DGUV Information 203-038 - Beurteilung magnetischer Felder von Widerstandsschwei...

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Anhang 1, Beispiele zur Expositionsbewertung
Anhang 1
Beurteilung magnetischer Felder von Widerstandsschweißeinrichtungen (bisher: BGI 5011)

Anhangteil

Titel: Beurteilung magnetischer Felder von Widerstandsschweißeinrichtungen (bisher: BGI 5011)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 203-038
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Anhang 1 – Beispiele zur Expositionsbewertung

1
Allgemeines

Im Folgenden werden die notwendigen Schritte zur Bewertung der Exposition an verschiedenen Widerstandsschweißeinrichtungen erläutert.

Dabei wird vorausgesetzt, dass:

  • die Wahl der Messpunkte die Expositionssituation hinreichend berücksichtigt,

  • der zeitliche Verlauf des Schweißstromes und der Spitzen- oder Effektivwert der magnetischen Flussdichte bereits gemessen und aufgezeichnet wurden und somit bekannt ist (siehe Abschnitt 4.3),

  • innerhalb der maximalen Integrationszeit von TI = 1000 ms nur ein Schweißvorgang stattfindet.

1.1
50-Hz-Wechselstrom-Schweißeinrichtungen

Den folgenden Betrachtungen werden die in den Bildern 1 und 2 dargestellten zeitlichen Verläufe des Schweißstromes zugrunde gelegt.

Bild 1: Zeitlicher Verlauf des Schweißstromes während eines Schweißvorganges einer 50-Hz-Widerstandsschweißeinrichtung

Bild 2: Ausschnitt aus dem im Bild 1 dargestellten zeitlichen Verlauf des Schweißstromes während eines Schweißvorganges

Die Ergebnisse der Messung des Spitzenwertes der magnetischen Flussdichte sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1:
An unterschiedlichen Messorten gemessene Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte

MessortSpitzenwert der magnetischen Flussdichte B in mTExponiertes Körperteil
Abstand zum Schweißpunkt 6 cm35Hand
Abstand zum Schweißpunkt 20 cm5,1Rumpf
Mitte des Schweißfensters7,5ggf. Extremitäten

Schritt 1: Bestimmung der zeitlichen Summe aller Feldänderungen aus der Schweißzeit und Stromflusszeit für einen Schweißvorgang.

Die Schweißzeit und die Stromflusszeit werden aus den Bildern 1 und 2 bestimmt.

Aus Bild 1 ist zunächst die Schweißzeit zu bestimmen. Sie beträgt 30 Perioden von je 20 ms und gilt streng genommen nur für einen sinusförmigen Stromverlauf. Auf Grund der eingesetzten Phasenanschnittssteuerungen hat der Schweißstrom, wie im Bild 2 dargestellt, in der Regel einen lückenden Verlauf und weicht damit von der reinen Sinusform ab. Die Stromflusszeit ist damit gegenüber einen sinusförmigen Stromverlauf um die Anzahl der Stromlücken kürzer.

Bei dem im Bild 2 dargestellten Stromverlauf beträgt die Stromlücke in einer Halbwelle tHL = 3,8 ms.

Die Stromflusszeit und damit die Zeit der Feldänderungen τD betragen bei diesem Beispiel:

τD = ∑ τPi = 60 (10 ms - tHL) = 60 (10 ms - 3,8 ms) = 372 ms

Schritt 2: Bestimmung der zeitlichen Dauer eines Impulses/Impulszuges mit anschließender Pause.

Hier ist die Zeitdauer zwischen zwei Schweißvorgängen zu ermitteln.

Wie vorausgesetzt ist die Zeitdauer zwischen zwei Schweißvorgängen länger als 1 Sekunde (1000 ms). Damit kann die Integrationszeit TI auf TI = 1 s beschränkt werden (siehe Abschnitt 2 Nr. 11).

Schritt 3: Berechnung des Gewichtungsfaktors V

Zur Berechnung des Gewichtungsfaktors V wird nach Abschnitt 3.1 der Anlage 1 zur Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) folgende Formel benutzt.

  

mit

V= Gewichtungsfaktor
TI= Integrationszeit
τD= Zeitliche Summe aller Feldänderungen

In dieser Formel werden die im Schritt 1 und im Schritt 2 ermittelten Zeiten für TI und τD eingesetzt. Für den im Bild 1 dargestellten Schweißvorgang ergibt sich der Gewichtungsfaktor zu:

  

Schritt 4: Bestimmung der Frequenz der Feldänderung fP

Die Frequenz wird aus dem zeitlichen Verlauf des Stromes oder des Feldes ermittelt. Dies sollte an Hand eines Strom- oder Feldverlaufes mit hoher zeitlicher Auflösung, wie im Bild 2 dargestellt, erfolgen.

Nach der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) sind für sinusförmige Feldverläufe die Frequenz bestimmenden zeitlichen Parameter entsprechend Bild 3 zu bestimmen.

Bild 3: Bestimmung der frequenzbestimmenden zeitlichen Parameter τPi.

Auf Grund des Phasenanschnittes sind die ansteigenden und abfallenden Abschnitte der sinusähnlichen Halbwellen unterschiedlich. Sie haben in diesem betrachteten Fall folgende Zeiten:

  1. Anstiegszeit:

    τP1 = 2,6 ms

  2. Abfallzeit:

    τP2 = 3,6 ms

Die Frequenz der Feldänderung fP wird nach Abschnitt 3.1 der Anlage 1 zur Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) mit folgender Formel berechnet:

  

In dieser Formel steht τPmin für den kleinsten Wert der Zeitdauer einer Feldänderung. Für das Beispiel bedeutet dies, dass τPmin = τP1 ist. Die Frequenz fP beträgt damit:

  

Schritt 5: Bestimmung der zulässigen Werte

Bei einer 50-Hz-Wechselstrom-Schweißeinrichtung haben der Strom und damit auch das magnetische Feld einen sinusähnlichen Verlauf.

Damit ist die Bestimmung der mittleren zeitlichen Änderung und des Spitzenwertes der magnetischen Flussdichte nach Abschnitt 3.1 der Anlage 1 zur Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) ausreichend (siehe auch Abschnitt 4.4.5 dieser BG-Information).

  1. a)

    Mittlere zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte

    Zur Bestimmung der mittleren zulässigen zeitlichen Änderung der magnetischen Flussdichte ist die Tabelle 15 der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) anzuwenden. Für eine Frequenz von ca. 96 Hz ergibt sich:

      

    Mit dem im Schritt 3 berechneten Wert für den Gewichtungsfaktor V = 1,64 ergibt sich die mittlere zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte zu:

      

  2. b)

    Zulässiger Spitzenwert der magnetischen Flussdichte

    Der zulässige Spitzenwert der magnetischen Flussdichte wird durch Multiplikation des Wertes für die mittlere zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte mit dem kleinsten Wert für die Zeitdauer einer Feldänderung τPmin berechnet. Bei dem betrachteten Beispiel ist τPmin = τP1 (siehe Schritt 4). Somit gilt:

      

    Schritt 6: Beurteilung der Exposition

    Die Beurteilung der Exposition erfolgt an Hand des Vergleichs der Messwerte (siehe Tabelle 1) mit dem zulässigen Spitzenwert der magnetischen Flussdichte aus Schritt 5 (siehe Flussdiagramm in Abschnitt 4.4.5).

Im Folgenden erfolgt beispielhaft die Beurteilung (siehe auch Flussdiagramm im Bild 4) für den in der Tabelle 1 aufgeführten Messort "Abstand zum Schweißpunkt 20 cm", bei dem keine lokale Exposition angenommen wird.

  1. 1.

    Vergleich der Messwerte mit dem zulässigen Spitzenwert der magnetischen Flussdichte für den Expositionsbereich 1

    Es sind die im Schritt 5 berechneten zulässigen Werte mit dem in der Tabelle 1 aufgeführten Spitzenwert der magnetischen Flussdichte zu vergleichen.

    Für das Beispiel zeigt der Vergleich des maximal zulässigen Spitzenwertes der magnetischen Flussdichte (Bzul = 1,62 mT) mit den Werten der magnetischen Flussdichte die am Messort für die Exposition des Rumpfes (B = 5,1 mT) ermittelt wurden, dass der gemessene Wert der magnetischen Flussdichte über den zulässigen Wert liegt. Damit ist zu prüfen, ob nach der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) die zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition angewendet werden können.

  2. 2.

    Feststellen ob die zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition angewendet werden können

    Nach der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) können die zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition nur angewendet werden, wenn die Expositionszeit zwei Stunden am Tag nicht überschreitet. Nach Abschnitt 4.4.5 ist die Expositionszeit das Produkt aus der Anzahl der Schweißvorgänge pro Tag und der Stromflusszeit pro Schweißvorgang. Bei diesem Beispiel wurde die Stromflusszeit bereits im Schritt 1 mit τD = 372 ms ermittelt, zur Bestimmung der Expositionszeit ist daher nur noch die Anzahl der Schweißimpulse pro Tag zu ermitteln. Für das Beispiel werden 5000 Schweißvorgänge pro Tag angenommen (dies ist für manuell ausgelöste Schweißvorgänge eine hohe Anzahl). Die Expositionszeit beträgt somit:

    tExpo = 5000 τD = 5000 372 10-3 s = 1860 s

    mit

    tExpo= Expositionszeit in s
    τD= Stromflusszeit in s

    Die Dauer der Exposition liegt damit unterhalb von zwei Stunden pro Tag. Dies bedeutet, dass zur weiteren Beurteilung der Exposition die zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition angewendet werden können

  3. 3.

    Bestimmung der zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition

    Die zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition werden analog zu Schritt 5 berechnet. Für den Bereich erhöhter Exposition beträgt dann der zulässige Spitzenwert die magnetischen Flussdichte 3,07 mT.

  4. 4.

    Beurteilung der Messwerte anhand der zulässigen Werte für den Bereich erhöhter Exposition

    Die Beurteilung ist anlog zu der im Schritt 6 unter Nummer 1 beschriebenen Vorgehensweise durchzuführen. Danach zeigt der Vergleich, dass auch hier die Messwerte über den zulässigen Werten liegen. Das bedeutet, dass eine Gefährdung von Personen nicht mehr ausgeschlossen werden kann und Maßnahmen zur Minderung der Exposition durchgeführt werden müssen.

Bild 4: Flussdiagramm zur Expositionsbeurteilung für das Beispiel im Anhang 1Abschnitt 1.1 "50 Hz Widerstandsschweißeinrichtung"

Schritt 7: Überprüfung der Wirksamkeit durchgeführter Maßnahmen zur Reduzierung der Exposition

Falls im Schritt 6 festgestellt wird, dass Maßnahmen zur Reduzierung der Exposition erforderlich sind, sind nach der Auswahl und Umsetzung deren Wirksamkeit zu überprüfen, d.h. die Exposition am Arbeitsplatz muss - wie beschrieben - erneut beurteilt werden.

Hierzu ist der Spitzen- oder Effektivwert der magnetischen Flussdichte neu zu messen und mit den zulässigen Werten zu vergleichen (siehe Schritt 6).

1.2
Mittelfrequenz-Inverter-Schweißeinrichtung

Im Bild 5 ist der zeitliche Verlauf des Schweißstromes einer Mittelfrequenz-Inverter-Schweißeinrichtung für einen Schweißvorgang dargestellt.

Bild 5: Zeitlicher Verlauf des Schweißstromes während eines Schweißvorganges an einer Mittelfrequenz-Inverter-Schweißeinrichtung

Die Ergebnisse der Messung des Spitzenwertes der magnetischen Flussdichte sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2:
An unterschiedlichen Messorten gemessene Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte

MessortSpitzenwert der magnetischen Flussdichte in mTExponiertes Körperteil
Elektrodenarm
Messabstand 6 cm
22Hand
Schweißfenstermitte
Messabstand 40 cm
5,2Vorderseite Mitte
Rumpf

Der für eine Mittelfrequenz-Inverter-Schweißeinrichtung im Bild 5 dargestellte Stromverlauf zeigt einen Stromimpuls aus mehreren überlagerten Funktionen. Im Beispiel sind dies:

  1. a

    ein Gleichstromimpuls mit exponentiell ansteigenden und abfallenden Flanken

  2. b

    Welligkeit

    1. b1)

      aus der Gleichrichtung des Inverterstromes (hier 300 Hz).

    2. b2)

      auf Grund der Schaltfrequenz des Wechselrichters (hier 2 kHz).

    3. b3)

      auf der ansteigenden Flanke des Gleichstromimpulses

Für jede dieser Funktionen ist eine getrennte Bewertung der Exposition durchzuführen.

Die Schritte 1 bis 3 dienen der Bestimmung des Gewichtungsfaktor V für den gesamten Impulszug. Dieses Ergebnis ist für die Bewertung sowohl des Gleichstromimpulses a) als auch der Welligkeit b) heranzuziehen.

Schritt 1: Bestimmung der zeitlichen Summe der Feldänderungen

Bei dem im Bild 5 dargestellten zeitlichen Verlauf des Stromes finden wesentliche Änderungen der magnetischen Flussdichte während des gesamten Schweißvorgangs statt.

Bild 6: Ausschnitt aus Bild 5 für den zeitlichen Verlauf der abfallenden Flanke des Schweißstromes

Damit ergibt sich die zeitliche Summe der Feldänderungen τD aus der Summe der Stromzeit ts und der Zeitdauer der abfallenden Flanke τcf:

τD = ts + τCf = 22,85 ms + 2,62 ms = 25,47 ms

Schritt 2: Bestimmung der zeitlichen Dauer eines Impulses/Impulszuges mit anschließender Pause

Die Integrationszeit TI kann auf TI = 1 s beschränkt werden (siehe Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 2).

Schritt 3: Berechnung des Gewichtungsfaktors V

Der Gewichtungsfaktor wird analog zu Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 3 berechnet.

Für den im Bild 5 dargestellten Schweißvorgang hat der Gewichtungsfaktor den Wert:

  

  1. a)

    Gleichstromimpuls

    Auf Grund der Welligkeit des Stromes ist der Anstieg jedoch mehrfach unterbrochen, so dass dessen Bewertung nach Anhang 1Abschnitt 1.2 Teil b3) "Bewertung der überlagerten Welligkeit auf der ansteigenden Flanke des Gleichstromimpulses" zu erfolgen hat.

    Schritt 4: Bestimmung der Frequenz der Feldänderung

    Die Frequenz wird aus dem zeitlichen Verlauf der abfallenden Flanke des Stromes oder des Feldes bestimmt. Hierzu sind nach der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) zunächst die Frequenz bestimmenden zeitlichen Parameter für exponentielle Feldverläufe zu ermitteln. Für das Beispiel ist hierzu entsprechend Bild 6 der Zeitpunkt zu ermitteln, bei dem der Strom oder der Feldverlauf der abfallenden Flanke den Wert

      

    erreicht und wie im Bild dargestellt die Zeitdauer der Feldänderung τP = τPf zu bestimmen. Im betrachteten Beispiel ist τPf = 1,85 ms. Damit erhält man für die Frequenz der Feldänderung:

      

    Schritt 5: Bestimmung der zulässigen Werte

    Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 5.

    Auf Grund der exponentiellen abnehmenden Strom- bzw. Feldverlaufs wird entsprechend der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) zur Beurteilung der Exposition die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte benutzt.

    Es wird die Tabelle 14 der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) für die Frequenz f = 135,1Hz und dem Gewichtungsfaktor V = 6,3 angewendet. Daraus ergeben sich die in der Tabelle 3 aufgeführten maximalen zulässigen zeitlichen Änderungen.

    Tabelle 3:
    Maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte für die Frequenz f = 135,1 Hz

    Exponiertes KörperteilMaximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte in T/s
    Ganzkörper3,8
    Extremitäten9,4
    Hand75

    Schritt 6: Bewertung und Beurteilung

    Da sich die magnetische Flussdichte proportional zu dem sie verursachenden Strom verhält, kann die fehlende Feldgröße ΔB wie folgt berechnet werden:

      

    Für die von der Schaltfrequenz herrührende Welligkeit der magnetischen Flussdichte ergibt sich:

      

    mit

    ΔBexpÄnderung der magnetische Flussdichte der Flanke bis (1 - e-π/2)   
        Spitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte des Schweißimpulses aus Tabelle 2 gemessen am Elektrodenarm
    ΔIexpÄnderung des Schweißstromes der abklingenden Flanke bis (1 - e-π/2)
    Spitzenwert der Amplitude des Schweißstromes aus Bild 5

    Für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der abklingenden Flanke ergibt sich:

      

    Es sind die im Schritt 5 berechneten Werte für die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte mit dem berechneten Wert für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der abklingenden Flanke zu vergleichen.

    Für das Beispiel zeigt der Vergleich der maximal zulässigen zeitlichen Änderung der magnetischen Flussdichte für die Hand (75 T/s) mit den aus den Messungen berechneten Werten der Änderung der magnetischen Flussdichte (9,63 T/s), dass die die zulässigen Werte für die Exposition der Hand nicht überschritten werden.

    Schritt 7: Auswahl von Maßnahmen

    Da bei der Bewertung der Exposition der Hand keine Überschreitung der zulässigen Werte ermittelt wurde, sind keine besonderen Maßnahmen zur Reduzierung der Exposition notwendig.

    Die zusätzlichen Festlegungen des Abschnittes 4.4.6.3 sind zu beachten!

  2. b)

    Welligkeiten

    Die dem Schweißstrom überlagerten Welligkeiten sind im Bild 7 dargestellt.

    Bild 7: Überlagerte Welligkeiten, Ausschnitt aus dem im Bild 5 dargestellten zeitlichen Verlauf eines Schweißvorganges

    Bild 7 zeigt einen sinusähnlichen bzw. dreieckförmigen zeitlichen Stromverlauf für beide Welligkeiten. Die Bewertung der Exposition wird nach der im Anhang 1Abschnitt 1.1 beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt. Im Folgenden werden in den verschiedenen Schritten nur noch die zu berücksichtigenden Besonderheiten der beiden Welligkeiten erläutert.

    1. b1)

      Von der Gleichrichtung herrührende Welligkeit

      Für die im Bild 7 dargestellten Zusammenhänge für den Strom und die Frequenz der von der Gleichrichtung (Index G) und der von der Schaltfrequenz (Index s) herrührenden Welligkeit gilt:

      ΔIG < ΔIS

      fG < fS

      mit:

      fG < 1000 Hz

      fS > 1000 Hz

      Daraus folgt:

      • Für die zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte:

        Da nach der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) im Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 1000 Hz die zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte konstant ist, d.h. die zulässigen Werte der magnetischen Flussdichte mit zunehmender Frequenz abnehmen, gilt hinsichtlich der zulässigen Werte der beiden Welligkeiten:

        ΔBzulS ≤ ΔBzulG

        mit

        ΔBzulSZulässiger Änderung der magnetischen Flussdichte von der Schaltfrequenz herrührend
        ΔBzulGZulässiger Änderung der magnetischen Flussdichte von der Gleichrichtung herrührend
      • Für die magnetische Flussdichte:

        Werden anhand von Bild 7 die Stromstärkeänderungen der bei den Welligkeiten miteinander verglichen, so gilt für die magnetischen Flussdichten:

        ΔBS ≥ ΔBG

        mit

        ΔBSÄnderung der magnetischen Flussdichte von der Schaltfrequenz herrührend
        ΔBGÄnderung der magnetischen Flussdichte von der Gleichrichtung herrührend
        Ergebnis:Die Bewertung der Exposition der von der Gleichrichtung herrührenden Welligkeiten kann auf Grund der obigen Abschätzungen unterbleiben.
    2. b2)

      Von der Schaltfrequenz herrührende Welligkeit

      Bild 8 zeigt einen Ausschnitt aus dem zeitlichen Verlauf der von der Schaltfrequenz der Schweißstromquelle herrührenden Welligkeit.

      Bild 8: Von der Schaltfrequenz herrührende Welligkeit, Ausschnitt aus dem im Bild 5 dargestellten zeitlichen Verlauf eines Schweißvorganges

      Die Schritte 1 bis 3 wurden bereits durchgeführt - siehe Gesamtimpuls

      Schritt 4: Bestimmung der Frequenz der Feldänderung

      Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 4. Wie im Bild 8 dargestellt, werden die Zeiten τP1 und τP2 aus dem zeitlichen Verlauf des Stromes der überlagerten Welligkeit ausgelesen.

      Für das dargestellte Beispiel ist τP1 = 0,15 ms und τP2 = 0,1 ms. Damit ist der kleinste Wert der Zeitdauern τPmin = τP1 = 0,1 ms. Für die Frequenz der Feldänderung fP erhält man somit:

        

      Schritt 5: Bestimmung der zulässigen Werte

      Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 5.

      Es wird die Tabelle 15 der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) für die Frequenz f = 2500 Hz und dem Gewichtungsfaktor V = 6,3 angewendet.

      Daraus ergeben sich die in Tabelle 4 dargestellten mittleren zulässigen zeitlichen Änderungen und die zulässigen Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte für die Exposition unterschiedlicher Körperteile (siehe Abschnitt 4.4.5.3).

      Tabelle 4:
      Mittlere zulässige zeitliche Änderungen und zulässige Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte für die Frequenz f = 2500 Hz

      Exponiertes KörperteilMagnetischen Flussdichte
      mittlere zulässige zeitliche Änderung in T/sZulässiger Spitzenwert in mT
      Ganzkörper5,950,6
      Extremitäten14,91,5
      Hand11912

      Schritt 6: Beurteilung der Exposition

      Da sich die magnetische Flussdichte proportional zu dem sie verursachenden Strom verhält, kann die fehlende Feldgröße ΔB wie folgt berechnet werden:

        

      Für die von der Schaltfrequenz herrührende Welligkeit der magnetischen Flussdichte ergibt sich:

        

      mit

      ΔBSpitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte der von der Schaltfrequenz herrührenden Welligkeit in T
          Spitzenwert der der Amplitude der magnetischen Flussdichte des Schweißimpulses in T aus Tabelle 2
      IssSpitze-Spitze Wert der Amplitude des Stromes der von der Schaltfrequenz herrührenden Welligkeit aus Bild 8
      Spitzenwert der Amplitude des Schweißstromes in A aus Bild 5

      Es sind die im Schritt 5 berechneten zulässigen Werte mit dem berechneten Wert der Welligkeit der magnetischen Flussdichte ΔB zu vergleichen.

      Für das Beispiel zeigt der Vergleich des maximal zulässigen Spitzenwertes der magnetischen Flussdichte für die Hand (12,0 mT) mit den Werten der magnetischen Flussdichte die aus den Messungen ermittelt wurden (1,38 mT), dass die die zulässigen Werte für die Exposition der Hand nicht überschritten werden.

      Schritt 7: Auswahl von Maßnahmen

      Da bei der Bewertung der Exposition der Hand keine Überschreitung der zulässigen Werte ermittelt wurde, sind keine besonderen Maßnahmen zur Reduzierung der Exposition notwendig.

      Die zusätzlichen Festlegungen des Abschnittes 4.4.6.3 sind zu beachten!

    3. b3)

      Bewertung der überlagerten Welligkeit auf der ansteigenden Flanke des Gleichstromimpulses

      Die vorangegangenen Bewertungen der Exposition können unter Umständen nicht ausreichend sein wenn der Anstieg des Schweißstromes innerhalb weniger Perioden der Wechselrichtertaktfrequenz erfolgt.

      Eine zusätzliche Bewertung ist immer dann erforderlich, wenn gilt:

        

      Dabei ist N die Anzahl der Teilschwingungen mit Wechselrichtertaktfrequenz (siehe Bild 9) in der ansteigenden Flanke bis der Schweißstrom der ansteigenden Flanke den Wert:

        

      erreicht hat.

      Für das Beispiel ergeben sich aus dem, in den Bildern 5, 7 und 9 dargestellten Stromverläufen:

        

      Bild 9: Ansteigende Flanke des Schweißstromes, Ausschnitt aus dem im Bild 5 dargestellten zeitlichen Verlauf eines Schweißvorganges

      Die Anzahl der Teilschwingungen N ist damit kleiner als das Verhältnis des Spitzenwertes des Schweißstromes zum Spitze-Spitze Wert der Amplitude der von der Schaltfrequenz herrührenden Welligkeit. Damit ist eine zusätzliche Bewertung der ansteigenden Flanke des Schweißstromes erforderlich.

      Die Schritte 1 bis 3 wurden bereits durchgeführt - siehe Gesamtimpuls

      Schritt 4: Bestimmung der Frequenz der Feldänderung

      Zunächst ist der kleinste Wert der Zeitdauern τPmin = τP zu bestimmen. Dieser Wert ist, für den dargestellten exponentiellen Stromverlauf, aus der ersten Teilschwingung des Wechselrichtertaktes in der ansteigenden Flanke des Schweißstromes zu ermitteln (siehe Bild 10).

      Bild 10: Bestimmung des frequenzbestimmenden zeitlichen Parameters τP

      Aus Bild 10 wird für τPmin = τP = 0,36 ms ausgelesen.

      Die Frequenz der Feldänderung fP wird analog zum Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 4 berechnet. Man erhält somit:

        

      Schritt 5: Bestimmung der zulässigen Werte

      Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 5.

      Auf Grund der exponentiellen abnehmenden Strom- bzw. Feldverlaufs wird entsprechend der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) zur Beurteilung der Exposition die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte benutzt.

      Es wird die Tabelle 14 der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) für die Frequenz f = 695 Hz und dem Gewichtungsfaktor V = 6,3 angewendet. Daraus ergeben sich die in der Tabelle 5 aufgeführte maximalen zulässigen zeitlichen Änderungen.

      Tabelle 5:
      Maximal zulässige zeitliche Änderungen der magnetischen Flussdichte für die Frequenz f = 695 Hz

      Exponiertes KörperteilMaximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte in T/s
      Ganzkörper3,8
      Extremitäten9,4
      Hand75

      Schritt 6: Beurteilung der Exposition

      Für die von der Schaltfrequenz herrührende Welligkeit der magnetischen Flussdichte ergibt sich:

        

      mit

      1. ΔB

        Änderung der magnetischen Flussdichte der ersten Teilschwingung des Wechselrichtertaktes in der ansteigenden Flanke des Schweißstromes

      2.  

           Spitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte des Schweißimpulses aus Tabelle 1 gemessen am Elektrodenarm

      3. ΔI

        Änderung des Schweißstromes der ersten Teilschwingung des Wechselrichtertaktes in der ansteigenden Flanke des Schweißstromes aus Bild 10

      4. Spitzenwert der Amplitude des Schweißstromes aus Bild 5

      Für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der ersten Teilschwingung ergibt sich:

        

      Es sind die im Schritt 5 berechneten Werte für die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte mit dem berechneten Wert für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der abklingenden Flanke zu vergleichen.

      Für das Beispiel zeigt der Vergleich der maximal zulässigen zeitlichen Änderung der magnetischen Flussdichte für die Hand (75 T/s) mit den aus den Messungen berechneten Werten der Änderung der magnetischen Flussdichte (21,66 T/s), dass die die zulässigen Werte für die Exposition der Hand nicht überschritten werden.

      Schritt 7: Auswahl von Maßnahmen

      Da bei der Bewertung der Exposition der Hand keine Überschreitung der zulässigen Werte ermittelt wurde, sind keine besonderen Maßnahmen zur Reduzierung der Exposition notwendig.

      Die zusätzlichen Festlegungen des Abschnittes 4.4.6.3 sind zu beachten!

1.3
Kondensator-Entladungs-Schweißeinrichtung

Im Bild 11 ist der zeitliche Verlauf des Schweißstromes einer Kondensator-Entladungs-Schweißeinrichtung für einen Schweißvorgang dargestellt.

Dieser besteht aus einer Aneinanderreihung zweier Exponentialfunktionen. Für jede dieser Signalkomponenten muss eine getrennte Bewertung durchgeführt werden.

Bild 11: Zeitlicher Verlauf des Schweißstromes während eines Schweißvorganges an einer Kondensator-Entladungs-Schweißeinrichtung

Die für die Expositionsbewertung notwendigen Zeitparameter und Werte der magnetischen Flussdichte können nachfolgender Tabelle entnommen werden.

Tabelle 6:
Zeitparameter und Werte der magnetischen Flussdichte für den Zeitverlauf des Schweißstromes in Bild 11

  Spitzenwert der magnetischen Flussdichte der ansteigenden Flanke6,35 mT
  Spitzenwert der magnetischen Flussdichte der abfallenden Flanke6,85 mT
τPr 1,8 ms
τCr 2,5 ms
τPf 3,3 ms
τCf 4,5 ms

Die Expositionsbestimmung erfolgt in diesem Fall für die Position Vorderseite Mitte Rumpf.

Schritt 1: Bestimmung der zeitlichen Summe der Feldänderungen

Bei dem im Bild 11 dargestellten zeitlichen Verlauf des Stromes finden wesentliche Änderungen der magnetischen Flussdichte während der Zeit gesamten Schweißvorgangs statt.

Damit ergibt sich die zeitliche Summe der Feldänderungen τD aus der Summe der Zeitdauern der beiden Flanken:

τD = τCr + τCf = 2,5 ms + 4,5 ms = 7 ms

Schritt 2: Bestimmung der zeitlichen Dauer eines Impulses/Impulszuges mit anschließender Pause

Die Integrationszeit TI kann auf T = 1 s beschränkt werden (siehe Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 2).

Schritt 3: Berechnung des Gewichtungsfaktors V

Der Gewichtungsfaktor wird analog zu Anhang 1 Schritt 3 berechnet.

Für den im Bild 5 dargestellten Schweißvorgang hat der Gewichtungsfaktor den Wert:

  

Schritt 4: Bestimmung der Frequenz der Feldänderungen

Die Frequenz wird aus dem zeitlichen Verlauf der jeweiligen Flanke des Stromes oder des Feldes bestimmt. Hierzu sind nach der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) zunächst die Frequenz bestimmenden zeitlichen Parameter für exponentielle Feldverläufe zu ermitteln. Für das Beispiel ist hierzu entsprechend Bild 11 der jeweilige Zeitpunkt für die ansteigende und die abfallende Flanke zu ermitteln. Aus den ermittelten Zeitdauern (siehe Tabelle 6) kann die jeweilige Frequenz bestimmt werden:

  

  

Schritt 5: Bestimmung der zulässigen Werte

Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1Abschnitt 1.1 Schritt 5.

Auf Grund der exponentiellen abnehmenden Strom- bzw. Feldverlaufs wird entsprechend der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) zur Beurteilung der Exposition die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte benutzt.

Die ermittelten Frequenzen liegen beide im Frequenzbereich 1 bis 1000 Hz. Die anzuwendende Tabelle 14 der Unfallverhütungsvorschrift "Elektromagnetische Felder" (BGV B11) weist bei der Ermittlung der zulässigen Werte keine Abhängigkeit zur Frequenz aus, so dass hierzu lediglich der Gewichtungsfaktor V = Vmax = 8 herangezogen werden muss. Damit ergibt sich für die maximal zulässige zeitliche Änderungen der magnetischen Flussdichte für den Expositionsbereich 1 ein Wert von 4,8 T/s.

Schritt 6: Bewertung und Beurteilung

Für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der gemessenen ansteigende Flanke ergibt sich:

  

Für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der abfallende Flanke ergibt sich:

  

Es sind die im Schritt 5 berechneten Werte für die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte mit dem berechneten Wert für die maximale zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte der jeweiligen Flanke zu vergleichen.

Hieraus ergibt sich, dass sowohl der Wert aus ansteigenden als auch aus der abfallende Flanke die maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte von 4,8 T/s nicht überschreiten.

Schritt 7: Auswahl von Maßnahmen

Die untersuchte Position stellt für den Bediener eine so genannte Worst-Case-Situation dar, so dass zur Arbeitsplatzbewertung "Bedienposition" keine weitere Untersuchung notwendig ist. Da bei der Bewertung der Exposition in der gemessenen Position keine Überschreitung des zulässigen Wertes ermittelt wurde, sind hieraus keine Maßnahmen zur Reduzierung der Exposition notwendig.