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

1 Vorbemerkung, Anwendungsbereich

An vielen Arbeitsplätzen der metallverarbeitenden Industrie entstehen durch Schleifarbeiten Lärmbelastungen, deren Beurteilungspegel 90 dB(A) deutlich übersteigen. Am stärksten betroffen sind die Beschäftigten im Stahl- und Behälterbau, wo beim Handschleifen mit harten Schruppscheiben Geräuschpegel von etwa 107 dB(A), beim Bearbeiten im Behälterinneren sogar Pegel bis 115 dB(A) auftreten. Beim Putzen von Werkstücken in Gießereien liegen die entsprechenden Werte niedriger, die Geräuschpegel sind aber auch hier je nach Art des Werkstücks oft größer als 100 dB(A)

Dieses LSA-Blatt gibt Anregungen zum Einsatz geräuschärmerer Schleifscheiben für Schrupparbeiten und für die flächige Feinbearbeitung. Grundlagen sind vergleichende Untersuchungen bei Schleifarbeiten an unterschiedlichen Werkstücken. In die Empfehlungen sind die Ergebnisse früherer und neuerer Arbeiten [1], [2], [3], [6], [9], [10], [12] einbezogen.

2 Geräuschentstehung, Einflussfaktoren

Drei wesentliche Geräuschquellen verursachen die Lärmbelastung beim Schleifen:

• das schwingende Werkstück,
• die schallabstrahlende Schleifscheibe und
• der Schleifmaschinenantrieb.

Heute übliche Antriebe von Winkelschleifmaschinen sind um 7 dB(A) bis 20 dB(A) leiser als das beim Schleifen mit herkömmlichen Schleifscheiben auftretende Arbeitsgeräusch.

Übersteigt das Arbeitsgeräusch das Leerlaufgeräusch der Maschine um 10 dB(A) und mehr, dann wird die Geräuschabstrahlung beim Bearbeitungsvorgang allein von Schleifscheibe und Werkstück bestimmt. Bei Einsatz geräuschärmerer Schleifscheiben ist jedoch zu beachten, dass das Maschinenantriebsgeräusch wieder dominierend werden und den Minderungserfolg schmälern kann.

Der Einfluss der Schleifscheibe ist umso größer, je weniger schwingungsfähig das Werkstück ist. Bei gleichem Werkstoff wird ein Werkstück umso weniger schwingen, je größer seine Masse im Vergleich zur schallabstrahlenden Oberfläche ist. An wenig schwingungsfähigen (kompakten) Werkstücken ist dementsprechend der Einsatz geräuschärmerer Schleifscheiben besonders wirksam, weil damit der pegelbestimmende Schleifscheibenanteil vermindert wird.

Der Geräuschanteil der Schleifscheibe sinkt bei schwingungsfähigen Werkstücken, d.h. bei Werkstücken, deren schallabstrahlende Oberfläche groß ist im Vergleich zur Masse. Zu dieser Gruppe zählen dünnwandige oder stark verrippte Werkstücke.

Ausgeprägte Hohlräume haben für den Werkstückgeräuschanteil eine verstärkende Wirkung, weil die Schallenergie aus dem Werkstückinneren meist nur in einer Körperachse abfließen kann, während die Schallreflexionen an den Begrenzungsflächen der Hohlräume zu einer Schallpegelerhöhung im Werkstückinneren führen. In diesen Fällen wird das Geräusch des schwingenden Werkstücks das Werkzeuggeräusch im allgemeinen überragen, wenn die Schallaustrittsöffnung empfängerzugewandt ist.

Ein weiterer Einflussfaktor ist der Werkstoff des Werkstücks. Bei Werkstoffen mit höherer innerer Dämpfung ist bei gleicher Geometrie und Masse der Werkstückgeräuschanteil niedriger. In Gusseisen mit Lamellengraphit beispielsweise klingt, wegen der höheren inneren Dämpfung dieses Werkstoffs, eine Schwingung in einem Viertel der Zeit im Vergleich zu Stahl ab; der Geräuschanteil der Schleifscheibe gewinnt entsprechend an Bedeutung.

Bild 1a: Fächerschleifscheibe

Bild 1b: Halbelastische Schleifscheibe

Bild 1c: Verbund-Schleifscheibe

3 Maßnahmen zur Schallpegelsenkung

Eine deutliche Geräuschminderung durch Einsatz lärmgeminderter Schleifscheiben ist nur möglich, wenn der Geräuschanteil des Werkzeugs den Werkstückgeräuschanteil überragt, nicht aber wenn die Schallabstrahlung des Werkstücks überwiegt. Bei sehr schwingungsfähigen Werkstücken, bei denen der Werkstückanteil deutlich höher ist als der Werkzeuggeräuschanteil (z.B. Karosseriebau), ist durch den Einsatz lärmgeminderter Schleifscheiben nur dann eine Geräuschsenkung erreichbar, wenn zugleich am Werkstück im Bereich der Schleifstelle eine Bedämpfung erfolgt.

Bekannt ist das Prinzip der zusätzlichen Bedämpfung durch flächig angekoppelte Beläge. Ihre Wirksamkeit ist besonders groß, wenn sie in unmittelbarer Nähe der Schleifstelle, z.B. an der Blechrückseite, angebracht werden und flächigen Kontakt zum Werkstück besitzen [5].

Der notwendige gute Kontakt zur Werkstückoberfläche kann wegen der Verschmutzungsgefahr durch Späne eine häufiger zu wiederholende sorgfältige Säuberung erfordern.

Für Eisenwerkstoffe werden magnetisch haftende Beläge angeboten. Für nichtmagnetische Werkstoffe sind Beläge mit Vakuumankopplung und solche mit wiederverwendbarer Klebeschicht entwickelt worden, beide Möglichkeiten haben sich jedoch nur in Teilbereichen der Fertigung durchsetzen können.

Die Ankopplung einer großen Masse, z.B. in Form eines Permanentmagneten, unmittelbar unter der Schleifstelle bewirkt nur eine Bedämpfung, wenn der Schleifvorgang auf eine kleine Zone begrenzt ist, weil durch das Ankoppeln der Masse an der Schleifstelle eine Impedanzerhöhung erreicht wird.

Trotz der Möglichkeit guter Geräuschsenkungswirkung durch Beläge und an der Schleifstelle angekoppelte Massen ist eine möglichst gute innere Dämpfung der Schleifscheibe wünschenswert, weil das Anbringen der Beläge zusätzliche Arbeitsschritte erfordert und zudem bei verwinkelten, verrippten oder geschlossenen Werkstücken aus praktischen Gründen überhaupt ausscheidet.

Das Werkzeug verliert seine Klangkörperwirkung, wenn eine Schleifscheibe ohne Schallabstrahlung verwendet wird. Eine solche Scheibe muss voll elastisch sein oder eine hohe innere Dämpfung besitzen.

Bei einer bedämpften Scheibe kann eine bestimmte Schallabstrahlung des Werkzeugs vorhanden sein und dennoch der Lärmminderungserfolg einer vollelastischen Schleifscheibe erreicht oder sogar leicht übertroffen werden, wenn die Bedämpfung dazu führt, dass auch das Werkstück im Bereich der Eingriffszone der Schleifkörper, also im Anregungsbereich, eine gewisse Bedämpfung erfährt.

Vollelastische Schleifscheiben sind im Handel als Fiberschleifscheiben seit längerem erhältlich. Sie müssen mit Stütztellern betrieben werden, um die Anpresskräfte auf die Schleifscheibenfläche zu übertragen. Für die industrielle Schruppbearbeitung sind sie wenig geeignet, weil sie geringe Standzeiten haben und bei vergleichbarer Schleifleistung höhere, bereits nach relativ kurzer Zeit deutlich zunehmende Anpresskräfte erfordern als die üblichen Schruppscheiben [6]. Sie sind jedoch geeignet, die Größe des Werkzeugschalls messtechnisch zu ermitteln. Durch solche Schleifversuche konnte an zahlreichen Werkstücken nachgewiesen werden, dass das Werkzeuggeräusch den Werkstückanteil um bis zu 12 dB(A) überragt.

Das Abtragvolumen von Fiberscheiben lässt sich erheblich steigern, wenn Lamellen auf einem Stützteller so übereinander befestigt werden, wie es Bild 1a zeigt. Es entsteht eine Fächerschleifscheibe.

Diese Fächerschleifscheibe ist für hohe Zeitspanvolumina nach [6] ebenso geeignet wie für feinere Oberflächenbearbeitung. Die entstehenden Rauhtiefen sind günstiger als bei Schrupp- und Verbundschleifscheiben. Für schmale Unebenheiten wie beispielsweise Schweißnähte ist die Fächerschleifscheibe wegen ihrer Elastizität weniger geeignet. Die durchweg positive Einschätzung dieser Scheiben [6], die auch von den Autoren der Arbeiten [9], [10] geteilt wird, konnte dem Berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitssicherheit - BIA bisher von befragten Betrieben nicht bestätigt werden.

Die in Bild 1b dargestellte halbelastische Schleifscheibe wurde als Zwischenschritt zur Verbundschleifscheibe nach Bild 1c entwickelt. Die innere Dämpfung dieser Scheiben ist hoch, die Standzeiten sind vertretbar. Halbelastische Schleifscheiben werden ebenfalls mit Stütztellern betrieben; um ein "Schmieren" bei gegenüber starren Scheiben größerer Auflagefläche auf dem Werkstück zu vermeiden, ist die Arbeitsfläche meist warzenförmig gestaltet. Die Scheibe ist nur für den Schräg- und nicht für den Umfangsschliff vorgesehen. Es lassen sich höhere Oberflächengüten erzielen als mit üblichen Schruppscheiben.

Herkömmlichen Schruppscheiben in vielen Fällen praktisch gleichwertig sind Verbundschleifscheiben, bei denen der Sandwichaufbau durch zwei oder drei dünnere Schleifscheiben mit dazwischen angeordneten Dämpfungsschichten gebildet wird (Bild 1c). Die Scheiben werden für 80 m/s angeboten, weil in dieser Größe die teilweise gegensätzlichen Einflussgrößen: Schleifkosten, Schleifergebnis und Handhabung, zu einem günstigen Kompromiss gebracht werden können [7]. Die Dämpfungswirkung ist von Anfang an vorhanden. Der Scheibendurchmesser kann zwischen 115 und 230 mm gewählt werden. Diese Verbundschleifscheiben sind Fächerschleifscheiben in jedem Fall überlegen, wenn schmale Unebenheiten wie Schweißnähte abgetragen werden müssen.

Gegenüber harten Schruppscheiben sind nennenswert höhere Anpresskräfte nicht erforderlich [8]. Die deutlich besseren Rundlaufeigenschaften führen zu einem Vorteil der Handhabbarkeit, aber auch teilweise zu einer höheren Standzeit als bei harten Schruppscheiben. Der Rundlauf wird weiter verbessert, wenn beispielsweise pneumatische Turboschleifer, die für ölfreie Druckluft ausgelegt sind, mit automatischem Unwuchtausgleich verwendet werden [9], [10]. Die bis zu 20 % höheren Kosten der Verbundschleifscheiben werden teilweise durch höhere Standzeiten ausgeglichen. Verbundschleifscheiben sind derzeitig von mindestens 3 Herstellern erhältlich.

4 Erzielbare Schallpegelsenkung, Anwendungsbeispiele

Bei den meisten Schleifarbeiten an Stahlwerkstücken ist mit der Fächerschleifscheibe nach Bild 1a gegenüber harten Schruppscheiben eine Geräuschsenkung von 5 bis 13 dB(A) erreichbar (Tabelle 1). Für die halbelastische Schleifscheibe (Bild 1b) liegen die Geräuschsenkungserfolge mit 2 bis 12 dB(A) geringfügig niedriger. Die Schruppscheibe mit Sandwichaufbau (Bild 1c) unterscheidet sich in der Geräuschabstrahlung praktisch nicht von der halbelastischen Schleifscheibe, die Geräuschsenkungswirkung beträgt 3 bis 12 dB(A). Interessant ist, dass bei Gusswerkstoffen lediglich die untere Grenze der angegebenen Minderungsbandbreiten angehoben wird, d.h. die Geräuschsenkungserfolge beim Schleifen an unterschiedlichen Gussstücken liegen zahlenmäßig dichter beieinander als bei unterschiedlichen Stahlwerkstücken.

Tabelle 1:Erzielbare Pegelminderung bei Einsatz geräuschärmerer Schleifscheiben anstelle herkömmlicher harter Schruppscheiben in Abhängigkeit von Werkstückmaterial und -geometrie.

Bei der Fächerschleifscheibe sind beim Schleifen an Gussteilen die Geräuschsenkungserfolge gegenüber der herkömmlichen harten Schruppscheibe geringer als beim Schleifen an massereichen (kompakten) Stahlwerkstücken, ein Effekt, der noch deutlicher bei ebenen Fiberscheiben festzustellen ist (vgl. [2], [10]).

Die unteren Grenzen der Pegelspannen nach Tabelle 1 haben sich durchweg bei Verwendung einer 50 Hz-(Universal-)Winkelschleifmaschine ergeben. Bei diesem Schleifmaschinentyp kann die geräuschärmere Schleifscheibe ihre Geräuschsenkungswirkung nicht voll ausspielen.

Bei Verwendung einer Hochfrequenzschleifmaschine (HF-Schleifer) mit geräuscharmem Lüfterrad sind gegenüber der 50 Hz-Maschine die Pegeldifferenzen um bis zu 4 dB(A) höher. Für HF-Schleifmaschinen mit zusätzlicher Getriebegeräuschminderung durch Verwendung eines Stahl- und eines Polyamid-Kegelrades (vgl. [11]) liegen die Absolutwerte der Geräuschabstrahlung häufig um ca. 2 bis 3 dB(A) niedriger als bei der Verwendung eines HF-Schleifers mit üblichem Stahl-Kegelradpaar.

Die größten Geräuschminderungserfolge sind bei Austausch der harten Schruppscheibe gegen eine der lärmarmen Schleifscheiben durchweg mit einem besonders leisen Druckluftschleifer erzielt worden, bei dem das Maschinengehäuse geeignet gestaltet und der Luftauslaß mit einem hochwirksamen Schalldämpfer ausgestattet ist. Dieses Gerät für ölfreie Druckluft besitzt wie erwähnt einen automatischen Unwuchtausgleich.

Ein Erhöhen der Anpresskraft ergibt für alle Varianten (Maschine, Scheibe, Werkstück) einen jeweils steigenden Absolutwert des Schallpegels, wobei jedoch die Geräuschabstrahlung bei Verwendung der harten Schruppscheibe stärker ansteigt als bei Einsatz geräuschärmerer Schleifscheiben, d.h., die erzielbare Pegelminderung wird größer.

Aus der Vielzahl der untersuchten Werkstücke wird im folgenden nur ein charakteristisches Beispiele herausgegriffen. Da die drei geräuschärmeren Schleifscheiben in ihrer Geräuschabstrahlung dicht beieinander liegen, ist beispielhaft die Verbundschleifscheibe herausgegriffen worden.

Das Beispiel entstammt einem Betrieb, in dem ein Edelstahlprofil zu Qualitätskontrollzwecken an einem Schenkel flächig angeschliffen wurde. Die ursprünglich benutzte harte Schruppschleifscheibe wurde mit einer Verbundschleifscheibe verglichen. Im vorliegenden Fall ist die Verbundschleifscheibe von den genannten drei geräuschärmeren Schleifscheiben das Werkzeug der Wahl (vergleiche hierzu auch [6]). Die Geräuschminderung bei Verwendung der lärmgeminderten Verbundschleifscheibe betrug 8 dB(A). Erwartungsgemäß werden mittlere und hohe Frequenzen besonders gut bedämpft (Bild 2). Die Geräuschminderung erstreckt sich gleichmäßig über die gesamte Schleifzeit (Bild 3).

Bild 2:Terz-Frequenzanalyse der Schleifgeräusche beim Flächenschliff an einem Edelstahlprofil mit konventioneller harter Schruppscheibe und Verbundschleifscheibe

Bild 3:Zeitlicher Schallpegelverlauf der Schleifgeräusche beim Flächenschliff an einem Edelstahlprofil mit harter Schruppscheibe und Verbundschleifscheibe

5 Zusammenfassung

Durch die Verwendung geräuschgeminderter Schleifscheiben lässt sich die Schleifgeräuschbelastung bei Schrupp- und Schlichtbearbeitung mit Winkelschleifmaschinen herabsetzen.

Für die Schruppbearbeitung steht eine geräuscharme Verbundschleifscheibe zur Verfügung, deren Zeitspanungsvolumen bei vergleichbarer Anpresskraft dem herkömmlicher Schruppscheiben ebenbürtig ist. Durch besseren Rundlauf ist die Handhabung der herkömmlicher Schruppscheiben mindestens gleichwertig. Der höhere Scheibenpreis wird für übliche Schrupparbeiten durch eine längere Standzeit in etwa ausgeglichen. Untersuchungen haben ergeben, dass beim Schleifen mit der Verbundschleifscheibe durch die Pyrolysesubstanzen der Dämpfungsmaterialien auch bei ungünstigsten Verhältnissen keine Schadstoffkonzentrationen oberhalb gesetzlicher Grenzwerte auftreten.

Bei geringeren Anforderungen an das Zeitspanungsvolumen, aber hohen Anforderungen an die Oberflächengüte, kann mit einer geräuscharmen Fächerschleifscheibe mit integriertem Stützteller die Arbeitsgeräuschbelastung gesenkt werden. Mehrere Autoren berichten über die Eignung von Fächerschleifscheiben auch für hohes Zeitspanungsvolumen.

Eine Mittelstellung zwischen Fächerschleifscheibe und Verbundschleifscheibe nimmt die geräuscharme halbelastische Schleifscheibe ein, die mit Stützteller betrieben werden muss.

Die Verwendung der genannten geräuscharmen Schleifscheiben führt gegenüber herkömmlichen harten Schruppscheiben zu Pegelminderungen zwischen 3 und 13 dB(A).

Zum Ausschöpfen des vollen Geräuschsenkungsbetrages und zum Erreichen möglichst niedriger Absolutwerte des Schallpegels ist die Verwendung einer geräuscharmen Schleifmaschine, deren Leerlaufgeräusch 85 dB(A) nicht wesentlich überschreiten sollte, erforderlich.

6 Schrifttum

[1] Christ, E.: Einsatz lärmarmer Schleifwerkzeuge im Stahl- und Behälterbau. Schleifen und Trennen 88 (1978), S. 9-12,

[2] BIA-Information Nr.: 5/80: Einsatz lärmarmer Schleifscheiben. Die Berufsgenossenschaft 7 (1980),

[3] Tönshoff, H. K., und Raschke, H.-D.: Untersuchung zur praktischen Lärmminderung bei Handschleifarbeiten. wt - Z. ind. Fertig. 67 (1977), S. 671-76,

[4] Peek, A.: Lärmbekämpfung beim Schleifen an Blech. wt-Z. ind. Fertig. 67 (1975), S. 737-40,

[5] VDI-Richtlinie 3727 Schallschutz durch Körperschalldämpfung,

Blatt 1 Physikalische Grundlagen und Abschätzungsverfahren. Ausgabe Februar 1984,

Blatt 2 Anwendungshinweise. Ausgabe November 1984,

[6] Virnich, K.-H.: Abtrag verbessern - Fächerschleifscheiben im Vergleich zu alternativen Werkzeugen mit geometrisch unbestimmter Schneide. Maschinenmarkt 99 (1933) 5, S. 24-28,

[7] Grund, P.: Geräuscharme Schruppscheiben. Schleifen und Trennen, Folge 104/105 (1982), S. 7-10,

[8] Lindner, G.; Huber, J.: Secur silentio, das ergonomische Schleifwerkzeug. Schleifen und Trennen (1985) Nr. 112, S. 4-8,

[9] Heisel, U.; Gärtner, H.: "Lärmarme" Schleifscheiben für die Schruppbearbeitung, dima 6/98, S. 70-77,

[10] Heisel, U.; Gärtner, H.: Lärmminderung beim Schruppschleifen mit handgeführten Werkzeugmaschinen. Forschungsbericht F 1665 der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin - BAuA. Wirtschaftsverlag NW, Bremerhaven (in Vorbereitung).

[11] Grund, P.: Möglichkeiten zur Lärmminderung handgeführter Schleifmaschinen. Bänder Bleche Rohre 23 (1982) 9, S. 250-252,

[12] Raschke, H.-D.: Drei Möglichkeiten gegen den Schleiflärm. Betriebstechnik 20 (1979) 5, S. 65-68.

ENDE