BGHM-Forschungsprojekt – Teil 3

Elektromagnetische Felder beim Schweißen

Reparaturschweißzange während der Messungen im Rahmen des Forschungsprojektes. © BGHM

Reparaturschweißzange während der Messungen im Rahmen des Forschungsprojektes.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden umfangreiche Untersuchungen an Schweißeinrichtungen hinsichtlich der Einwirkung elektromagnetischer Felder (EMF) durchgeführt. Die Ergebnisse zum Lichtbogenhandschweißen wurden in der BGHM-Aktuell 1/2019 veröffentlicht, die zu Untersuchungen an Elektroschweißeinrichtungen in Ausgabe 3/2019. Teil 3 der Reihe stellt Messergebnisse an Reparaturschweißzangen (RSZ) vor.

Im Forschungsprojekt wurden die Magnetfeldimmissionen von vier unterschiedlichen Reparaturschweißzangen sowohl mit in der Zange integrierten als auch mit externen Transformatoren betrachtet. Die Messungen wurden entlang mehrerer Achsen in unterschiedlichen Distanzen durchgeführt. Folgende Tabelle listet die betrachteten Reparaturschweißzangen auf (kA = Kiloampère):

Zange Schweißstrom Fenstergröße Stromquelle
RSZ1 9 kA ca. 19 x 11 cm² DC (Inverter) – Trafo extern (Kabelzange)
RSZ2 9 kA – 13,5 kA ca. 18 x 10 cm² DC (Inverter) – Trafo in Zange (Trafozange)
RSZ3 9 kA – 13,5 kA ca. 21 x 11 cm² DC (Inverter) – Trafo in Zange (Trafozange)
RSZ4* 9 kA ca. 21 x 12 cm² DC (Inverter) – Trafo extern (Kabelzange)

*Vom Hersteller explizit als konform zu den Anforderungen der Vorgängerversion 2004/40/EG der aktuellen EU-Richtlinie 2013/35/EU gekennzeichnet.

Die Messungen und Berechnungen ergaben hinsichtlich der verursachten Magnetfeldexposition relativ große Streubreiten. Ursachen dafür sind die unterschiedlichen Schweißstromformen und die Geometrien der Zangenfenster. Die Relevanz der Schweißstromform für die resultierende Exposition zeigte sich besonders bei RSZ 4, die vom Hersteller als konform zu den Anforderungen der Vorgängerversion EU-RL 2004/40/EG der aktuellen EU-Richtlinie 2013/35/EU gekennzeichnet wird. Abweichend von allen anderen untersuchten Geräten liefert die Stromquelle dieses Gerätes einen kontrolliert langsamen Stromanstieg und Stromabfall am Ende der Schweißzeit von (dI/dt)mittel ca. 0,12 kA/ms mit einer sehr geringen vom Inverter verursachten Welligkeit. Die dadurch gegenüber den anderen Geräten erzielte Verringerung des Expositionsindex an vergleichbaren Messpunkten bei vergleichbaren Schweißstrom-(effektiv)werten lag teilweise bei mehr als einer Zehnerpotenz. Die ermittelten Werte für die Zange RSZ 4 liegen bereits ab einem Abstand von 10 cm unterhalb der unteren Auslöseschwelle, während für die anderen Zangen dies erst ab 20 bis 30 cm Abstand zur Zange gegeben ist.

Die Trafozangen verursachten in der Nähe des Kabels geringere Expositionen als Kabelzangen. Die Expositionen bei der Trafozange RSZ 2 waren sogar geringer als jene von Kabelzange RSZ 4, obwohl diese bezüglich der Stromform besonders günstig ausgelegt ist. Allerdings ist dies nicht zwingend der Fall, da je nach Inverter-Technologie die Stromverlaufsform im Kabel deutlich von der Stromverlaufsform in der Zange abweichen kann. Ein Beispiel dafür ist Trafozange RSZ 3, bei der die Immissionen oder Expositionsindizes in der Nähe des Kabels nicht wesentlich geringer sind als im Bereich des Zangenfensters.

Im Hinblick auf die Annäherung der Hände oder des Körpers an das Kabel wurden Computersimulationen mit vereinfachten Modellannahmen für die Stromverlaufsform von RSZ 1 durchgeführt. Die genutzten vereinfachten Modellannahmen eines Einzelleiters für den Kabelschlauch mit Hin- und Rückleiter generieren sehr konservative Ergebnisse. Die verwendeten Zeitverläufe wurden jeweils aus jenen Messdaten abgeleitet, die auf den höchsten Expositionen bezüglich der hohen Auslöseschwellen für Gliedmaßen basieren.

Bedingungen in der Praxis einfach einzuhalten

Für die betrachtete Auswahl von Reparaturschweißzangen können konservativ zusammengefasst die folgenden Bedingungen angegeben werden, für die das Arbeiten möglich ist, ohne dass Konflikte mit den Auslösewerten nach EU-RL 2013/35/EU oder EMFV (Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch elektromagnetische Felder) erwartet werden müssen:

  • Distanz zwischen Zange oder Kabel und Kopf > 30 cm
  • Distanz zwischen Zange oder Kabel und Rumpf > 25 cm
  • Distanz zwischen Zangenfenster oder Kabel und Gliedmaßen > 15 cm

Die genannten Mindestabstände wurden von jener Zange abgeleitet, die zu den größten Expositionen führte. Für alle anderen untersuchten Geräte gelten geringere Mindestabstände. Dies gilt besonders für die oben genannte Zange RSZ 4.

Für das bestimmungsgemäße Halten der Zangen am Griff (mit Auslöser) ergaben sich aus den Messungen keine Hinweise auf Konflikte mit den Auslöseschwellen. Bezüglich der Annäherung des Körpers und insbesondere der Hände an den Kabelschlauch zeigten Berechnungen, dass mit keinen Konflikten bezüglich der Expositionsgrenzwerte für gesundheitliche Wirkungen zu rechnen ist, solange der Kabelschlauch nicht schleifenförmig um die Gliedmaßen oder den Körper gelegt wird.

Für die Arbeit mit den meisten Reparaturschweißzangen werden diese Bedingungen in der Praxis relativ einfach einzuhalten sein und es sind, abgesehen von einer entsprechenden Unterweisung der Beschäftigten, keine weiteren Maßnahmen seitens des Unternehmers nötig, um die Forderungen der EMFV zu erfüllen.

René Stieper, BGHM