DGUV Information 209-010 - Lichtbogenschweißen (DGUV Information 209-010)

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Abschnitt 3.2, 3.2. Schutzmaßnahmen
Abschnitt 3.2
Lichtbogenschweißen (DGUV Information 209-010)
Titel: Lichtbogenschweißen (DGUV Information 209-010)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-010
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 3.2 – 3.2. Schutzmaßnahmen

Bei Elektrowerkzeugen wie Bohrmaschine und Winkelschleifer sind alle unter elektrischer Spannung stehenden Teile gegen Berühren geschützt. Durch die Schutzmaßnahmen zum Basis- und Fehlerschutz besteht keine Möglichkeit, die unter Spannung stehenden Teile zu berühren.

Beim Lichtbogenschweißen dagegen können nicht alle spannungsführenden Teile isoliert werden. Kein Berührungsschutz besteht z. B. gegenüber der Schweißelektrode. Werden Elektrode und Werkstück gleichzeitig berührt, wird die Schweißspannung somit zur Berührungsspannung.

Folgende im Schweißstromkreis unter Spannung stehende Teile sind von der Grundforderung des Berührungsschutzes ausgenommen:

  • Stabelektroden

  • Kontaktflächen des Elektrodenhalters

  • Düsenvorderteil und Elektrode am Schweißbrenner

  • Anschlussvorrichtung am Werkstück für die Schweißstromrückleitung

  • Werkstücke

  • Schweißvorrichtungen, Schweißtische, Zulagen

Damit müssen für das Lichtbogenschweißen insbesondere die in den Kapiteln 3.2.1 bis 3.2.5 beschriebenen Schutzmaßnahmen angewendet werden.

3.2.1
Netzspannungsseite

Der empfindlichste Teil der Netzseite ist die Zuleitung. Diese ist besonders gegen Beschädigungen zu schützen. Wenn beim Verändern des Aufstellungsorts der Schweißstromquelle die Netzzuleitung beschädigt werden kann, muss sie vorher vom Netz getrennt werden. Beim Verschieben ist jede Beschädigung der Leitung zu vermeiden: So können beispielsweise die Räder der Stromquelle die Leitung leicht gegen ein kantiges Profil drücken und dabei die Leitungsisolation zerstören. Hierzu reicht ein Weg von nur wenigen Zentimetern aus! Natürlich müssen Leitungen auch während des Schweißens gegen Beschädigungen - besonders gegen Überfahren - geschützt werden.

Abb. 3-4 Sicherung der Schweißleitung gegen Beschädigung beim Überfahren.

Abb. 3-5 30 mA FI-Schutzschalter - RCD (englisch: residual current protective device)

Bei längeren Arbeitsunterbrechungen müssen Schweißgeräte vom Netz getrennt werden, um Gefährdungen durch die Leerlaufspannung während dieser Zeit von vornherein unmöglich zu machen. Längere Arbeitsunterbrechungen sind z. B. auch Essenspausen und Schichtwechsel.

Ein sehr guter Schutz gegen Gefährdungen auf der Netzspannungsseite sind FI Schutzschalter (siehe Abb. 3-5) mit max. 30 mA Auslösestrom. Erkennt der FI-Schutzschalter einen Fehler, wird der dazugehörige Stromkreis vom Netz getrennt. Für moderne Schweißstromquellen (Invertertechnik) wird ein FI-Schutzschalter Typ B empfohlen.

3.2.2
Schweißgeräte

Der Netzstrom ist zur direkten Verwendung für das Lichtbogenschweißen nicht geeignet. Die beim Lichtbogenschweißen unregelmäßig auftretenden Kurzschlüsse würden das Stromnetz erheblich stören. Zum Lichtbogenschweißen werden daher spezielle Stromquellen benötigt. Sie müssen das "Werkzeug" Strom in jeder gewünschten Form, d. h. Gleich- oder Wechselstrom, gepulst oder konstant, mit oder ohne Rampen etc., zur Verfügung stellen können. Die Bauart von Schweißstromquellen reicht damit heute vom "einfachen" Transformator bis zum computergesteuerten Typ in Inverterbauweise.

Herstellfirmen von Schweißeinrichtungen richten sich bei der Konzeption und Produktion ihrer Geräte üblicherweise nach Bauvorschriften/Normen. Die Betreibenden sollten bei ihrer Bestellung eine Geräteausführung nach der Normenreihe DIN EN IEC 60974 fordern.

Leerlaufspannung

Wenn der Lichtbogen brennt, tritt - je nach Schweißverfahren und Art der verwandten Elektrode - eine Arbeitsspannung von 15 bis 40 V auf. Wenn der Lichtbogen nicht brennt, liegt zwischen den Anschlussstellen der Schweißleitungen die Leerlaufspannung an. Sie ist wesentlich höher als die Arbeitsspannung. Die Leerlaufspannung wird benötigt, um den Lichtbogen zünden zu können. Die zulässigen Höchstwerte der Leerlaufspannung (siehe Abb. 3-6) sind für verschiedene Einsatzbedingungen so festgelegt, dass sie alle Schweißaufgaben ermöglichen, aber unnötig große Gefährdungen vermeiden. Die Höchstwerte sind für Gleich- und Wechselspannung als Scheitelwerte festgelegt. Für Wechselspannung sind zusätzlich die Effektivwerte einzuhalten.

Tabelle 2 Zulässige Höchstwerte der Leerlaufspannung

EinsatzbedingungMax. zulässige Leerlaufspannung in Volt Spannungsart
GleichspannungWechselspannung
ScheitelwertEffektivwert
Erhöhte elektrische Gefährdung1136848
Ohne erhöhte elektrische Gefährdung11311380
Begrenzter Betrieb ohne erhöhte elektrische Gefährdung 1)1137855
Schweißbrenner maschinell geführt 2)141141100
Plasmaschneiden500--
Unter Wasser mit Personen im Wasser 3)65unzulässig
1)

Die Leistung von Schweißstromquellen für begrenzten Betrieb nach DIN EN 60974-6 ist durch die Einschaltdauer (Temperaturwächter) und die Stromstärke (bis 160 A) eingeschränkt. Hier handelt es sich um Heimwerkergeräte für Laien.

2)

Schweißbrenner gelten als maschinell geführt, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

  1. 1.

    Der Brenner darf nicht von Hand gehalten werden.

  2. 2.

    Die Leerlaufspannung muss selbsttätig abgeschaltet werden, wenn nicht geschweißt wird.

  3. 3.

    Der Schutz gegen direktes Berühren aktiver Teile muss:

    • mindestens der Schutzart IP 2X entsprechen

    • oder durch eine Gefahrenminderungseinrichtung sichergestellt sein

3)

Die Schweißstelle, der Schweißprozess und die unter Wasser schweißende Person befinden sich in Kontakt mit dem umgebenden Wasser. Schweißstromquellen befinden sich grundsätzlich in trockener Umgebung.

Das Einhalten der maximal zulässigen Leerlaufspannung allein bietet keine ausreichende Sicherheit. Auch bei Einhaltung dieser Spannungswerte können Unfälle mit Todesfolge bei niedrigen Widerständen im Stromweg nicht ausgeschlossen werden. Daher ist eine isolierende Ausrüstung, wie Schutzkleidung für das Schweißen, Sicherheitsschuhe, Handschuhe und eine isolierende Unterlage, zwingend erforderlich.

Auf dem Leistungsschild von Stromquellen wird der Bemessungswert der Leerlaufspannung nach DIN EN 60974-1 wie folgt angegeben:

  • für Wechselspannung: nur als Effektivwert

  • für Gleichspannung: als arithmetischer Mittelwert anstelle des Scheitelwerts

Drahtvorschubgeräte

Wenn der Scheitelwert der Leerlaufspannung 75 V und - bei Wechselspannung - zusätzlich den Effektivwert 50 V überschreiten kann, müssen die Schweißdrahthaspel und die übrigen unter Schweißspannung stehenden Teile gegen zufälliges Berühren geschützt sein.

In Verbindung mit Schweißstromquellen für maschinell geführte Schweißbrenner, bei denen die Leerlaufspannung selbsttätig abgeschaltet wird, ist kein Berührungsschutz erforderlich.

Drahtvorschubgeräte, die kein gemeinsames Gehäuse mit der Schweißstromquelle haben, müssen deutlich erkennbar und dauerhaft mit der Art der Antriebsspannung und der vorgesehenen Leerlaufspannung gekennzeichnet sein.

3.2.3
Schweißspannungsseite

Die Schweißstromrückleitung muss direkt und übersichtlich geführt sein und gut leitend am Werkstück oder an der Werkstückaufnahme angeschlossen werden. Stahlkonstruktionen, Gleise, Rohrleitungen, Stangen und Ähnliches dürfen nicht zur Rückleitung des Schweißstromes verwendet werden.

3.2.4
Vagabundierende Schweißströme

Nicht nur dem Menschen kann ein unbeabsichtigter Stromfluss schaden. Auch Bauteile und Leitungen können durch vagabundierende Schweißströme beschädigt werden. Oftmals sind z. B. Schutzleiter von Motoren an Kranen und Bearbeitungsstationen und an handgeführten Arbeitsmitteln sowie leitfähige Trag- und Anschlagmittel betroffen, da diese nicht für die großen Schweißströme ausgelegt sind. Vagabundierende Schweißströme können auftreten, wenn die Werkstücke geerdet sind oder während des Schweißens mit Elektrowerkzeugen der Schutzklasse I (mit Schutzleiteranschluss) in Berührung kommen und Fehler im Schweißstromkreis vorliegen (Abb. 3-6). Bei unsachgemäßem Anschluss der Schweißstromrückleitung kann Schweißstrom über den Schutzleiter fließen und ihn zerstören. Deshalb ist anzustreben, die Antriebsmotoren an Vorrichtungen und Absaugtischen soweit wie möglich isoliert anzubauen oder die Schutzmaßnahme "Schutztrennung" zu verwenden, um den Schutzleiter völlig getrennt vom Schweißstromkreis halten zu können.

Vagabundierende Ströme können auftreten, wenn der Schweißstromrückleitungsanschluss am Werkstück fehlt oder der Stabelektrodenhalter oder Schweißbrenner nicht isoliert abgelegt werden.

3.2.5
Lichtbogenschweißen mit mehreren Stromquellen

Schweißen mehrere Schweißerinnen und Schweißer mit mehreren Stromquellen an einem Werkstück oder an mehreren elektrisch leitend miteinander verbundenen Werkstücken, so können unzulässig hohe Berührungsspannungen auftreten. Wenn Schweißstromquellen und Zusatzgeräte oder mehrere Schweißstromquellen zusammengeschaltet sind, gilt die resultierende Spannung als Leerlaufspannung. Sie darf bei keiner Einstellung und Schaltung von Stromquellen und Zusatzgeräten die festgelegten Höchstwerte der Leerlaufspannung überschreiten.

Abb. 3-6 Elektrowerkzeuge der Schutzklasse I (mit Schutzleiteranschluss) mit Schweißwerkstücken

Bei Anlagen mit mehreren zusammengeschalteten Stromquellen darf weder die Leerlaufspannung der einzelnen Stromquelle noch die resultierende Leerlaufspannung aller zusammengeschalteten Geräte die zulässigen Höchstwerte überschreiten.

Rückspannung am gezogenen Netzstecker

Am gezogenen Netzstecker einer Stromquelle kann eine gefährliche Rückspannung in Größenordnung der Netzspannung auftreten, wenn die Stromquelle durch ihre Schweißleitungen mit einer eingeschalteten Stromquelle in Reihe oder parallel geschaltet ist.

Summenspannung zwischen zwei Stabelektrodenhaltern bzw. Schweißbrennern

Bei Reihenschaltung summieren sich die Leerlaufspannungen der Stromquellen. Dadurch kann zwischen zwei Stabelektrodenhaltern oder Schweißbrennern eine Spannung bis zur doppelten Leerlaufspannung auftreten. Da dieser Fall nicht ohne weiteres zu erkennen ist, dürfen schweißende Personen nicht gleichzeitig zwei Stabelektrodenhalter oder Schweißbrenner anfassen.

Den Einfluss von Stromart, Netzanschluss und Polung auf die Summe der Schweißspannungen zwischen zwei Stabelektrodenhaltern oder Schweißbrennern zeigen folgende Beispiele:

Abb. 3-7 Einfluss der Polung von Gleichstromquellen auf die Summenspannung. Die zum Schweißen gewählte Polung ist schweißtechnisch bedingt.

Abb. 3-8 Einfluss der Sekundärpolung von Wechselstromquellen mit Netzanschluss an gleichen Phasen auf die Summenspannung

Abb. 3-9 Einfluss der Sekundärpolung von Wechselstromquellen mit Netzanschluss an verschiedenen Phasen auf die Summenspannung

Gleichstrom

Der Netzanschluss ist ohne Einfluss auf die Summe der Schweißspannungen. Wenn gleichzeitig mit verschiedener Polung geschweißt wird, summieren sich die Leerlaufspannungen der beiden Schweißstromquellen (siehe Abb. 3-7). Dadurch kann die maximal zulässige Leerlaufspannung bis zum Doppelten überschritten werden.

Schutzmaßnahmen

  1. 1.

    Beschäftigte auf Gefahr hinweisen

  2. 2.

    schweißende Personen möglichst so weit auseinander arbeiten lassen, dass nicht zwei Stabelektrodenhalter bzw. Schweißbrenner gleichzeitig berührt werden können

  3. 3.

    falls Angaben unter Punkt 2. nicht umsetzbar, Arbeitsplätze durch isolierende Wände trennen (auch transportabel)

Wechselstrom

Der Netzanschluss hat Einfluss auf die Summe der Schweißspannungen.

Zum Ausgleich der Belastung der einzelnen Phasen erfolgt der Netzanschluss häufig an verschiedenen Phasen (Abb. 3-8 und 3-9).

Neben der Sekundärpolung beeinflusst auch der Phasenanschluss die Höhe der Summe der Leerlaufspannung zweier Wechselstromquellen.

Die Summenspannung kann die maximal zulässige Leerlaufspannung bis zum Doppelten überschreiten.

Schutzmaßnahmen

  1. 1.

    Beschäftigte auf Gefahren hinweisen

  2. 2.

    Vor Schweißbeginn Spannung zwischen Stabelektrodenhaltern bzw. Schweißbrennern messen:

    1. a)

      Die Summenspannung U überschreitet nicht den Höchstwert der zulässigen Leerlaufspannung - erst dann darf geschweißt werden.

    2. b)

      Die Summenspannung überschreitet den Höchstwert der zulässigen Leerlaufspannung - die Sekundärpolung an einer Wechselstromquelle ist zu vertauschen, eine weitere Messung muss bestätigen, dass die Summenspannung den Höchstwert der maximal zulässigen Leerlaufspannung nicht mehr überschreitet - erst dann darf geschweißt werden.

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