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Umstrukturierung der Systematik (01.05.2014): nicht mehr im DGUV-Regelwerk enthalten

1 Vorbemerkung, Anwendungsbereich

Die hohe Geräuschemission von Steinsägen bzw. Steinschneidemaschinen führt an den entsprechenden Arbeitsplätzen zu starken Lärmbelastungen.

Zur Vermeidung einer Lärmbelastung stellt die Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung [1] die Forderung nach technischen Maßnahmen zur Lärmminderung in den Vordergrund.

Da beim Sägen von mineralischen Werkstoffen mit Diamanttrennscheiben in der Regel die Trennscheibe selbst den hohen Schalldruckpegel verursacht, kann in den meisten Fällen die Lärmbelastung an den Arbeitsplätzen durch den Einsatz von geräuschgeminderten Trennscheiben deutlich verringert werden. Obwohl derartige Trennscheiben schon seit Jahren zur Verfügung stehen, werden sie in der Praxis bisher noch relativ selten eingesetzt. Die Hauptursache dafür ist nicht etwa eine Ablehnung aus technischen Gründen oder Kostengründen, sondern die fehlende Information über die Existenz, Leistungsfähigkeit und Hersteller bzw. Lieferanten geräuschgeminderter Trennscheiben.

Im Rahmen eines Projektes wurde eine Marktabfrage durchgeführt und es wurden mehrere geräuschgeminderten Trennscheiben im Vergleich zu konventionellen Werkzeugen (ohne Geräusch reduzierende Maßnahmen) an verschiedenen mineralischen Werkstoffen getestet.

Dieses Lärmschutz-Arbeitsblatt gibt auf der Grundlage von vergleichenden Labormessungen an acht segmentierten Diamanttrennscheiben einen Überblick über die mit geräuschgeminderten Trennscheiben erreichbare Schallpegelminderung. Auf sekundäre Schallschutzmaßnahmen wie Kapselung und Abschirmung wird hier nicht eingegangen. Allgemeine Hinweise zur Kapselung enthält das Lärmschutzarbeitsblatt LSA 01-243 [2].

Eine Herstellerliste für geräuschgeminderte Diamanttrennscheiben ist im Anhang zusammengestellt.

Im Rahmen des oben genannten Projektes wurden auch geräuschgeminderte Sägeblätter für die Bearbeitung von Holz, Kunststoff und Aluminium getestet. Die Ergebnisse sowie eine Herstellerliste sind im Lärmschutz-Arbeitsblatt 01-375 [3] bereits veröffentlicht.

Abb. 1 Bestimmung der Geräuschemission beim Sägen von Steinplatten

2 Geräuschentstehung, Einflussfaktoren

Beim Schneiden von mineralischen Werkstoffen mit Diamanttrennscheiben wird prinzipiell sowohl die Trennscheibe als auch das Werkstück durch die Reibkräfte zwischen dem bearbeiteten Material und der Trennscheibe zu Schwingungen angeregt.

Die Schwingungs-Dämpfung im Werkstück ist bei allen Materialien, die üblicherweise mit einer Steinsäge bearbeitet werden, deutlich besser als bei dem hochwertigen Walzstahl, aus dem die Stammblätter von Diamanttrennscheiben gefertigt werden. Daher ist die Luftschallemission der Trennscheibe in der Regel so dominant, dass der Einsatz von geräuschgeminderten Trennscheiben, eine sehr effektive und vergleichsweise kostengünstige Lärmminderungsmaßnahme darstellt.

Der erzielbare Lärmminderungserfolg kann im Einzelfall durch den Einfluss weiterer mit dem Betrieb einer Steinsäge verknüpfter Schallquellen, nämlich das Werkstück und den Antrieb begrenzt werden. Bei den unten beschriebenen Messungen wurde jedoch kein nennenswerter Einfluss dieser Schallquellen auf die Geräuschemission beim Sägen festgestellt.

3 Aufbau geräuscharmer Trennscheiben

Von den Herstellern werden zwei Methoden zur Schwingungsdämpfung von Diamanttrennscheiben angewendet.

Beim Sandwichaufbau wird das komplette Stammblatt aus zwei Blechlagen gefertigt, zwischen denen eine Dämpfungsfolie eingezwängt wird. Die Verbindung des Blattaufbaues wird z.B. durch Punktschweißung hergestellt. Optisch ist eine solche Trennscheibe nicht von einer Standardscheibe zu unterscheiden (siehe Abbildung 2). Beim Anschlagen mit einem harten Gegenstand wird allerdings der Unterschied sehr deutlich, da die Sandwichscheibe nicht klingt und nur einen dumpfen Ton von sich gibt.

Technisch lässt sich dieses Dämpfungsverhalten durch eine Abklingkurve veranschaulichen (siehe Abbildung 3), die nach einmaligem Anschlagen der Trennscheibe den Verlauf des Schalldruckpegels über der Zeit darstellt.

Die zweite Bauweise zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen Aufnahmebohrung in Blattmitte und Blattrand sehr feine, geschwungene Lasereinschnitte in das Stammblatt eingebracht sind (siehe Abbildung 4).

Abb. 2 Diamanttrennscheibe mit Sandwichblatt

Anmerkung: Bei Trennscheiben zum Freihhandschneiden ist allerdings der Bereich, in den Lasereinschnitte eingebracht werden können, aus Sicherheitsgründen gemäß DIN EN 13236 [4] stark eingeschränkt.

Abb. 3 Abklingkurven

Abb. 4 Diamanttrennscheibe mit Lasereinschnitten

Durch diese Lasereinschnitte wird die Ausbildung von Eigenschwingungen behindert und zusätzlich wird durch Reibung und gegebenenfalls weitere Dämpfungseffekte eine bessere Schwingungsdämpfung erzielt.

Allerdings, das sei hier vorweg genommen, zeigte sich bei den durchgeführten Messungen, dass die Dämpfung der Sandwich-Trennscheiben beim Sägevorgang bei allen Probanden zu sehr hohen Schallpegelminderungen führte, während mit allen Laserscheiben nur vergleichsweise geringe Schallpegelminderungen erzielt wurden.

Die Kosten für Diamanttrennscheiben differieren unabhängig von der Bauform sehr stark. So kann der Preis für eine günstige geräuschgeminderte Trennscheibe auch unter dem einer teuren Standardscheibe liegen. Im Mittel betragen allerdings die Mehrkosten für eine geräuschgeminderte Trennscheibe ca. 30 %. Damit stellt der Einsatz von geräuschgeminderten Diamanttrennscheiben im Vergleich zu anderen Lärmminderungsmaßnahmen eine sehr kostengünstige Möglichkeit zur Senkung der Lärmbelastung am Arbeitsplatz dar.

4 Messungen

4.1 Versuchsbedingungen

Zur Erfassung der Geräuschemission beim Sägen von mineralischen Werkstoffen wurden auf einem Messplatz im Freien (in reflektionsarmer Umgebung) verschiedene Steinplatten auf einer Steinsäge im Nassschnitt bearbeitet. Die Plattengröße betrug ca. 600 mm x 400 mm, die Plattendicke betrug 30 bis 40 mm. Als Materialien standen Granit, Grauwacke, Gneis, Marmor, Kalksandstein, Schiefer, Basalt und Beton zur Verfügung.

Der Durchmesser der segmentierten Diamanttrennscheiben betrug 350 mm. Im Test waren drei Standard-Trennscheiben, drei Sandwich-Trennscheiben und zwei Laser-Trennscheiben.

Die Geräuschemission wurde an zwei Messpunkten erfasst. Ein Messpunkt wurde, orientiert an ISO 7960 [3], oberhalb des Sägetisches positioniert. Der zweite Messpunkt diente als Kontrollmesspunkt und wurde in 3 m Abstand seitlich zur Säge, in 2 m Höhe festgelegt.

4.2 Leerlaufmessungen

In der ersten Messreihe wurden mit den verschiedenen Trennscheiben Leerlaufmessungen durchgeführt. Die Messergebnisse (siehe Abbildung 5) lassen bei allen Scheibentypen eine große Streuung im Leerlauf-Geräuschpegel erkennen, ohne dass sich ein Scheibenaufbau als besonders geräuscharm präsentiert. Dies ist auf die Dominanz von Luftgeräuschen zurückzuführen, die wesentlich von der Geometrie der Diamant-Segmente und den dazwischen liegenden Einschnitten im Stammblatt bestimmt werden. Eine aus akustischer Sicht ungünstige Geometrie (siehe Abbildung 6) führt zu tonalen Geräuschen (Pfeifen), die den Leerlaufpegel erheblich erhöhen. Das Frequenzspektrum (Abbildung 7) zeigt das Geräuschspektrum einer im Leerlauf vergleichsweise lauten Trennscheibe. Die Pegel bestimmenden Schallanteile liegen im Frequenzbereich um 3600 Hz. Da diese Luftgeräusche von einer Bedämpfung nicht beeinflusst werden, ist ein Rückschluss vom Leerlauf-Verhalten auf die Geräuschemission beim Sägen nicht zulässig. Zudem kann der Schallpegel beim Sägen um bis zu 25 dB(A) höher sein als im Leerlauf.

Abb. 5 Leerlauf-Geräuschpegel von geräuschgeminderten und Standard- Trennscheiben

Abb. 6 Diamanttrennscheibe mit hohem Leerlauf-Geräuschpegel

Abb. 7 Frequenzspektrum im Leerlauf einer Trennscheibe

4.3 Lastlaufmessungen

Von den Steinplatten aus den oben genannten Materialien wurden jeweils Streifen von 50 mm Breite mit möglichst gleicher Vorschubgeschwindigkeit der Säge abgesägt. Mit jeder Trennscheibe wurden mindestens zwei Schnitte am gleichen Material durchgeführt. Bei einer Schallpegeldifferenz zwischen den beiden Schnitten von mehr als 1 dB(A) wurden weitere (bis zu sechs) Schnitte durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses abzusichern. Die Ergebnisse einer Schnittserie wurden jeweils gemittelt und auf 1 dB(A) gerundet.

Die Messergebisse (Tabelle 1) zeigen, dass beim Sägen von Granit mit maximal 106 dB(A) die höchsten Schallpegel gemessen wurden, während beim Sägen von Schiefer maximal 99 dB(A) ermittelt wurden. Dieser Einfluss des Materials auf die Schallemission beim Sägen ist bei den Standard-Trennscheiben am größten, bei den Laser-Trennscheiben geringer und bei den Sandwich-Trennscheiben am geringsten.

Am auffälligsten, und für die erfolgreiche Lärmminderung am wichtigsten, ist jedoch die Feststellung, dass beim Sägen mit den im Versuch getesteten Sandwich-Trennscheiben bei allen Materialien zwischen 8 und 16 dB(A) niedrigere Schallpegel gemessen wurden als mit den Standard-Trennscheiben, wogegen mit den hier getesteten Laser-Trennscheiben nur Schallpegeldifferenzen zwischen 0 und 7 dB(A) ermittelt wurden.

Mittelt man die Einzelergebnisse innerhalb einer Bauart (siehe Tabelle 2), so wird noch deutlicher, dass bei den durchgeführten Messungen das Schallpegelniveau bei den Sandwich-Trennscheiben um mehr als 10 dB(A) niedriger lag als bei den Laser-Trennscheiben.

Tabelle 1: Schalldruckpegel beim Sägen mit segmentierten Trennscheiben

Tabelle 2: Vergleich der für die jeweilige Bauart gemittelten Schalldruckpegel beim Sägen mit segmentierten Trennscheiben

5 Zusammenfassung

Die an einer Steinsäge durchgeführten Vergleichsmessungen zeigen, dass mit geräuschgeminderten Trennscheiben bei der Bearbeitung von mineralischen Werkstoffen hohe Schallpegelminderungen im Vergleich zu Standard-Trennscheiben erreichbar sind. Wie hoch die Schallpegelminderung im Einzelfall ist, hängt wesentlich von der mit dem vorhandenen Standardblatt gegebenen Ausgangssituation und der Härte des bearbeiteten Materials ab.

Beim Sägen verschiedener Werkstoffe wurden mit Laser-Trennscheiben Schallpegelminderungen von maximal 7 dB(A) gemessen, während mit Sandwich-Trennscheiben maximal 16 dB(A) niedrigere Schallpegel als mit Standard-Trennscheiben festgestellt wurden.

Im Mittel sind nach den vorliegenden Ergebnissen bei Laserscheiben ca. 2 dB(A) und bei Sandwichscheiben mehr als 10 dB(A) Schallpegelminderung zu erwarten.

Auf Grund der festgestellten deutlich besseren Wirksamkeit können für die geräuscharme Steinbearbeitung mit Diamanttrennscheiben von den untersuchten Trennscheiben nur die Sandwichscheiben zur Anwendung empfohlen werden.

Die Liste der ermittelten Hersteller von Sandwich-Diamanttrennscheiben umfasst derzeit 17 Firmen (siehe Anhang).

Da die Mehrkosten einer Sandwich-Diamanttrennscheibe gegenüber einer Standard-Diamanttrennscheibe im Mittel ca. 30 % betragen, stellt der Einsatz dieser Werkzeuge im Vergleich zu anderen Lärmminderungsmaßnahmen eine sehr kostengünstige Möglichkeit zur Senkung der Lärmbelastung am Arbeitsplatz dar.

Abb. 8 Frequenzanalyse beim Sägen von Granit

6 Literatur

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. R. Hertwig
IFA - Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung,
Fachbereich 4: Arbeitsgestaltung - Physikalische Einwirkungen

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ENDE