Schutzgase: Verwendungszwecke und Sicherheitshinweise

Egal ob beim Schweißen, in der Elektrotechnik oder zur Haltbarmachung von Lebensmitteln – Schutzgase begegnen uns nahezu täglich. Aber was verbirgt sich hinter diesem Begriff eigentlich genau?

Mit dem vorliegenden Beitrag beleuchten wir die unterschiedlichen Arten von Schutzgasen mitsamt ihrer Anwendungsbereiche und geben Empfehlungen zum sicheren Umgang.

Inhaltsverzeichnis

Was sind Schutzgase?

Der Begriff Schutzgase bezeichnet Gase oder Gasgemische, die eine schützende Atmosphäre erzeugen. Ziel ist es, empfindliche Prozesse oder Produkte vor den Einflüssen der Umgebungsluft zu schützen – insbesondere vor Sauerstoff, Wasserdampf und anderen Luftbestandteilen, die Oxidation, unerwünschte chemische Reaktionen oder Qualitätsverluste verursachen können.

Häufige Anwendung finden Schutzgase bei verpackten Lebensmitteln, die auf diese Weise länger haltbar sind. Ein weiteres wichtiges Feld ist das Schweißen, bei dem eine schützende Atmosphäre rund um den Lichtbogen und das Schmelzbad entsteht. Das reduziert Oxidation, verbessert die Nahtqualität und kann – je nach Verfahren – auch die Prozessstabilität und Produktivität erhöhen.

Daneben finden Schutzgase noch weitere Verwendung in Einsatzgebieten wie beispielsweise der Medizin, Elektro- oder Härtetechnik.

Welche Schutzgase gibt es?

Abhängig vom konkreten Einsatzfeld kommen meistens folgende Gase zum Einsatz:

Argon (sehr häufig beim MIG-/WIG-Schweißen, auch allgemein als Schutzgas)
Helium (u. a. für spezielle Anwendungen beim MIG-/WIG-Schweißen, häufig zur Erhöhung der Wärmeeinbringung)
Kohlendioxid (häufig als aktiver Anteil in Schweißgasgemischen, teils auch als Packgas in Lebensmitteln)
Sauerstoff (als kleiner aktiver Anteil in Schweißgasen oder als Packgas – z. B. zur Farbhaltung bei rotem Fleisch, je nach Produktkonzept)
Stickstoff (inert/reaktionsträge im Alltag, erstickend durch Sauerstoffverdrängung; häufig als Packgas, teilweise auch als Formier-/Spülgas)

Wie bereits angedeutet, gibt es eine Vielzahl an Gasgemischen, deren Zusammensetzung sich je nach Anwendung unterscheidet. Die Hersteller benutzen bei diesen Produkten zumeist eigene Bezeichnungen. Beispielsweise sogenanntes Oxyweld C18, auch bekannt als Corgon oder Stargon, das beim MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas-Schweißen) von Baustählen Verwendung findet. Die 18 bezieht sich in diesem Fall auf den prozentualen Kohlendioxid-Anteil im Verhältnis zum Argon.

Wir empfehlen Ihnen aufgrund der Vielzahl an Optionen, sich im Vorfeld genau zu informieren, welches Schutzgas bzw. Gemisch für Ihren Anwendungsfall das richtige ist.

Anwendung von Schutzgasen in der Lebensmittelindustrie

„Unter Schutzatmosphäre verpackt“ – diesen Hinweis findet man häufig auf eingeschweißten Lebensmitteln. Denn Fleisch, Fertiggerichte, Aufschnitt & Co. würden unter normalen Bedingungen sehr schnell verderben, austrocknen oder ihr Aroma verlieren. Um die dafür verantwortlichen chemischen und mikrobiologischen Prozesse zu verlangsamen, kommen Schutzgase zum Einsatz.

Je nach Lebensmittel verwendet die Lebensmittelindustrie dann beispielsweise Stickstoff (inert) oder Kohlendioxid (hemmend auf bestimmte Mikroorganismen). Teilweise enthalten Gasgemische auch einen erhöhten Sauerstoffanteil, damit z. B. die rote Farbe bestimmter Fleischprodukte länger erhalten bleibt.

Wichtig zur Kennzeichnung: Wenn die Haltbarkeit durch Packgase verlängert wurde, ist der Hinweis „unter Schutzatmosphäre verpackt“ verpflichtend. Die einzelnen Gase müssen dabei in der Praxis in der Regel nicht einzeln auf dem Etikett genannt werden; der Schutzatmosphären-Hinweis ist die zentrale Pflichtangabe.
Einige Schutzgase sind – je nach Produktkategorie und Vorgaben – auch im Bio-Bereich unter bestimmten Voraussetzungen zulässig.

Übrigens: Entgegen mancher Darstellungen gilt Schutzatmosphäre-Verpackung nach aktuellem Wissensstand nicht grundsätzlich als gesundheitsschädlich. Wie bei vielen Ernährungsthemen hängt die Bewertung eher von Produkt, Gesamternährung und Verarbeitung ab – nicht allein vom verwendeten Packgas.

Schutzgase in der Schweißtechnik

Egal ob privat oder gewerblich: Ein wichtiger Bestandteil von Schweißverfahren ist der Einsatz von Schutzgasen. Sie schützen den Lichtbogen (die Wärmequelle) sowie das Schmelzbad (das flüssige Metall, das die Werkstücke verbindet) vor dem Eindringen von Atmosphärengasen.

Andernfalls können Poren an den Schweißnähten, Ablagerungen (z. B. bei Aluminium) oder sogar Risse entstehen. Die Wahl des richtigen Schutzgases hat allerdings auch in anderer Hinsicht einen positiven Einfluss auf das Endergebnis und nicht zuletzt auch auf die Produktivität, darunter:

Verbesserung der Prozessstabilität am Lichtbogen
Beeinflussung von Einbrand, Nahtform und Spritzerbildung
Angepasste Wärmeeinbringung je nach Werkstoff und Blechdicke

Die Frage, welches Schutzgas am besten zum Schweißen geeignet ist, lässt sich wie vorher bereits angedeutet pauschal nicht beantworten – wohl aber die um den Verbrauch.

Wie viel Schutzgas benötige ich beim Schweißen?

Bei der Vielzahl an verfügbaren Flaschengrößen (normal sind ungefähr fünf bis 50 Liter) ist dies eine der häufigsten Fragen, die im Rahmen von Schutzgasschweißen auftauchen. Hier spielt vor allem die gewünschte Mobilität eine Rolle. Sehr große Schutzgasflaschen sind schlichtweg schwerer und unhandlicher zu transportieren.

Mit diesem Wissen im Hinterkopf gibt es eine Faustregel, die die Gasdurchflussmenge beim MAG- und MIG-Schweißen (Metall-Aktivgas- bzw. Metall-Inertgas-Schweißen) grob angibt:

Faustregel MIG/MAG:
10 bis 12 Liter/Minute je Millimeter Drahtdurchmesser (Richtwert, abhängig u. a. von Düse, Nahtform und Zugluft).

Beim WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen) hängt der Gasdurchfluss unter anderem von Stromstärke, Düsengröße und Anwendung ab. Typische Richtwerte (Argon) sind z. B.:

5–80 A: ca. 5–6 l/min
70–140 A: ca. 6–7 l/min
140–230 A: ca. 7–8 l/min
225–330 A: ca. 8–10 l/min

Hinweis von GASPROFI:
Sie haben weitere Fragen zu Gas und gasführenden Teilen? Dann schauen Sie sich unser Gaslexikon an. Dort finden Sie nicht nur Antworten auf häufige Fragen zu anderen Gasen, sondern erhalten auch hilfreiche Informationen zum allgemeinen Transport und zu Hintergründen.

Inertes Schutzgas und aktive Gase

Die weiter oben genannten Schutzgase lassen sich noch genauer einteilen, und zwar in inerte (reaktionsträge) und aktive Schutzgase.

Die Bezeichnung Inertgase geht zurück auf das lateinische “inert”, was für träge steht. Das bezieht sich auf die Reaktionsfähigkeit mit anderen Elementen – was sie ideal zum Beispiel für das Schweißen macht. Von den oben aufgelisteten Schutzgasen zählen Argon und Helium typischerweise zu den inerten Gasen; Stickstoff wird im Alltag ebenfalls häufig als reaktionsträge eingesetzt, kann aber je nach Werkstoff/Temperatur in Spezialfällen Einfluss haben.

Anders – und erst einmal scheinbar kontraproduktiv – verhält es sich mit aktiven Gasen wie etwa Sauerstoff oder Kohlendioxid. Diese Komponenten beeinflussen bei hohen Temperaturen gezielt das Prozessverhalten. Wie lassen sich diese dann beispielsweise beim Schweißen einsetzen?

Die Antwort liegt im MAG-Schweißen. Eine vollständige Erklärung dieses Verfahrens geht an dieser Stelle zu weit, in Kurzform geht es aber darum, die Reaktionsfreudigkeit zu seinem Vorteil zu nutzen und so das Schweißergebnis positiv zu beeinflussen. Oftmals kommen dabei Mischungen aus inerten und aktiven Gasen zum Einsatz, um die Prozesse besser zu kontrollieren.

Was ist beim Umgang mit Schutzgasen zu beachten?

Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Gasen und ihrer Gemische fällt es schwer, spezifische Vorschriften bzw. Hinweise zu erstellen. Im Zweifel sollten Sie daher immer die Informationen auf der Gasflasche beachten oder, falls Sie sich unsicher sein sollten, einen Experten fragen.

Dennoch gibt es – teilweise abgeleitet vom allgemeinen Gefahrengut „Gas“ – einige grundsätzliche Hinweise und Empfehlungen zur Sicherheit:

Auch schon leichte Windstöße können die Wirkung von Schutzgasen beim Schweißen verringern oder sogar komplett aufheben. Das kann nicht nur das Schweißergebnis negativ beeinflussen, sondern auch gefährlich sein (z. B. instabiler Lichtbogen, Spritzer, mehr Rauch).
Brennbare Gase (z. B. Acetylen) und brandfördernde Gase (z. B. Sauerstoff) sollen in Räumen getrennt gelagert werden; als Richtwert gilt ein Abstand von mindestens 2 m zwischen entzündbaren und oxidierenden Gasen. Inerte Gase dürfen dabei häufig zusätzlich mit gelagert werden – entscheidend sind Menge, Lagerort und konkrete Rahmenbedingungen.
Bei Lagerung im Freien sind Abstände zu Anlagen/Einrichtungen, von denen eine Brandgefährdung ausgehen kann, von mindestens 5 m ein gängiger Richtwert (bzw. alternativ Schutzmaßnahmen wie Schutzwände).
Stehende Gasflasche gegen Umstürzen sichern; liegende Flaschen gegen Wegrollen sichern.
Beim Transport einen Flaschenwagen mit Sicherungskette verwenden.
Achten Sie bei inerten Gasen besonders auf die mögliche Erstickungsgefahr im Auto, wenn Gas austritt.
Wiederbefüllbare Druckgasflaschen haben in der Regel eine wiederkehrende Prüffrist (oft 10 Jahre). Maßgeblich sind jedoch die Stempel/Prägungen auf der Flasche – bei Unsicherheit bitte beim Lieferanten nachfragen.

Achten Sie außerdem darauf, dass die Gasflasche beim Kauf mit dem Schutzbügel (Cage) oder einem Tragegriff ausgerüstet ist.

Hinweis von GASPROFI:Je nach Gas bzw. Gasgemisch besteht in geschlossenen Räumen nicht nur Erstickungs-, sondern auch Brandgefahr (z. B. bei oxidierenden Gasen). Achten Sie deshalb auf eine gute Belüftung und halten Sie mögliche Zündquellen von den Schutzgasen fern.

Als wichtiges Bauteil ist zudem der Gasdruckminderer zu nennen, der für die sichere Entnahme des Gases aus der Flasche verantwortlich ist und einen präzisen, konstanten Gasfluss garantiert. Achten Sie hierbei darauf, ein Modell zu verwenden, das für das verwendete Schutzgas und den entsprechenden Druck ausgelegt ist.

Wie immer beim Umgang mit gasführenden Teilen gilt: Bei Beschädigungen oder Fehlfunktionen den Druckminderer austauschen und keinesfalls versuchen, ihn selbst zu reparieren!

Die DIN EN ISO 14175:2008-06

Im Zuge des sicheren Umgangs mit Schutzgas spielt auch die DIN EN ISO 14175 eine wichtige Rolle. Sie heißt vollständig „Schweißzusätze – Gase und Mischgase für das Lichtbogenschweißen und verwandte Prozesse“ und ist in Deutschland in der Ausgabe 2008-06 als aktuelle Norm gelistet.

Die im Titel genannten „verwandten Prozesse“ beziehen sich dabei unter anderem auf

das Plasmaschweißen und -schneiden,
Laserstrahlschweißen und -schneiden,
Wolfram-Inertgasschweißen sowie das
Metall-Schutzgasschweißen.

In der DIN EN ISO 14175 werden Schutzgase und Gasgemische systematisch klassifiziert und bezeichnet (also „welches Gasgemisch gehört zu welcher Gruppe und wofür ist es gedacht“). Das hilft bei Auswahl, Vergleich und Dokumentation – gerade dann, wenn Hersteller unterschiedliche Handelsnamen verwenden.

Wichtig zur Kennzeichnung: Unabhängig von ISO 14175 müssen Gasflaschen und -behälter in der Praxis immer eindeutig über Etikett/Produktbezeichnung sowie die relevanten Gefahrstoff- und Gefahrgutkennzeichnungen identifizierbar sein. Zusätzlich gibt es für die Farbkennzeichnung der Flaschenschulter eigene Regeln (z. B. nach EN 1089-3), wobei sich diese primär auf die Schulterfarbe beziehen.

Fazit

Schutzgase spielen in vielen Industrien und Branchen eine erhebliche Rolle. Dementsprechend wichtig ist aus unserer Sicht daher die Auseinandersetzung mit dem sicheren Umgang und der Frage, welche Gase wann zu verwenden sind. Bei Fragen sollten Sie im Zweifelsfalle aber immer einen Sachverständigen kontaktieren.