Im Folgenden werden die notwendigen Schritte zur Bewertung der Exposition an verschiedenen Widerstandsschweißeinrichtungen erläutert.
Dabei wird vorausgesetzt, dass:
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.
| Messort | Spitzenwert der magnetischen Flussdichte B in mT | Exponiertes Körperteil |
| Abstand zum Schweißpunkt 6 cm | 35 | Hand |
| Abstand zum Schweißpunkt 20 cm | 5,1 | Rumpf |
| Mitte des Schweißfensters | 7,5 | ggf. Extremitäten |
Tabelle 1: An unterschiedlichen Messorten gemessene Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte
| 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 = Σ 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:
| Anstiegszeit: | τP1 = 2,6 ms |
| 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).
| 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:
| 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. | 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 dem 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. | 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 = 1860s | ||
| 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. | 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 der magnetischen Flussdichte 3,07 mT. | ||
| 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 1 Abschnitt 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).
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.
| Messort | Spitzenwert der magnetischen Flussdichte in mT | Exponiertes Körperteil |
| Elektrodenarm Messabstand 6 cm | 22 | Hand |
| Schweißfenstermitte Messabstand 40 cm | 5,2 | Vorderseite Mitte Rumpf |
Tabelle 2: An unterschiedlichen Messorten gemessene Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte
Der für eine Mittelfrequenz-Inverter-Schweißeinrichtung im Bild 5 dargestellte Stromverlauf zeigt einen Stromimpuls aus mehreren überlagerten Funktionen. Im Beispiel sind dies:
| a) | ein Gleichstromimpuls mit exponentiell ansteigenden und abfallenden Flanken | |
| b) | Welligkeit | |
| b1) | aus der Gleichrichtung des Inverterstromes (hier 300 Hz). | |
| b2) | auf Grund der Schaltfrequenz des Wechselrichters (hier 2 kHz). | |
| 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 1 Abschnitt 1.1 Schritt 2).
| Schritt 3: | Berechnung des Gewichtungsfaktors V |
Der Gewichtungsfaktor wird analog zu Anhang 1 Abschnitt 1.1 Schritt 3 berechnet.
Für den im Bild 5 dargestellten Schweißvorgang hat der Gewichtungsfaktor den Wert:
| a) | Gleichstromimpuls |
Auf Grund der Welligkeit des Stromes ist der Anstieg jedoch mehrfach unterbrochen, so dass dessen Bewertung nach Anhang 1 Abschnitt 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 1 Abschnitt 1.1 Schritt 5.
Auf Grund des 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.
| Exponiertes Körperteil | Maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte in T/s |
| Ganzkörper | 3,8 |
| Extremitäten | 9,4 |
| Hand | 75 |
Tabelle 3: Maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte für die Frequenz f = 135,1 Hz
| 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
| ΔBexp | Änderung der magnetische Flussdichte der Flanke bis (1-e-π/2) |
|
Spitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte des Schweißimpulses aus Tabelle 2 gemessen am Elektrodenarm |
| ΔIexp | Änderung 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 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!
| 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 1 Abschnitt 1.1 beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt. Im Folgenden werden in den verschiedenen Schritten nur noch die zu berücksichtigenden Besonderheiten der beiden Welligkeiten erläutert.
| 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:
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
| ΔBzulS | Zulässiger Änderung der magnetischen Flussdichte von der Schaltfrequenz herrührend |
| ΔBzulG | Zulässiger Änderung der magnetischen Flussdichte von der Gleichrichtung herrührend |
Werden anhand von Bild 7 die Stromstärkeänderungen der beiden Welligkeiten miteinander verglichen, so gilt für die magnetischen Flussdichten:
ΔBS ≥ ΔBG
mit
| ΔBS | Änderung der magnetischen Flussdichte von der Schaltfrequenz herrührend |
| ΔG |
Änderung 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. |
| 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 1 Abschnitt 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 tPmin = tP1 = 0,1 ms. Für die Frequenz der Feldänderung fP erhält man somit:
| Schritt 5: | Bestimmung der zulässigen Werte |
Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1 Abschnitt 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).| Exponiertes Körperteil | Magnetische Flussdichte | |
| mittlere zulässige zeitliche Änderung in T/s | Zulässiger Spitzenwert in mT | |
| Ganzkörper | 5,95 | 0,6 |
| Extremitäten | 14,9 | 1,5 |
| Hand | 119 | 12 |
Tabelle 4: Mittlere zulässige zeitliche Änderungen und zulässige Spitzenwerte der magnetischen Flussdichte für die Frequenz f = 2500 Hz
| 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
| ΔB | Spitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte der von der Schaltfrequenz herrührenden Welligkeit in T |
|
Spitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte des Schweißimpulses in T aus Tabelle 2 |
| Iss | Spitze-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 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!
| 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 den 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 1 Abschnitt 1.1 Schritt 4 berechnet. Man erhält somit:
| Schritt 5: | Bestimmung der zulässigen Werte |
Es gelten die Erläuterungen gemäß Anhang 1 Abschnitt 1.1 Schritt 5.
Auf Grund des 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.
| Exponiertes Körperteil | Maximal zulässige zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte in T/s |
| Ganzkörper | 3,8 |
| Extremitäten | 9,4 |
| Hand | 75 |
Tabelle 5: Maximal zulässige zeitliche Änderungen der magnetischen Flussdichte für die Frequenz f = 695 Hz
| Schritt 6: | Beurteilung der Exposition |
Für die von der Schaltfrequenz herrührende Welligkeit der magnetischen Flussdichte ergibt sich:
mit
| ΔB | Änderung der magnetischen Flussdichte der ersten Teilschwingung des Wechselrichtertaktes in der ansteigenden Flanke des Schweißstromes |
|
Spitzenwert der Amplitude der magnetischen Flussdichte des Schweißimpulses aus Tabelle 1 gemessen am Elektrodenarm |
| ΔI | Änderung des Schweißstromes der ersten Teilschwingung des Wechselrichtertaktes in der ansteigenden Flanke des Schweißstromes aus Bild 10 |
|
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 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!
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.
r  Bmax r |
Spitzenwert der magnetischen Flussdichte der ansteigenden Flanke | 6,35 mT |
| f Bmax f |
Spitzenwert der magnetischen Flussdichte der abfallenden Flanke | 6,85 mT |
| τPr | 1,8 ms | |
| τCr | 2,5 ms | |
| τPf | 3,3 ms | |
| τCf | 4,5 ms |
Tabelle 6: Zeitparameter und Werte der magnetischen Flussdichte für den Zeitverlauf des Schweißstromes in Bild 11
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 des 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 1 Abschnitt 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 1 Abschnitt 1.1 Schritt 5.
Auf Grund des 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.