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Bei zahlreichen Arbeiten oder Freizeitbeschäftigungenbenutzen wir Maschinen oder Chemikalien, die irgendeinen Schutz unserer Atemwege gegen Verunreinigun-gen erforderlich machen. Die gewöhnlichste Methode,sich zu schützen, liegt in der Anwendung irgendeinesAtemschutzgerätes mit Filter. Dabei kann es sich umeine Voll- oder Halbmaske mit austauschbarem Filteroder eine Art Kurzzeitmaske handeln.

Wie lange ist dieLebensdauer des Filters ?Dies ist vermutlich die gewöhnlichste Frage an Perso-nen, deren Aufgabe in der Information zum ThemaAtemschutz besteht. Das Problem ist nur, daß es keineeinfache und eindeutige Antwort auf diese Frage gibt.Es gibt zu viele Parameter hinsichtlich der Lebensdau-er des Filters, so daß praktisch jeder Einzelfall spezi-fisch ist.

PartikelfilterWas Partikelfilter betrifft, können jedoch relativ klareAnweisungen gegeben werden. Die Tatsache, daß beieinem Partikelfilter eigentlich keine zeitliche Begren-zung für die Fähigkeit zur Ausführung seiner Hauptauf-gabe, dem Abfiltern von Feststoffen, besteht, erleich-tert die Handhabung von Partikelfiltern. Er wird eigent-lich sogar immer besser, je länger er benutzt wird. Washierbei für die Dauer der Verwendbarkeit eine entschei-dende Rolle spielt, ist eine reine Frage des Komforts.Je mehr Partikel vom Filter abgefangen werden, destogrößer wird der Atemwiderstand, und nach einer gewis-sen Zeit wird der Filter unbequem. Wird der Filtermechanischer Beschädigung ausgesetzt, muß er selbst-verständlich ersetzt werden. Hierbei ist zu berücksich-tigen, daß ein solcher Schaden von mikroskopischerGröße sein kann, aber dennoch die Leistungsfähigkeitdes Filters stark herabsetzt.

Ein Partikelfilter sollte deshalb unbedingt ersetzt werden,a) wenn der Atemwiderstand so groß geworden ist, daßdie Verwendung als unbequem empfunden wird,b) wenn er beschädigt wurde,c) wenn der Verdacht auf Beschädigung besteht oder,d) wenn Sie die Verunreinigungen der Umgebungsluftverspüren.

Für gewisse Partikelfilter gibt es als Zubehör Vorfilter.Ihre Aufgabe besteht in der Abscheidung von grobemStaub, so daß der „richtige” Filter nicht unnötig starkbelastet wird. Die Verwendung und regelmäßiger Wech-sel eines Vorfilters verlängert die Lebensdauer einesPartikelfilters wesentlich.

GasfilterBei einem Gasfilter ist es wesentlich schwieriger, zubeurteilen, wann ein Filterwechsel erforderlich ist.Zudem ist es äußerst wichtig, den Filterwechselrechtzeitig vorzunehmen, da ein gesättigter Gasfilterkeine Reinigungsfunktion mehr besitzt, und derAnwender verunreinigte Umgebungsluft einatmet.Nachstehend wird auf eine Reihe von Faktorenhingewiesen, die sich auf die Lebensdauer eines Gas-filters auswirken.

FiltertypKohlefilter lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen,nämlich Filter mit reiner Aktivkohl und Filter mitimprägnierter Aktivkohle. Letztgenannter kann je nachArt der Verunreinigung, für die er vorgesehen ist,unterschiedliche Arten von Imprägnierung besitzen.Ein A-Filter besteht aus reiner Aktivkohle, während alleübrigen Filtertypen aus Kohle mit verschiedenenImprägnierungen bestehen. Ein Filter schützt natürlichgegen die Chemikaliengruppe, für die er dieTypenzulassung besitzt (A, B, E, K etc.). Dagegen gibtes bei verschiedenen Filtern Unterschiede in derFähigkeit, Chemikalien, die nicht zu dieser Gruppegehören, abzuscheiden. Zum Beispiel kann ein BE-Filter eine bedeutende Menge an organischen Lös-ungsmitteln aufnehmen. Die Menge variiert zwischenverschiedenen Filtermodellen. Dies ist unbedingt zuberücksichtigen, wenn man sich in einem Arbeitsmilieubewegt, in dem eine Mischung verschiedener Arten vonVerunreinigungen vorliegt (und wo ist dies nicht derFall?).

Größe des FiltersGasfilter werden je nach ihrer Anwendung in dreiverschiedene Filterklassen eingeteilt. In der Praxis

FiltrierendeAtemschutzgeräteWie lange ist die Lebensdauer des Filters?

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kommen jedoch nur zwei Klassen zum Einsatz, Klasse1 (in erster Linie für Halbmasken vorgesehen) undKlasse 2 (hauptsächlich für Vollmasken vorgesehen).Ein Filter der Klasse 2 besitzt etwa die zwei- bisfünffache Aufnahmekapazität eines Filters der Klasse1. Dies bringt jedoch höheres Gewicht und höherenAtemwiderstand mit sich. Daraus ergibt sich, daß beigleichen Bedingungen ein Filter der Klasse 2 etwa 2-5mal länger hält als ein Filter der Klasse 1.

Luftfeuchtigkeit und TemperaturBei Verwendung eines A-Filters gegen organische Lö-sungsmittel wird auch feuchte Luft vom Filter aufge-nommen - das heißt, es bleibt weniger Kapazität frei fürLösungsmittel - so daß sich bei hoher Luftfeuchtigkeitdie Lebensdauer des Filters entsprechend verkürzt.Zudem sollte in diesem Zusammenhang berücksich-tigt werden, daß der Filter auch Feuchtigkeit aufnimmt,wenn er nicht benutzt und offen aufbewahrt wird.Imprägnierte Kohle (B, E, K-Filter) zeigen keine Emp-findlichkeit gegen Luftfeuchtigkeit. Das heißt nicht,daß Luftfeuchtigkeit für diese Filter keine Bedeutunghat. Bei gewissen Kohlensorten (insbesondere K-Fil-ter) stellt sich sogar ein umgekehrter Effekt ein. DieseFilter zeigen beste Funktion, wenn die Luftfeuchtigkeitrelativ hoch ist. Sehr trockene Luft kann zum Austrock-nen des Filters und somit zu reduzierter Aufnahmefä-higkeit führen.

Auch die Temperatur hat einen Einfluß auf die Lebens-dauer eines Filters. Auch hierbei spielt die Feuchtigkeiteine entscheidende Rolle. Angenommen wir verwen-den einen A-Filter gegen ein Lösungsmittel. Besitzt einFilter bei einer Umgebungstemperatur von 5°C undeiner relativen Feuchtigkeit von 80 % eine gewisseKapazität gegen Lösungsmittel, sinkt bei einer Tempe-ratur von 20°C und 80 % Feuchtigkeit die Kapazität aufetwa die Hälfte ab. Dies liegt hauptsächlich daran, daßdie Luft bei der höheren Temperatur wesentlich mehrWasser je Volumeneinheit enthält.

Wenn wir nun die Temperatur konstant auf 20°C haltenund die relative Luftfeuchtigkeit von 70 % auf 80 %erhöhen, reduziert sich auch hierbei die Aufnahme-kapazität um die Hälfte.

Diese Verhältnisse treten in der Praxis häufig auf. Wirnehmen einmal an, wir wollen die Verwendungsdauereines A-Filters in einer gewissen Arbeitssituation imInnenbereich im Winter ermitteln. Wenn dies an einemklaren und kalten Tag bei einer Innentemperatur vonca. 20°C erfolgt, liegt die relative Luftfeuchtigkeitvermutlich unter 30 %. Sechs Monate später herrschtvielleicht schwüles Gewitterwetter mit Regenschau-

ern. Bei solchen Bedingungen kann die relative Luft-feuchtigkeit durchaus 70 % übersteigen, so daß derFilter im Vergleich zum Zeitpunkt der Ermittlung seinerKapazität nur noch die Hälfte seiner Aufnahmefähig-keit besitzt.

Fig. 1. Kapazität eines A-Filters gegen Hexan beiverschiedenen Temperaturen und relativen Luftfeuch-tigkeiten. Die Messungen wurden bei einem konstan-ten Luftstrom von 30 l/Min. und einer Konzentrationvon 1000 ppm durchgeführt.

ArbeitsintensitätEin weiterer Faktor, der die Lebensdauer eines Gas-filters beeinflußt, ist die Arbeitsintensität des Anwen-ders. Erhöhte Arbeitsintensität erhöht bekanntlich denPulsschlag und die Atemtätigkeit. Die gesteigerte Atem-tätigkeit beeinflußt die Lebensdauer des Filters aufzweierlei Art.1. Während einer vorgegebenen Zeit strömt eine größe-re Luftmenge durch den Filter; die Luftmenge ist direktproportional zur Lebensdauer des Filters.2. Damit während einer vorgegebenen Zeit mehr Luftdurch den Filter strömen kann, ist eine Erhöhung derLuftgeschwindigkeit erforderlich, was ebenfalls dieLebensdauer des Filters beeinflußt. Je schneller dieLuft durch den Filter strömt, desto weniger Luft kannder Filter reinigen, vorausgesetzt die übrigen Parame-ter bleiben unverändert.

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. 120

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Kapazität eines A-Filters gegen Hexan

30 % RL70 % RL

80 % RL

5° C20° C

40° C

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Fig. 2. Kapazität eines A-Filters gegen Hexan beiverschiedenen Strömungen und Temperaturen. DieMessungen wurden bei einer relativen Luftfeuchtigkeitvon 70 % und einer Konzentration von 1000 ppmdurchgeführt. Das heißt, bei einer Verdoppelung derStrömung verkürzt sich die Lebensdauer des Filters ummehr als die Hälfte.

Fig. 3. Kapazität eines A-Filters gegen Hexan beiverschiedenen Strömungen und Temperaturen. DieMessungen wurden bei einer relativen Luftfeuchtigkeitvon 80 % und einer Konzentration von 1000 ppmdurchgeführt. Das heißt, bei einer Verdoppelung derStrömung verkürzt sich die Lebensdauer des Filters ummehr als die Hälfte. In Verbindung mit erhöhter Luft-feuchtigkeit wird der Effekt von erhöhter Strömungnoch ungünstiger als im vorgenannten Fall.

Die gewöhnlichste Temperatur für den Einsatz einesAtemschutzgerätes ist jedoch Zimmertemperatur. Des-halb kann es interessant sein, sich die möglichenVariationen der Filterkapazität bei 20°C näher anzusehen.

Fig. 4. Kapazität eines A-Filters gegen Hexan beiverschiedenen Strömungen und relativen Luftfeuchtig-keiten. Die Messungen wurden bei einer Temperaturvon 20°C und einer Konzentration von 1000 ppmdurchgeführt. Bei einer Verdoppelung der Strömung inVerbindung mit erhöhter Luftfeuchtigkeit hat sich dieKapazität des Filters auf ein Zehntel reduziert!

Was die Arbeitsintensität betrifft, ist auf einen weite-ren Faktor hinzuweisen, nämlich die individuellen Un-terschiede zwischen verschiedenen Anwendern. ZweiPersonen mit gleichen Arbeitsaufgaben können we-sentliche Unterschiede in Bezug auf die Atemtätigkeitund den Luftverbrauch aufweisen.

Konzentration derVerunreinigungDie Beurteilung der Auswirkungen dieser Variablen istam einfachsten. Bei Konzentrationen, bei denen einFilterschutz verwendet wird, ist die Lebensdauer imgroßen und ganzen linear zur Konzentration, d.h. wenndie Konzentration um 50 % reduziert wird, verdoppeltsich die Lebensdauer des Filters. Das Problem hierbeiist jedoch, zu wissen, wie hoch die Konzentration ist.Ganz gleich, wie genau die Messungen sind, sie erge-ben im allgemeinen nur die Konzentration zu einembestimmten Zeitpunkt. Wie sieht es nächste Woche,nächsten Monat etc. aus? Außerdem gibt es eineMenge Arbeitssituationen, in denen überhaupt keineMessungen durchgeführt worden sind.

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50

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60 l/Min

45 l/Min30 l/Min5° C

20° C

40° C

Kapazität eines A-Filters gegen HexanR

esis

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60 l/Min

45 l/Min

30 l/Min5° C20° C

40° C

60

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Kapazität eines A-Filters gegen Hexan

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30 % RL

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70 % RL80 % RL60 l/Min

45 l/Min30 l/Min

Kapazität eines A-Filters gegen Hexan

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Fig. 5. Aufnahmefähigkeit als Funktion der Konzentrationvon Hexan und Methylenchlorid. Die Messungen wurdenbei 20°C, 70 % RL und einem Luftstrom von 30 l/Min.durchgeführt. In groben Zügen erhält man eine Halbie-rung der Zeit bei einer Verdoppelung der Konzentration.

Art der VerunreinigungUm sicher zu sein, welche Kapazität der Filter gegeneine gewisse Art von Verunreinigung besitzt, sollten dieMessungen auch bei der entsprechenden Verunreini-gung vorgenommen werden. In der Realität existierenfür die meisten Stoffe keine derartigen Messungs-ergebnisse, da die Zahl der verschiedenen chemi-schen Substanzen, mit denen wir uns umgeben, sehrgroß ist. Was organische Lösungsmittel betrifft, istjedoch eine Menge getan worden. Es gibt Meßwerte fürüber hundert verschiedene Lösungsmittel verschiede-ner Gruppen.

Fig. 6. Vergleich zwischen der Kapazität eines A-Filtersgegenüber Hexan bzw. Methylenchlorid bei verschiede-nen Luftfeuchtigkeiten. Die Messungen wurden bei20°C, 30 l/Min. und einer Konzentration von 1000ppm durchgeführt.

Sämtliche dieser Meßwerte deuten darauf hin, daß dieKapazität eines Kohlefilters gegenüber Lösungsmit-teln mit steigendem Siedepunkt des Lösungsmittelszunimmt. Die Kurve läuft bei Siedepunkten im Bereich100-150°C (je nach Art des Lösungsmittels) aus, undin gewissen Fällen nimmt die Kapazität bei nochhöheren Siedepunkten wieder ab. Die Probleme beiden Lösungsmitteln liegen jedoch hauptsächlich beiden leicht flüchtigen Substanzen (niedriger Siedepunkt)und Mischungen verschiedener Lösungsmittel. Für Sub-stanzen mit niedrigem Siedepunkt (<65°C) gibt esSpezialfilter (AX-Filter) und besondere Anwendungs-regeln. Mischungen verschiedener Substanzen sindjedoch ein größeres Problem, da oft die erforderlichenKenntnisse fehlen. Substanzen können im Filter zerfal-len, ein Stoff kann im Filter durch einen anderen ersetztwerden und schiebt den ersten vor sich her mit ra-schem Durchbruch als Folge etc. etc.

Fig. 7. Die Kapazität als Funktion des Siedepunktes beieinigen Alkoholen und Monochloriden. Die Messungenwurden bei 22 °C, RL 50 %, 53,3 l/Min. und einerKonzentration von 1000 ppm durchgeführt.

ZusammenfassungLaut vorgenannten Problemstellungen in Verbindungmit der Anwendung von Atemschutzgeräten mit Gas-filter kann es schwierig sein, sich nur zu überlegen, wielange der Filter hält. Man kann sich sogar zu demGlauben hinreißen lassen, daß Atemschutzgeräte mitGasfiltern nur ungenügenden Schutz bieten und des-halb nicht verwendet werden sollten. Dies ist aber nichtder Fall. Atemschutzgeräte mit Gasfilter sind in vielerHinsicht ein ausgezeichneter Schutz und in zahlrei-chen Fällen der einzige Schutz, der in der Praxisüberhaupt funktioniert. Ich möchte mit diesem Artikeldarauf hinweisen, daß es keine einfache Antwort auf

Hexan

Kapazität eines A-Filters gegenHexan und Methylenchlorid

Methylenchlorid10000 ppm

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5000 ppm

1000 ppm

500 ppm

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Hexan30 % RL

70 % RL

80 % RL

80

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Kapazität eines A-Filters gegenHexan und Methylenchlorid

Methylenchlorid

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60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1600,0

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60,0

80,0

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120,0

Siedepunkt °C

MonochloridenAlkoholen

Kapazität eines A-FiltersResistenzdauer als Funktion des Siedepunktes

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die Frage nach der Lebensdauer eines Gasfilters gibt.Was tun?Die meisten Substanzen besitzen Warneigenschaften,die gewöhnlich anzeigen, wann ein Filterwechsel ange-bracht ist. Mit Warneigenschaften sind Geruch, Ge-schmack oder schleimhautreizende Wirkung der Sub-stanz gemeint. Die meisten Substanzen besitzen an-wendbare Warneigenschaften.

Substanzen mit schlechten oder keinen Warn-eigenschaftenGewisse Substanzen zeigen gute Warneigenschaftenin Form von beispielsweise Geruch. Nach längerer Zeitoder bei hoher Konzentration wird der Geruchssinnabgestumpft, so daß man nicht merkt, daß die Sub-stanz in der Luft vorhanden ist. Es gibt aber auch Stoffe,die überhaupt keine Warneigenschaften besitzen.

Bei Verwendung eines Atemschutzes gegen dieseStoffe müssen Konzentrationen und sonstige Verhält-nisse bekannt sein, um die Lebensdauer des Filtersbeurteilen und einen rechtzeitigen Filterwechsel vor-nehmen zu können. Noch besser ist ein Test direkt amArbeitsplatz, indem eine Testvorrichtung mit Filter auf-gebaut und Luft mit einer geeigneten Strömung durchden Filter gepumpt wird. An der aus dem Filter austre-tenden Luft wird gemessen, wann die Verunreinigun-gen beginnen, durchzudringen. Dies fordert eine geeig-nete Meßausrüstung sowie Kenntnisse bezüglich derBedienung, liefert jedoch das zuverlässigste Ergebnis.Auch hierbei ist natürlich bei der Feststellung derVerwendungsdauer für den Filter eine gewisseSicherheitsspanne einzuhalten und zu beachten, obVeränderungen in den Verhältnissen in der Umgebungs-luft auftreten.

Eine alternative LösungDie endgültige Lösung des Problems liegt selbstver-ständlich in der Veränderung der Arbeitsbedingungen,so daß kein Atemschutz erforderlich ist. Das ist jedochnicht die alternative Lösung, von der ich spreche, daeine Welt, in der kein Atemschutz mehr erforderlich ist,mit Sicherheit noch lange Zeit (1000 Jahre ?) auf sichwarten läßt. Mit alternativer Lösung meine ich vielmehreinen Atemschutz, den ich einsetzen muß, wenn esinfolge der Bedingungen nicht mehr möglich oder zuschwer ist, zuverlässigen Filterschutz zu verwenden.Diese alternative Lösung ist ein Atemschutzgerät mitDruckluftversorgung. Das heißt, der Anwender desAtemschutzgerätes atmet nicht länger die Umgebungs-luft ein sondern erhält die Atemluft von einem Druckluft-system. Damit entledigt man sich des Problems derWahl und des Wechsels von Filtern.

BEACHTEN SIE jedoch, daß sämtliche vorgenanntenMessungen an spezialgefertigten Laborfiltern durchge-führt wurden. Die Meßwerte in Minuten sind also nichtdirekt auf die im Handel erhältlichen Filter übertragbar.Dagegen sind die Variationen aufgrund verschiedenerTemperaturen, Feuchtigkeitsgehalten etc. für die imHandel erhältlichen Filter völlig relevant.Von Lennart Bäckman

Quellen: Die hier erwähnten Meßwerte stammen einer-seits von einem Projekt, das vom schwedischen Zen-tralamt für Arbeitsschutz und Arbeitshygiene initiiertund finanziert und von der Forschungsanstalt derLandesverteidigung durchgeführt wurde (Berechnungder Anwendungszeit eines A-Filters bei verschiedenenEinsatzbedingungen), andererseits aus dem AmericanIndustrial Hygiene Journal, July 1974 (Effect of SolventVapor, G.O. Nelson and C.A. Harder).