- Empfehlungen für ihre Anwendung an Arbeitsplätzen -

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24. September 2015, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Berlin

Erläuterungen zu EMF-Beurteilungsverfahren

- Empfehlungen für ihre Anwendung an Arbeitsplätzen -

Hannah Heinrich

Workshop “Elektromagnetische Felder an Arbeitsplätzen”

Es war einmal …

ICNIRP Guidelines

ÎBasis- und zulässige Werte orientieren sich an sinusförmigen Dauersignalen einer Frequenz

Î Nur wenige Informationen zur Behandlung nicht sinusförmiger und gepulster Felder

1998:

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Gleichzeitige Exposition gegenüber mehreren Quellen mit unterschiedlichen Frequenzen wird durch Summenformeln abgedeckt

Aber:

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Die Wortwahl ist genauestens zu beachten ! Es gibt keinen Automatismus !

Speziell im Niederfrequenzbereich müssen mehrere Faktoren erfüllt sein, damit sich eine Überlagerung ergibt

Werden die Bedingungen erfüllt, sind keine weiteren Untersuchungen notwendig Sind die Bedingungen jedoch nicht erfüllt, so darf daraus nicht geschlossen werden, dass eine unzulässige Exposition vorliegt Im Allgemeinen ungeeignet zu Festlegung von Sicherheitsabständen

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2003: ICNIRP-Statement zur Behandlung gepulster und komplexer nicht-sinusförmiger Expositionen

Verwendbarkeit der Summenformeln durch Einbeziehung von Phaseninformation verbessert

Nächster logischer Schritt, falls die Bedingungen der Summenformeln aus den ICNIRP-Guidelines nicht erfüllt sind

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Überbewertung wird etwas gemildert

„Sicherheitszuschlag“ beträgt im Niederfrequenzbereich fast 2 Größenordnungen bei beruflicher Exposition Für Einzelpulse sogar noch größer

Ursache für unnötige

Maßnahmen ohne zusätzlichen Sicherheitsgewinn!

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Zur Begründung für dieses Verfahren wird angeführt, dass das

Tiefpassverhalten dem stark vereinfachten elektrophysiologischen Modell einer myelenisierten Nervenzelle entspricht.

Dies wird auch als Grund dafür genannt, dass das Verhalten der Gewichtsfunktion der Antwort eines einfachen RC-Filters (Tiefpass/

Hochpass)entsprechen soll.

Jokela (2000) führt einschränkend aus, dass das

“vorgestellte Modell zur Begrenzung der Maximalwerte ein lineares Modell ist, dass nur sehr grob das nicht-lineare Stimulationsmodell annähert.

Für nicht-lineare Systeme ist die Antwort auf zwei gleichzeitige Erregungen nicht notwendigerweise additiv; in anderen Worten, das Ausgangssignal ist nicht einfach die Summe der beiden Systemantworten.”

Methode der gewichteten Spitzenwerte

Beispiel

Grundschwingung

Stimulationswirkung: 100 %

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Beispiel

Oberschwingung (= Grundschwingung * 5)

Stimulationswirkung: 100 %

Beispiel

Grundschwingung + Oberschwingung

Stimulationswirkung: 97,5 %

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Beispiel

Grundschwingung - Oberschwingung

Stimulationswirkung: 60 %

ICNIRP Guidelines

Î Klarstellung, dass eine Additivität elektrischer und magnetischer Felder grundsätzlich nicht gegeben ist

Î Weiterhin Summenformeln zur Bewertung von Expositionen gegenüber Feldern mit mehreren Frequenzen

Î Zusätzliche Angaben zur Bewertung nicht-sinusförmiger Expositionen – Verweis auf die Publikation von 2003

2010:

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ICNIRP (2010):

Grundannahme – “es ist stets möglich solch ein Feld in diskrete Spektralanteile, z.B. durch Verwendung der Fourier Transformation, zu zerlegen und darauf die oben angegebenen Formeln zur Bewertung von Feldern mehrerer Frequenzen (Summenformeln) anzuwenden” – setzt die Linearität des betrachteten Systems voraus, die – wie bereits ausgeführt – nicht gegeben ist.

Außerdem wird eingeräumt:

„Zusätzlich können durch die Abtastung und Fensterung bei der Fourier Transformation Frequenzen entstehen, die das lineare Summationsergebnis künstlich erhöhen.“

Methode der gewichteten Spitzenwerte

• “Diskreter” oder abschnittsweise linearer Ansatz

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Methode der gewichteten Spitzenwerte

• “Analytischer” oder abschnittsweise linearer Ansatz

“Die Summe der gewichteten Spektralkomponenten darf zu keiner Zeit t innerhalb des Bewertungsintervalls, das eine Periode des gepulsten oder nicht-sinusförmigen Signals umfassen soll, den Wert 1 überschreiten.

Die für die Bewertung verwendeten Zeitschritte müssen kleiner als die oder gleich 1/10 der Periodendauer der größten relevanten Spektralkomponente sein.” (DIN EN 50505)

Methode der gewichteten Spitzenwerte

• “Analytischer” oder abschnittsweise linearer Ansatz

“Diese frequenzabhängigen Grenzwerte werden normalerweise durch eine Kombination von geraden Linien mit Winkeln, die konstanten Werten sowie Anstiegen und Abfällen mit der Frequenz von 20 dB oder 40 dB je Dekade entsprechen, angenähert.

Die Verwendung dieser Werte für analytische Summationsverfahren

kann zum Problem künstlicher Oszillationen an den Eckfrequenzen der

Grenzwerte führen.” (DIN EN 50505)

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Methode der gewichteten Spitzenwerte

• “Analytischer” oder abschnittsweise linearer Ansatz

“ICNIRP hat ein zulässiges alternatives Summierungsverfahren festgelegt, bei dem . . . eine Gewichtungsfunktion eingesetzt wird, deren Größe gleich dem Kehrwert des frequenzabhängigen Spitzenwertes des Grenzwertes ist.

Die Phase der Gewichtungsfunktion beruht auf der im ICNIRP-Dokument festgelegten Grenzfrequenz.

Amplitude und Phase der Gewichtungsfunktion muss mit Filtern erster Ordnung gebildet werden.” (DIN EN 50505)

Methode der gewichteten Spitzenwerte

• “Analytischer” oder abschnittsweise linearer Ansatz

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Methode der gewichteten Spitzenwerte

• Ansatz mit “Wichtungsfunktion”

Methode der gewichteten Spitzenwerte

• Ansatz mit “Wichtungsfunktion”

“Dieser Ansatz verhindert das oben beschriebene Problem der künstlichen Schwingungen. Die Größe der verwendeten Gewichtungsfunktion ergibt Werte, die an den Eckfrequenzen von den Tabellen in den Richtlinien um bis zu +3 dB/-6 dB abweichen.

Nach dem ICNIRP-Standpunkt hinsichtlich Gesundheit und Arbeitsschutz ist

dieser Ansatz zulässig, da die Richtlinien selbst konservativ entwickelt

wurden.” (DIN EN 50505)

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Methode der gewichteten Spitzenwerte

• Ansatz mit “Wichtungsfunktion”

Erweiterte angemessene Bewertungsunsicherheiten nach DIN EN 50505:

Anwendungsbeispiele

Effektivwerte der Auslöseschwellen für die Exposition gegenüber

magnetischen Feldern im Frequenzbereich von 1 Hz bis 10 MHz nach Tabelle

B2 des Anhangs II der Richtlinie 2013/35/EU

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Anwendungsbeispiele

Spitzenwerte der Auslöseschwellen für die Exposition gegenüber

magnetischen Feldern im “erweiterten” Frequenzbereich von 0 Hz bis 10 MHz

Anwendungsbeispiele

Amplitudengang der Gewichtungsfunktion für die hohen Auslöseschwellen

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Anwendungsbeispiele

Phasengang der Gewichtungsfunktion für die hohen Auslöseschwellen

2001: Unfallverhütungsvorschrift BGV B11

Bewertung gepulster Felder integraler Bestandteil

„Einfaches“ Verfahren auf physiologischer Basis

Gewährleistung der Sicherheit ohne wesentliche Überbewertung der Exposition Ź

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Seit über 10 Jahren existiert im Rahmen der Unfallverhütungsvorschrift BGV B11 ein Verfahren, dass sich in der Praxis sehr bewährt hat, da es mit einfachen Mitteln und auf physiologischer Basis die Expositionen gegenüber nicht-

sinusförmigen und gepulsten Feldern hinreichend genau beschreibt und dabei die Überbewertung auftretender Expositionen und somit auch unnötige Maßnahmen vermeidet.

Dieses Verfahren wurde an die aktuellen Erfordernisse der Richtlinie 2013/35/EU angepasst.

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Kondensatorentladungsschweißen

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WPM-Bewertungsfehler

• Unterbewertungen von bis zu 68 %

• Überbewertungen von bis zu 45 %

50-Hz-Schweißstromquelle mit Phasenanschnitt

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WPM-Bewertungsfehler

• Unterbewertungen von bis zu 15 %

• Überbewertungen von bis zu 158 %

Zusammenfassung

Wie den vorstehenden Beispielen entnommen werden kann, liefert das an die Erfordernisse der Richtlinie 2013/35/EU angepasste Bewertungsverfahren der Unfallverhütungsvorschrift BGV B11 stets eine korrekte Bewertung der tatsächlichen Exposition.

Alle für die Expositionsbewertung nach der Zeitbereichs-Bewertungs-Methode notwendigen Parameter sind klar definiert und auch in komplexen Situationen einfach anwendbar.

Zusätzliche Anwendungshilfen, z.B. BGI 5011, erleichtern dem Nutzer den

Einstieg in die korrekte Bewertung von gepulsten und nicht-sinusförmigen

Feldern nach der Zeitbereichs-Bewertungs-Methode (ZBM).

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Zusammenfassung

Bei der Anwendung der Methode der gewichteten Spitzenwerte ergibt sich ein anderes Bild.

Wie gezeigt werden konnte, sind viele Parameter nicht, nicht ausreichend oder zum Teil widersprüchlich definiert, wodurch sich Probleme bei der praktischen Anwendung der Methode der gewichteten Spitzenwerte ergeben.

Aufgrund der komplexen Beziehung zwischen Eingangssignal, Wahl der Abtastfrequenz und spektraler Begrenzung sowie der praktischen Umsetzung der notwendigen Signalanalyse kann eine geeignete Wahl aller notwendigen Parameter erst bei detaillierter Kenntnis des Gesamtsystems vorgenommen werden.

Damit wird deutlich, dass die Methode der gewichteten Spitzenwerte nicht einfach auf beliebige Eingangssignale angewendet werden kann.

Bereits geringe Schwankungen der Eingangsparameter können zu erheblichen Unterschieden in der Expositionsbewertung führen.