkeit (Blockierung) der Löschgaszufuhr zum Bedienerschutz, z. B. bei Einricht- und Wartungsarbeiten (nicht-elektrische Blockiereinrichtung oder elektrische, wenn gleichwertiges Sicherheitsniveau sichergestellt ist),

  • regelmäßige Prüfung der Füllung im Löschmittelbehälter, z. B. durch Kontrolle des Löschmitteldruckes und/oder automatische Wiegeeinrichtung. Bei CO2 ist die Prüfung mittels Kontrolle des Löschmitteldruckes aufgrund der physikalischen Eigenschaften nicht möglich.

Abb. 51 Wiegeeinrichtung

Abb. 52 Brandmeldezentrale mit Handauslösung

Auslösen Löschvorgang

Bei der Beurteilung der Personengefährdung durch die eingesetzten Löschgase und Löschgaskonzentrationen sowohl im Innenraum als auch in der Umgebung der Maschine sind immer die spezifischen Umgebungsbedingungen zu beachten (z. B. Größe der Maschine, Öffnungen, Größe des Umgebungsbereiches, Ausbreitung des Löschgases in der Umgebung, ggf. vorhandene tiefergelegene Räume).

Hieraus ergeben sich Anforderungen an Alarmierung und Verzögerung. Hinweise und Vorgaben sind in den entsprechenden Regelwerken (siehe auch Regel "Einsatz von Feuerlöschanlagen mit sauerstoffverdrängen den Gasen" (BGR 134) und Information "Sicherheitseinrichtungen beim Einsatz von Feuerlöschanlagen mit Löschgasen (BGI 888) enthalten. Auf ein sicheres Auslösen des Löschvorgangs ist bei Werkzeugmaschinen zu achten:

  • Mit dem Auslösen der Löschanlage sind Absaugvolumenstrom und Kühlschmierstoffzufuhr zu unterbrechen und der Maschinenantrieb abzuschalten.

  • Die Auslösung der Löschanlage kann manuell oder automatisch erfolgen.

    Achtung: Das Ausströmen des Löschmittels kann zu einem Flammenaustritt an Öffnungen und Gehäusespalten führen.

  • Bei Gaslöschanlagen ggf. zeitliche Verzögerung beachten (Personenschutz-Maßnahmen, Absaugvolumenstrom unterbrechen). Bei Wasserfeinsprühlöschanlagen erfolgt die Auslösung i.d.R. ohne Verzögerung.

  • Nach jeder Auslösung müssen die Löschmittelbehälter vollständig neu befüllt werden (keine Mehrfachnutzung möglich, da die Behälter immer vollständig entleert werden).

3.3.4.4 Branderkennungselemente

Branderkennungselemente sind ein entscheidendes Schlüsselkriterium für den Brandschutz. Sie müssen die sichere Detektion von Bränden im Ernstfall schnell und zuverlässig gewährleisten und den Löschvorgang über die Steuerung auslösen.

Für die automatische Auslösung der Löschanlage stehen

  • thermische Branderkennungselemente (z. B. Thermoelemente, Bimetalle)

und

  • optische Branderkennungselemente (IR, UV) zur Verfügung. Die Eignung ist jeweils im Einzelfall zu prüfen.

Thermische Branderkennungselemente reagieren langsamer als optische und werden daher zum Teil in Verbindung mit optischen Sensoren eingesetzt.

KSS-Nebel ist für UV-Strahlung nur zum Teil durchlässig (abhängig von der Ölnebeldichte). Der Einsatz von UV-Sensoren erfolgt vorzugsweise bei Trockenbearbeitung und in Bereichen ohne KSS-Nebel. Die Eignung von UV-Sensoren ist daher im Einzelfall zu prüfen.

Optische Sensoren müssen sauber gehalten werden. Dies erfolgt z. B. durch Luftspülung (Sperrluft). Die Funktionen "Kabelbruch" und "Fensterstörung" müssen ebenfalls überwacht werden (der optische Detektor überwacht sich selbst auf Sichtfähigkeit).

Branderkennungseinrichtungen müssen dem Stand der Technik entsprechen (z. B. DIN EN 12 094-9). Für Planung und Einbau sind neben den risikospezifischen Aspekten die Vorgaben des Herstellers sowie die Regeln der Technik zu beachten.

Sonderlösungen müssen für den jeweiligen Anwendungsfall spezifiziert und die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit mittels Brandversuchen sowie entsprechenden Bauteil- und Systemprüfungen nachgewiesen sein.

Abb. 53 Branderkennungselement (optischer Sensor) mit Sperrluft

3.3.4.5 Löschdüsen

Die Löschdüsen müssen für das jeweilige Löschmittel und den jeweiligen Anwendungsfall geeignet und entsprechend angeordnet sein (sie dürfen z. B. nicht auf die Türlabyrinthe gerichtet sein). Rücksprache mit Hersteller!

Beim Einsatz von CO2 Gaslöschanlagen liegt das Löschmittel in flüssiger Phase in den Vorratsbehältern (Löschgasflaschen) vor. Die Vergasung geschieht erst an den Löschdüsen und muss dort vollständig erfolgen.

Die übrigen genannten Löschgase werden i.d.R. gasförmig bevorratet.

Abb. 54 Löschdüse im Einsatz

3.3.4.6 Organisatorische Maßnahmen zum Brandschutz in der Umgebung der Werkzeugmaschine

Damit ein Maschinenbrand nicht auf die Umgebung übergreift und bei einem Feuer bzw. einer Löschung keine Personen zu Schaden kommen, sind die generellen Verhaltensregeln im Brandfall sowie die allgemeinen Regeln des vorbeugenden Brandschutzes zu beachten (siehe auch Information "Arbeitssicherheit durch vorbeugenden Brandschutz" (BGI/GUV-I 560).

Hierzu gehören:

  • Brandlast in Maschinenumgebung verringern (brennbare Materialien, Pappe, Öl),

  • ausreichend Handfeuerlöscher bereit halten ("Ausrüstung von Arbeitsstätten mit Feuerlöschern" [BGR/GUV-R 133]),

  • Rauchverbot einhalten,

  • Notausgänge, Flucht- und Rettungswege freihalten,

  • Verhalten im Brandfall: Rettungskette, Notruf, Feuerwehr.

Inwieweit ein Maschinenbrand sich ausbreiten und auf andere Bereiche übergreifen kann, hängt sehr stark von den "Verhältnissen" in der Maschinenumgebung ab. Die häufigsten Ursachen für eine schnelle Ausbreitung eines Folgebrandes sind randvolle Ölwannen und Gitterroste mit großer Oberfläche, großflächige KSS-Lachen sowie sonstiges Brandmaterial (Papier, Pappe, Putzlappen oder dergleichen).

Abb. 55 Ölgefüllte Gitterroste mit großer Oberfläche

Zur Reduzierung der Brandgefahr sollte die Brandlast in der unmittelbaren Umgebung einer Werkzeugmaschine möglichst gering gehalten werden. Es ist darauf zu achten, dass Kartonagen oder ölgetränkte Putzlappen auf keinen Fall in der unmittelbaren Umgebung gelagert werden. Eine regelmäßige Entleerung der Ölwannen und Gitterroste (Ablauf vorsehen, Ölsauger einsetzen) sowie die Beseitigung von Kartons und ölgetränkten Lappen verringert die Brandlast erheblich.

Achtung:

Öl und Fettbestandteile sind im gebrauchten Putzmaterial auf eine große Oberfläche verteilt.

Unter bestimmten Voraussetzungen (Temperatur, Druck) können KSS-getränkte Lappen sich selbst entzünden. Solche "Zündquellen" waren schon mehrfach Auslöser von Brandereignissen in Spänebehältern, Arbeitsinnenräumen von Werkzeugmaschinen und offenen Mülltonnen. Daher muss die Aufbewahrung gebrauchten Putzmaterials in nicht brennbaren geschlossenen Behältnissen erfolgen.

Abb. 56 "Zündquellen" im Spänebehälter

Abb. 57 "Brandlast" in Umgebung

Weiterhin sind die Spänebehälter regelmäßig zu entleeren, um die Brandlast zu verringern und ggf. einer Selbstentzündung vorzubeugen. Werden die Späne aufgrund der Last unter hohem Druck mehrere Tage gelagert, kann durch eine exotherme Reaktion ein Erwärmungsprozess bis hin zur Selbstzündung eintreten.

Auch Zigarettenkippen und Brandmaterialien (Putzlappen, Pappkartons, Pappbecher) haben in Spänebehältern nichts zu suchen. Weiterhin ist in diesen Bereichen die Einhaltung eines generellen Rauchverbotes unverzichtbar.