Fachbeitrag
Untersuchung des Wirkungsgrads verschiedener Absauglösungen. - © www.staub-info.de (1), Engmar
03.09.2019

Praxisorientierte Schweißrauchabsaugung

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Der Prakitker

Autor: Juliane Osmont, Export Manager, Engmar, Nantes/Frankreich; juliane.osmont@engmar.fr


SCHWEISSRAUCHABSAUGUNG: RECHTSKONFORME LÖSUNGEN AUS SCHWEISSTECHNISCHEN ANWENDUNGEN

Seit dem 31. Dezember 2018 gilt der neue Arbeitsplatzgrenzwert für alveolengängige Stäube von 1,25 mg/m3. Schweißende Unternehmen stehen deshalb vor der Herausforderung, neue, effizientere Absauganlagen installieren zu müssen. Dabei müssen gleichzeitig die Produktivität der eigenen Fertigung und die Energieeffizienz der Anlage berücksichtigt werden. Der Beitrag gibt, ausgehend von den gesundheitlichen Folgen von Schweißrauch sowie den geltenden gesetzlichen Vorschriften, einen praxisorientierten Überblick über gängige Lösungen, der die Erstellung eines Pflichtenhefts und die Auswahl einer geeigneten Absauglösung erleichtern soll.

Beim Schweißen entstehen partikelförmige Emissionen und Gase, die gemeinhin als Schweißrauch bezeichnet werden. Es handelt sich dabei um Stoffgemische, deren chemische Zusammensetzungen und Konzentrationen von den eingesetzten Werkstoffen und den angewendeten Verfahren abhängig sind. Die freigesetzten Partikel können sowohl der alveolen-gängigen Staubfraktion (A-Fraktion) als auch der einatem-baren Staubfraktion (E-Fraktion) angehören. Des Weiteren können sogenannte ultrafeine Partikel entstehen, deren Durchmesser im Nanometerbereich liegen (Bild 1).

Bild 1: Einteilung partikelförmiger Gefahrstoffe in der Schweißtechnik nach Partikelgröße (Vorkommen) in Anlehnung an DIN EN 481. - © www.staub-info.de (1), Engmar
Bild 1: Einteilung partikelförmiger Gefahrstoffe in der Schweißtechnik nach Partikelgröße (Vorkommen) in Anlehnung an DIN EN 481. © www.staub-info.de (1), Engmar

In der Regel entstehen 95% des Schweißrauchs aus dem Zusatzwerkstoff und nur etwa 5% aus dem Grundwerkstoff. Die bei schweißtech-nischen Arbeiten entstehenden Schweißrauche und -gase bestehen aus Gefahrstoffen mit unterschied-lichen gesundheitsschädlichen Wirkungen und werden seit 2017 von der IARC (International Agency for Research on Cancer, Internationale Agentur für Krebsforschung) als krebserregend eingestuft.

Die im Schweißrauch enthaltenen Gefahrstoffe werden entsprechend ihrer Wirkungen wie folgt unterteilt:

atemweg- und lungenbelastende Stoffe, zum Beispiel
  – Eisenoxide: Staubablagerung in der Lunge (Schweißerlunge bzw. Lungensiderose)/Siderose (führen zu Gelenkbeschwerden, Diabetes,     Herzinsuffizienz oder Impotenz);
  – Aluminiumoxid: Aluminose (Aluminiumstaublunge, ruft eine Veränderung des funktionalen Lungengewebes in funktionsloses Gewebe hervor);
  – Magnesiumoxid: Fieber, Schweißausbrüche, Hustenreiz, Reizungen von Augen und Nasenschleimhäuten, eingeschränkte Lungenfunktion;
  – Titandioxid: Staubablagerungen in der Lunge, Schädigung von Leber, Milz, Nieren, Herz und Gehirn, Schwächung des Immunsystems;

toxische oder toxisch-irritative Stoffe, zum Beispiel
  – Manganoxid: reizende Wirkung auf die Atemwege, Lungenentzündung, Schäden des Nervensystems, Schüttellähmung;
  – Zinkoxid: Zinkfieber (Nanopartikel in der Lunge führen zum Absterben von Zellen);
  – Kupferoxid: Übelkeit, Durchfall, Schmerzen in den Augen, Metalldampffieber (Unwohlsein mit schüttelfrostähnlichen Anzei-chen), Schädigung von Leber und Nieren;
  – Stickstoffoxide: Reizungen der Luftwege und Atemnot, potenziell tödliches Lungenödem (Lungenwassersucht);
  – Kohlenmonoxid: verhindert die Sauerstoffaufnahme des Bluts und führt dadurch zur Unterversorgung der Organe/Schwindel, Mattigkeit, Kopfschmerzen, Ohnmacht, Puls- und Atemsteigerung, Bewusstlosigkeit, Atemlähmung, Herzstillstand;
  – Kohlendioxid: erhöht Atemfrequenz und -volumen, Schwindelgefühl, Kopfschmerz, Atemnot und Bewusstlosigkeit;
  – Phosgen: schwere Reizungen der Atemwege, Lungenödem;

krebserzeugende Stoffe, zum Beispiel
  – Chrom(VI)-Verbindungen: Reizungen und Ätzungen der Schleimhaut;
  – Bleioxid: Nerven- und Nierenschäden, Magen- und Darmstörungen/Übelkeit;
  – Nickeloxid: krebserzeugend in den Atemorganen;
  – Berylliumoxid: Metallrauchfieber, chronische Pneumonie;
  – Cadmiumoxid: Schleimhautreizung, Lungenüberblähung;
  – Cobaltoxid: Schädigung der Atmungsorgane;
  – Ozon: Schleimhautreizung, akute Reizgasvergiftung, verzögertes Lungenödem;
  – Formaldehyd: starke Schleimhautreizung.

Geltende Gesetze, Richtlinien und technische Regelungen

Gefahrstoffverordnung und Arbeitsschutzgesetz

Der Arbeitgeber hat nach § 7 GefStoffV und § 5 Arbeitsschutzgesetz vor Aufnahme der Tätigkeit eine Gefährdungsbeur-teilung (siehe TRGS 400 und TRGS 528) durchzuführen, in der die für die Beschäftigten mit ihrer Arbeit verbundenen Gefährdungen ermittelt und Maßnahmen zum Schutz der Gesundheit festgelegt werden. Auch die mögliche Gefährdung Beschäftigter an Nachbararbeitsplätzen ist zu beachten.

TRGS 900 und TRGS 910: Arbeitsplatzgrenzwerte und Toleranzkonzentrationen

In der TRGS 900 wird für die sogenannte A-Staubfraktion der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) auf 1,25 mg/m3 festgelegt. Die zugrunde gelegte Staubdichte ist dabei 2,5 g/cm3. Der AGW gilt bei der Bearbeitung von unlegierten und niedriglegierten Stählen, die (nur) atemwegs- und lungenbelastende Schweißrauche emittieren. Der AGW hat einen maximalen Über-schreitungsfaktor von 8. Dies bedeutet, dass der Grenzwert innerhalb einer Schicht (angenommen mit 8 h) nicht öfter als viermal für maximal 15 min überschritten werden darf. Ein einzelner Schichtmittelwert darf den Wert von 3 mg/m3 für die A-Staubfraktion nicht überschreiten. Es gelten außerdem stoffspezifische Grenzwerte, zum Beispiel für Kupfer und Kupferverbindungen, Mangan usw. Die Akzeptanz- und Toleranzkonzentrationen für krebserzeugende Gefahrstoffe, zum Beispiel Chrom (VI), finden sich in der TRGS 910.

Ihr Weg zu einer nachhaltigen Absauglösung

Werden in Ihrem Unternehmen Überschreitungen der Arbeitsplatzgrenzwerte festgestellt, gehen Sie schrittweise vor. Nutzen Sie als Grundlage eine Gefährdungsbeur-teilung, die Sie mithilfe der TRGS 528 „Schweißtechnische Arbeiten“ erstellen können. Ist eine Ge-sundheitsgefährdung durch Gefahrstoffe nicht auszuschließen, muss diese auf ein Minimum reduziert werden. Hierfür sind folgende Maßnahmen in der aufgeführten Reihenfolge zu ergreifen (nach § 7 GefStoffV und Absatz 4 TRGS 528):

  1. Auswahl von gefahrstoffarmen Verfahren und Zusatzwerkstoffen;
  2. lüftungstechnische Maßnahmen: In Abhängigkeit vom Schweißverfahren, der Art des Arbeitsplatzes (mobil/ortsveränderlich oder stationär/ortsgebunden) und der Größe der zu bearbeitenden Werkstücke sind nachfolgend aufgeführte lüftungstechnische Maß-nahmen zur Erfassung von Gefahrstoffen im Entstehungsbereich geeignet:
    • Absaugung brennerintegriert oder direkt am Brenner angebaut,
    • Schweißerschutzschilde und -schirme mit integrierter Absaugung,
    • stationäre oder mobile Absauganlagen mit festen oder nachführbaren Erfassungselementen (geeignet für stationäre und mobile Arbeitsplätze);
    je näher an der Entstehungsstelle abgesaugt wird, desto effektiver ist die Erfassung der Gefahrstoffe; hierbei ist zu beachten, dass die geforderte Schweißnahtgüte erreicht wird;
  3. organisatorische und hygienische Maßnahmen, zum Beispiel Arbeitsplatzreinigung nicht durch Kehren oder Druckluft oder Optimierung der Arbeitspositionen, und
  4. persönliche Schutzmaßnahmen, zum Beispiel frischluftbelüftete Helme.

Nutzen Sie Ihre Gefährdungsbeurteilung zur Erstellung eines Pflichtenhefts. Um ein Gesamtkonzept erstellen zu können, sind hier möglichst alle Emissionsquellen zu berücksichtigen:

  • manuelle MIG-/MAG-, WIG- bzw. Elektroden-Schweißarbeitsplätze,
  • Schweißmaschinen bzw. -roboter,
  • Schneidtische,
  • Schleifarbeitsplätze,
  • Arbeitsplatzreinigung,
  • Hallenlüftung.

Nehmen Sie im Pflichtenheft die Ist-Situation auf: Welche Größe bzw. Plattendicke haben die Werkstücke? Welcher Werkstoff wird geschweißt? Wie sind die Arbeitsplätze angeordnet (feste Schweißkabinen oder mobile Arbeitsplätze)? Welche Schweiß- und Schneidprozesse werden ausgeübt? An wie vielen Arbeitsplätzen wird gleichzeitig gearbeitet? Welche bestehenden Absaugungen sind zu berücksichtigen? Welche Besonderheiten, zum Beispiel Verwendung von Chrom-Nickel-Stahl, Berücksichtigung von ATEX-Richtlinien, liegen vor?

Ist das Pflichtenheft erstellt, nehmen Sie mit Ihrem Schweißfachhändler bzw. Anbietern von Absauglösungen Kontakt auf. Lassen Sie sich hier beraten, und besuchen Sie Referenzkunden. Informieren Sie sich außerdem im Internet bzw. in der Fachpresse. Nutzen Sie Ihre Erkenntnisse zur Aktualisierung des Pflichtenhefts. Beziehen Sie so früh wie möglich Geschäftsführer, Schweißer und deren direkte Vorgesetzte sowie Sicherheitsbeauftragte in das Projekt ein.

Beginnen Sie die Testphase mit Lösungen, die so nah wie möglich an der Entstehungsstelle absaugen. Testen Sie verschiedene Lösungen über einen längeren Zeitraum mit möglichst vielen Schweißern, und lassen Sie Fragebögen zu den Lösungen ausfüllen, damit eine erfahrungsbasierte Auswertung möglich wird. Ziehen Sie in Ihre Bewertung weitere Punkte wie die Ergonomie der Lösung, die Lebensdauer und Preise der Ersatzteile, den Schutzgasverbrauch sowie die Instandhaltung ein.

Nach der Auswahl und der Einführung der gewählten Lösung sollten Sie die Arbeitsplatzgrenzwerte überprüfen lassen. Die Berufsgenossenschaft kann Sie hier beraten. Die Überprüfung wird Ihnen Aufschluss darüber geben, ob zusätzliche Maßnahmen nötig sind, um die Grenzwerte einzuhalten.

Am Markt erhältliche Lösungen

Es ist gesetzlich vorgeschrieben, dass eine Absaugung so nah wie möglich am Entstehungsort ansetzen soll. Hintergrund ist hierfür, dass sich der Schweißrauch mit größer werdendem Abstand immer mehr mit der Umgebungsluft vermischt. Es muss insofern ein größeres Luftvolumen abgesaugt und gefiltert werden (Bild 2). Man geht hier bei einer Verdoppelung der Entfernung von einer Vervierfachung der Saugleistung aus (nach VDMA).

Bild 2. Vergleich marktüblicher Absauglösungen. - © www.staub-info.de (1), Engmar
Bild 2. Vergleich marktüblicher Absauglösungen. © www.staub-info.de (1), Engmar

Ein weiterer Grund für die gesetzliche Forderung, so nah wie möglich an der Entstehungsstelle abzusaugen, ist aber auch, dass andernfalls oftmals die Atemorgane der Schweißer zwischen Entstehungsstelle und Absaugung liegen. Dies ist zum Beispiel bei Raumlüftungen der Fall. Eine Abscheidung des Schweißrauchs findet hier unter Umwälzung sehr großer Luftmengen und aus der Sicht des Gesundheitsschutzes zu spät statt.

Es ist zu beachten, dass der Erfassungsgrad und damit der Wirkungsgrad der Absaugung mit steigender Entfernung abnehmen. Bei gleicher Filterleistung nimmt so mit zunehmender Entfernung zur Entstehungsquelle die Abscheide-effizienz der Absaugung ab. Der erzielbare Erfassungsgrad hat für die Gesamtanlage insofern die gleiche Bedeutung wie der Wirkungsgrad des Filters: Sehr hohe Filterabscheidegrade haben nur dann einen Effekt auf die Luftreinhaltung, wenn die Gefahrstoffe hochgradig und nah an der Entstehungsstelle erfasst werden.

Diese Annahmen haben sich durch Untersuchungen bestätigt. Hier wurde gezeigt, dass sich im Schweißhelm bei einer brennerintegrierten Absaugung sehr viel weniger Schweißstaub ablagert als bei der Verwendung von Absaugarmen, bei denen der Erfassungsgrad geringer ist (Bild 3).

Bild 3. Untersuchung des Wirkungsgrads verschiedener Absauglösungen. - © www.staub-info.de (1), Engmar
Bild 3. Untersuchung des Wirkungsgrads verschiedener Absauglösungen. © www.staub-info.de (1), Engmar

Der Vergleich zwischen der Absaugung an der Entstehungsstelle und der Absaugung am Arbeitsplatz ergibt verschiedene Vor- und Nachteile (Tabelle 1). Die Zielsetzung jeder Schweißrauchabsaugung sollte die Beibehaltung der Produktivität sowie der Schweißnahtqualität bei gleichzeitig bestmöglichem Schutz der Schweißer sein. Aus arbeitsschutztechnischer Sicht bieten Absaugbrenner den bestmöglichen Schutz für Schweißer und anderes Personal. Es sind hier keine zusätz-lichen Handgriffe vom Schweißer nötig, um seine Sicherheit zu gewährleisten. Er kann sich insofern komplett auf die Produktion konzentrieren und ist dabei geschützt. Absaugbrenner eignen sich sowohl für feste MIG-/MAG-Schweißarbeitsplätze als auch für mobile Arbeitsplätze. Es können kleine bis sehr große Werkstücke aus unterschiedlichen Werkstoffen und in unterschiedlichen Dicken bearbeitet werden.

Tabelle 1. Vor- und Nachteile von Absauglösungen. - © www.staub-info.de (1), Engmar
Tabelle 1. Vor- und Nachteile von Absauglösungen. © www.staub-info.de (1), Engmar

Um den Bedarf an ergänzenden Lösungen zu verringern, sollte der Erfassungsgrad dabei so hoch wie möglich gewählt werden. Selbst-verständlich ist die Energieeffizienz ebenfalls ein wichtiger Punkt. Dieser wird aber fast automatisch berücksichtigt: Je näher an der Erfassungsstelle abgesaugt wird, desto geringer ist das zu filternde Luftvolumen. Die antreibenden Turbinen sowie die Filter können insofern kleiner dimensioniert werden. Weiterhin ist der Verlust an geheizter Luft ebenfalls geringer – mit einem Absaugbrenner benötigen Sie nur etwa ein Zehntel des Luftvolumens eines Absaugarms. Alle diese Punkte führen zur Einsparung von Energie.

Wahl des Brenners

Beim Test von Absaugbrennern sollten Sie neben den Brennern auch mögliche Absauggeräte sowie Lösungen zur ergonomischen Ge-staltung der Arbeitsplätze bewerten. Es gibt mittlerweile eine Vielzahl an Absaugbrennern am Markt. Achten Sie hierbei auf:

  • ein gutes Schweißergebnis,
  • eine gute Handhabung,
  • die Anzahl, den Preis und die Lebensdauer der Verschleißteile,
  • den Verbrauch an Schutzgas,
  • die Zugänglichkeit der Werkstücke mit dem Brenner,
  • die Absaugleistung; die Saugdüse sollte dabei möglichst nicht abnehmbar sein,
  • die Möglichkeit, den Brenner zu reinigen und zu reparieren, sowie
  • die Begleitung durch den Anbieter.

Viele dieser Punkte werden durch die Testphase beantwortet werden können. Sprechen Sie aber außerdem auch mit Referenzkunden der Anbieter verschiedener Brenner. Nur so erhalten Sie Auskünfte über die Lebensdauer der Verschleißteile oder die Betreuung durch den Anbieter.

Wahl der Absauglösung

Häufig wird die Absaugung beim Test der Absaugbrenner ausgeklammert. Nur so ließe sich objektiv bewerten, welcher Brenner besser ist. Leider handelt es sich hier um einen Trugschluss. Das Werkzeug kann immer nur so gut sein, wie der Motor, der es antreibt. So kann ein Absauggerät mit einer schwachen Absaugleistung leicht zu der Überzeugung führen, dass die Absaugleistung zweier Brenner identisch ist, obwohl dieses Ergebnis ausschließlich vom Absauggerät und nicht vom Brenner verursacht wird. Den Unterschied macht erst ein Absauggerät mit stärkerer Saugleistung sichtbar. Hier macht tatsächlich das Luftvolumen, das durch den Brenner gesaugt werden kann, den Unterschied und kann insofern zu einem komplett anderen Ergebnis führen (Bild 4).

Bild 4. Einfluss des Absauggeräts auf den Wirkungsgrad. - © www.staub-info.de (1), Engmar
Bild 4. Einfluss des Absauggeräts auf den Wirkungsgrad. © www.staub-info.de (1), Engmar

Eine Bewertung des Absauggeräts allein nach dessen maximalem Volumenstrom ist aber nicht ausreichend. Dieser wird ohne ange-schlossenen Brenner gemessen. Je nach genutzter Turbine kann die Leistung eines Absauggeräts aber ganz unterschiedlich stark abfal-len, sobald ein Brenner angeschlossen wird. Die tatsächliche Saugleistung kann insofern ganz anders ausfallen. Auskünfte über die tatsächliche Saugleistung des Geräts mit angeschlossenem Brenner erhalten Sie entweder über die Motorkurve des Geräts – oder Sie testen. Fragen Sie Ihren Anbieter hier nach einem Messgerät, dass die Geschwindigkeit beziehungsweise das Volumen des tatsächlich abgesaugten Schweißrauchs messen kann.

Ergonomie des Arbeitsplatzes

Nutzen Sie den Test der Absaugbrenner auch für eine Betrachtung der Arbeitsplätze aus ergonomischer Sicht. Verschiedene Lösungen wie Schwenkkräne oder -arme ermöglichen es, die Absaugbrenner hängend zu montieren. Ein Großteil des Gewichts lässt sich so vom Schweißer auf den Ausleger verlagern. Damit wird die Akzeptanz der neuen Werkmittel erhöht und die Wartungshäufigkeit der Brenner verringert. Weiterhin wird die Gefahr von Arbeitsunfällen durch Stolpern über Kabel und Schläuche bzw. von gesundheitlichen Folgen wie Erkrankungen des Bewegungsapparats minimiert. Je nach der Anordnung der Arbeitsplätze und der Größe der Werkstücke sind hier verschiedene Lösungen möglich (Bild 5).

Bild 5. Ergonomie des Arbeitsplatzes: Die Größe der Werkstücke und die Anordnung der Schweißplätze bestimmen grundlegend die zukünftige Nutzung der Brenner. - © www.staub-info.de (1), Engmar
Bild 5. Ergonomie des Arbeitsplatzes: Die Größe der Werkstücke und die Anordnung der Schweißplätze bestimmen grundlegend die zukünftige Nutzung der Brenner. © www.staub-info.de (1), Engmar
Gehen Sie schrittweise vor

Werden in Ihrem Unternehmen Überschreitungen der Arbeitsplatzgrenzwerte festgestellt, gehen Sie schrittweise vor:

  • Es ist stets mit einer Gefährdungsbeurteilung zu beginnen.
  • Die Erstellung eines Pflichtenhefts ist außerdem hilfreich. Nehmen Sie hier die Ist-Situation auf: Welche Emissionsquellen liegen vor? Wie groß sind Ihre Werkstücke, welche Bauteildicken, welche Werkstoffe werden geschweißt? Gibt es außer MIG-/MAG-Arbeitsplätzen andere Schweißverfahren? Gibt es bestehende Absaugungen?
  • Nehmen Sie Kontakt mit verschiedenen Anbietern auf, die Kompetenzen sowohl im Bereich der Absaugung als auch beim Schweißen vorweisen können. Die Anbieter können Ihnen bei der Wahl geeigneter Lösungen helfen. Besuchen Sie Referenzkunden des Anbieters. Beziehen Sie möglichst früh die Schweißer in den Auswahlprozess ein, damit diese die Absauglösung am Ende mittragen.
  • Testen Sie diejenigen Lösungen, die zu Ihrem Bedarf passen. Beginnen Sie hierbei mit Lösungen, die möglichst nah an der Entstehungs-stelle ansetzen. Sehen Sie hierfür eine längere Testphase vor, bei der möglichst alle Schweißer testen dürfen. Erstellen Sie Fragebögen, die nach dem Testen ausgefüllt werden sollen. Beziehen Sie ebenfalls Lebensdauer und Preise der Ersatzteile, Schutz-gasverbrauch und Komplexität der Instandhaltung in Ihre Bewertung ein.
  • Treffen Sie, darauf aufbauend, eine Entscheidung für eine/mehrere technische Lösungen, und holen Sie Angebote von verschiedenen Anbietern ein.
  • Lassen Sie nach der Einführung die Einhaltung der Grenzwerte überprüfen – es sind eventuell weitere Lösungen wie eine zusätzliche Raumlüftung oder persönliche Schutzausrüstung, zum Beispiel frischluftbelüftete Helme, nötig.

Schlagworte

ArbeitssicherheitGesundheitsschutzSchweißrauchSchweißrauchabsaugung

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