Elektromagnetische Felder beim Betrieb von Maschinen - Gegenüberstellung der Richtlinie 2013/35/EU mit der DGUV-Vorschrift 15

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1 Autor: Uwe Struß, BGHM Elektromagnetische Felder beim Betrieb von Maschinen - Gegenüberstellung der Richtlinie 2013/35/EU mit der DGUV-Vorschrift Einleitung In Arbeitsbereichen, in denen elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder auftreten, kommt derzeit die DGUV-Vorschrift 15 (bisher BGV B11) zur Anwendung. Durch das Inkrafttreten der europäischen Richtlinie 2013/35/EU über Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch physikalische Einwirkungen (elektromagnetische Felder, EMF) muss überprüft werden, ob eine Neubewertung von Aufenthaltsbereichen in der Nähe von Maschinen und Anlagen erforderlich ist. Die EU-Richtlinie muss bis zum 1. Juli 2016 in nationales Recht umgesetzt werden. Dies erfolgt durch eine EMF-Verordnung (Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch elektromagnetische Felder). Mit der Erstellung von Technischen Regeln wird in den kommenden Jahren die EMF-Verordnung konkretisiert. In der Richtlinie 2013/35/EU werden Mindestanforderungen für den Schutz der Arbeitnehmer gegen Gefährdungen ihrer Gesundheit und Sicherheit durch Einwirkung von elektromagnetischen Feldern während ihrer Arbeit festgelegt. Es werden Auslöseschwellen und Expositionsgrenzwerte genannt, die sich auf physikalische Größen aus neueren Empfehlungen der Internationalen Kommission für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP - International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) stützen. Demgegenüber werden in der DGUV Vorschrift 15 als Grenzwerte Basiswerte angegeben, aus denen zulässige Werte nach einem 4-Zonenkonzept (Expositionsbereich 2, Expositionsbereich 1, Bereich erhöhter Exposition, Gefahrbereich) abgeleitet werden. Die Basiswerte der DGUV-Vorschrift 15 beruhen auf ICNIRP-Empfehlungen aus dem Jahr Im folgenden Beitrag werden die grundlegenden Vorgehensweisen nach DGUV-Vorschrift 15 und der neuen Richtlinie 2013/35/EU gegenübergestellt und die abgeleiteten Werte mit den Auslösewerten über die Frequenz verglichen. Außerdem wird dargelegt, welche Auswirkung Seite 1 von 13

2 die EU-Richtlinie auf den Schutz der Beschäftigten bei der Arbeit hat und ob eine Neubewertung betroffener Arbeitsplätze erfolgen muss. 2. Grundlagen Elektromagnetische Felder (EMF) sind statische elektrische, statische magnetische sowie zeitvariable elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder mit Frequenzen bis 300 GHz. Die im menschlichen Körper auftretenden Wirkungen durch EMF sind stark abhängig von deren Frequenz. Im niederfrequenten Bereich sind die Reizwirkungen und im hochfrequenten Bereich die Wärmewirkungen dominierend. Die Reizwirkungen durch EMF niedrigerer Frequenzen beeinflussen direkt Muskel- und Nervenfunktionen. Bei der Weiterleitung von Nervensignalen im Körper sind elektrische Signale von kleinsten Spannungen beteiligt. Wenn diese Signale überlagert werden, führt das bei mittleren Feldstärken zu einer Sinneswahrnehmung (vorübergehende Symptome wie Schwindelgefühl oder Magnetophosphene (Lichtwahrnehmungen)) und kann bei extremen Feldstärken auch zu ernsten Störungen der Nerven, der Muskeln, des zentralen Nervensystems und der Herzaktion bis hin zum Herzkammerflimmern führen. Mit ansteigender Frequenz sind zunehmend thermische Wirkungen, also Wärmewirkungen zu berücksichtigen. Eine zu starke punktuelle Erwärmung im Auge durch Mikrowellenstrahlung führt zum Beispiel zu einer irreversiblen Linsentrübung ( Grauer Star ) und kann damit zum Verlust der Sehkraft führen. Neben den oben genannten unmittelbaren Wirkungen durch die Reiz- und thermische Beeinflussung des menschlichen Körpers kann es auch zu mittelbaren Wirkungen durch das Vorhandensein eines Gegenstands in einem elektromagnetischen Feld kommen, wie beispielsweise: Störungen bei elektronischen medizinischen Vorrichtungen und Geräten, einschließlich Herzschrittmachern und anderen implantierten oder am Körper getragenen medizinischen Geräten, Verletzungsrisiko durch die Projektilwirkung ferromagnetischer Gegenstände in statischen Magnetfeldern, Seite 2 von 13

3 Auslösung von elektrischen Zündvorrichtungen (Detonatoren), Brände und Explosionen, verursacht durch die Entzündung brennbarer Materialien durch Funkenbildung aufgrund von induzierten Feldern, Kontaktströmen oder Funkenentladungen und Kontaktströme. 3. Basiswerte / abgeleitete Werte der DGUV-Vorschrift 15 und Auslösewerte / Expositionsgrenzwerte der Richtlinie 2013/35/EU Um eine Gefahr für die Sicherheit oder Gesundheit zu vermeiden, wurden Grenzwerte, genannt Expositionsgrenzwerte (RL 2013/35/EU) beziehungsweise Basiswerte (DGUV- Vorschrift 15), nach ICNIRP-Empfehlungen festgelegt. Die Grenzwerte der EU-Richtlinie beruhen auf neueren ICNIRP-Empfehlungen und sind ebenso wie die Basiswerte stark frequenzabhängig. Expositionsgrenzwerte und Basiswerte für die unmittelbaren Wirkungen sind Werte, die auf der Grundlage biophysikalischer und biologischer Erwägungen festgelegt wurden, insbesondere auf der Grundlage wissenschaftlich nachgewiesener kurzzeitiger und akuter Wirkungen, also thermischer Wirkungen und elektrischer Stimulation von Gewebe. Basiswerte (DGUV-Vorschrift 15) Expositionsgrenzwerte (RL 2013/35/EU) - elektrische Stromdichte im Körper - interne elektrische Feldstärke (im Körper) - spezifische Absorptionsrate - spezifische Absorptionsrate - spezifische Absorption - lokale spezifische Energieabsorption - Leistungsdichte - Leistungsdichte Als wesentliche Änderung wird in der Gegenüberstellung der Basiswerte zu den Expositionsgrenzwerten die elektrische Stromdichte im Körper (DGUV-Vorschrift 15) zu der internen elektrischen Feldstärke im Körper (RL 2013/35/EU) ersichtlich. Es wurde jedoch lediglich die innere elektrische Stromdichte (Effektivwert) in einen vergleichbaren Expositionsgrenzwert der internen elektrischen Feldstärke (Spitzenwert) überführt. Bei den weiteren Aufzählungspunkten spezifische Absorptionsrate, spezifische Absorption und Seite 3 von 13

4 Leistungsdichte sind nur geringfügige Unterschiede vorhanden. Lediglich die Frequenzbereiche, in denen die einzelnen Werte anzuwenden sind, wurden etwas verändert. In der RL 2013/35/EU wurde zusätzlich zum Expositionsgrenzwert für gesundheitliche Wirkungen ein Expositionsgrenzwert für sensorische Wirkungen eingeführt. Expositionsgrenzwerte für gesundheitliche Wirkungen sind diejenigen Expositionsgrenzwerte, bei deren Überschreitung Beschäftigte gesundheitsschädlichen Wirkungen wie etwa thermischer Erwärmung oder der Stimulation von Nerven- und Muskelgewebe ausgesetzt sein können. Dagegen sind Expositionsgrenzwerte für sensorische Wirkungen diejenigen Expositionsgrenzwerte, deren Überschreitung z. B. vorübergehende Störungen der Sinnesempfindungen hervorrufen können. Die Basiswerte und die Expositionsgrenzwerte gelten für das Körpergewebe, also für Werte, die innerhalb des menschlichen Körpers auftreten. Eine Ermittlung der dort vorhandenen Stromdichten und Feldstärken ist mit einfachen Mitteln nicht möglich. In der DGUV-Vorschrift 15 wurden deshalb abgeleitete Werte angegeben. Diese aus den Basiswerten ermittelten physikalischen Größen können außerhalb des menschlichen Körpers z. B. mit Feldmessgeräten bestimmt werden. Bei diesen abgeleiteten Werten handelt es sich u. a. um die elektrische Feldstärke, die magnetische Feldstärke und die magnetische Flussdichte. Bei Einhaltung dieser frequenzabhängigen zulässigen Werte ist garantiert, dass die Basiswerte nicht überschritten werden. Die aus den Basiswerten abgeleiteten, frequenzabhängigen zulässigen Werte werden in einem Zonenkonzept in 4 Expositionsbereiche (Expositionsbereich 2, Expositionsbereich 1, Bereich erhöhter Exposition, Gefahrbereich) abgebildet. Der Unternehmer muss eine Einteilung des Betriebsgeländes in Expositionsbereiche vornehmen. Für die jeweiligen Expositionsbereiche sind verschiedene Maßnahmen erforderlich. Ist sichergestellt, dass die für den Expositionsbereich 2 zulässigen Werte nicht überschritten werden, sind jedoch keine Maßnahmen erforderlich. Unabhängig davon müssen passive und aktive Implantate gesondert betrachtet werden. In der EU-Richtlinie sind Auslöseschwellen definiert, die ebenfalls mit den oben genannten messbaren physikalischen Größen bestimmt werden können. Für den niederfrequenten Bereich werden folgende Begriffe verwendet: Seite 4 von 13

5 bei elektrischen Feldern bezeichnen die Ausdrücke niedrige Auslöseschwelle und hohe Auslöseschwellen die Werte, die sich auf die in der EU-Richtlinie festgelegten spezifischen Schutz- oder Präventionsmaßnahmen beziehen, bei magnetischen Feldern bezeichnen der Ausdruck niedrige Auslöseschwellen die auf die Expositionsgrenzwerte für sensorische Wirkungen bezogenen Werte und der Ausdruck hohe Auslöseschwellen die auf die Expositionsgrenzwerte für gesundheitliche Wirkungen bezogenen Werte. Im hochfrequenten Bereich wird nur eine Auslöseschwelle definiert. Zum Schutz der Beschäftigten muss nach der EU-Richtlinie eine Risikobewertung (entspricht in nationaler Umsetzung der spezifischen Gefährdungsbeurteilung) vom Arbeitgeber durchgeführt werden um sicherzustellen, dass Risiken durch elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz ausgeschlossen oder auf ein Mindestmaß reduziert werden. Wird nachgewiesen, dass die entsprechenden Auslöseschwellen nicht überschritten werden, so gilt dies als Einhaltung der Expositionsgrenzwerte für gesundheitliche Wirkungen und für sensorische Wirkungen durch den Arbeitgeber. Bei der Risikobewertung müssen auch Beschäftigte berücksichtigt werden, die passive oder aktive Implantate tragen. Bei diesen Personengruppen können bereits bei Werten unterhalb der Auslöseschwellen Probleme durch elektromagnetische Felder auftreten. 4. Gegenüberstellung Auslösewerte der RL 2013/35/EU mit den abgeleiteten Werten der DGUV-Vorschrift 15 Im Folgenden werden die abgeleiteten Werte der DGUV-Vorschrift 15 und die statischen Expositionsgrenzwerte und Auslösewerte der Richtlinie 2013/35/EU für die verschiedenen Frequenzbereiche gegenübergestellt. Statische / quasistatische Felder (f = 0 bis 1 Hz) In der EU-Richtlinie werden für sensorische Wirkungen Expositionsgrenzwerte für die Ganzkörperexposition und für die lokale Exposition von Gliedmaßen festgelegt. Für gesundheitliche Wirkungen wird nur ein Expositionsgrenzwert für die Ganzkörperexposition genannt. Bei den Grenzwerten handelt es sich um magnetische Flussdichten, die außerhalb des menschlichen Körpers gemessen werden können. Seite 5 von 13

6 In der DGUV-Vorschrift 15 wird eine Unterteilung in normale statische Magnetfelder, hohe statische Magnetfelder und hohe statische Magnetfelder unter Berücksichtigung besonderer Voraussetzungen vorgenommen. Niederfrequente Felder Die niederfrequenten Felder erstrecken sich laut der DGUV-Vorschrift 15 in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 29 khz. In diesem Bereich sind die nichtthermischen Wirkungen wie z. B. die Stimulation von Nerven- und Muskelgewebe relevant. Es schließt sich ein Übergangsbereich von 29 khz bis 91 khz an. In diesem Abschnitt sind sowohl thermische als auch nichtthermische Wirkungen vorhanden. In der RL 2013/35/EU wird für die nichtthermischen Wirkungen ein Frequenzbereich von 1 Hz bis 10 MHz genannt. Bei Überschreitung der Auslöseschwellen der Richtlinie 2013/35/EU und des Bereiches erhöhter Exposition der DGUV-Vorschrift 15 muss nachgewiesen werden, dass die Expositionsgrenzwerte bzw. die Basiswerte im menschlichen Körper nicht überschritten werden. Niederfrequente nichtsinusförmige Felder Die Auslöseschwellen der Richtlinie 2013/35/EU und die abgeleiteten Werte der DGUV- Vorschrift 15 ergeben sich aus den Effektivwerten sinusförmiger Felder. Bei nicht sinusförmigen Feldern ist nach der EU-Richtlinie eine Expositionsberechnung nach der Methode gewichteter Spitzenwerte (weighted peak) durchzuführen. Es können aber auch andere wissenschaftlich nachgewiesene und validierte Expositionsverfahren herangezogen werden, vorausgesetzt sie führen zu annähernd gleichwertigen und vergleichbaren Ergebnissen. In der DGUV-Vorschrift 15 erfolgt die Bewertung gepulster Felder anhand mittlerer und maximal zulässiger zeitlicher Änderungen des Feldverlaufes. Hochfrequente Felder Im hochfrequenten Bereich, der laut der DGUV-Vorschrift 15 in einem Frequenzbereich zwischen 91 khz und 300 GHz angesiedelt ist, sind die thermischen Wirkungen relevant. In der RL 2013/35/EU ist dieser Bereich der thermischen Wirkungen fast identisch mit der DGUV-Vorschrift 15 und erstreckt sich zwischen 100 khz und 300 GHz. Als Besonderheit ist bei der Ermittlung durch Messung zu beachten, dass die Werte bei beiden Vorgehensweisen Seite 6 von 13

7 über ein Intervall von 6 Minuten zu mitteln sind. Außerdem gelten nach der DGUV-Vorschrift 15 für Expositionszeiten < 6 Minuten aufgrund der Thermoregulation des Körpers höhere zulässige Werte als für Expositionszeiten > 6 Minuten. Bei Überschreitung der Auslöseschwellen der Richtlinie 2013/35/EU und des Bereiches erhöhter Exposition der DGUV-Vorschrift 15 muss auch hier wieder nachgewiesen werden, dass die Expositionsgrenzwerte bzw. die Basiswerte im menschlichen Körper nicht überschritten werden. Seite 7 von 13

8 5 Graphische Darstellung und Gegenüberstellung der zulässigen Werte nach DGUV-Vorschrift 15 und der Auslöseschwellen nach Richtlinie 2013/35/EU Magnetische Flussdichte: Statische / quasistatische Felder (f = 0 bis 1 Hz) Die EU-Richtlinie nennt gegenüber den abgeleiteten Werten der DGUV-Vorschrift 15 für die sensorische und gesundheitliche Wirkung bei Ganzkörperexposition höhere Expositionsgrenzwerte. Für die lokale Exposition von Gliedmaßen liegt der Expositionsgrenzwert für sensorische Wirkung zwischen dem zulässigen Wert für Anlagen mit hohen statischen Magnetfeldern und dem zulässigen Wert für Anlagen mit hohen statischen Magnetfeldern unter Berücksichtigung besonderer Voraussetzungen. Diese Werte konnten in dem obigen Diagramm nicht dargestellt werden. Niederfrequente magnetische Felder Seite 8 von 13

9 Im Frequenzbereich 1 Hz bis Hz lässt die EU-Richtlinie mit der hohen Auslöseschwelle höhere Expositionswerte als die DGUV-Vorschrift 15 mit dem Bereich der erhöhten Exposition zu (Beispiel f = 50 Hz: µt (hohe Auslöseschwelle) gegenüber µt (Bereich erhöhter Exposition)). Im Frequenzbereich Hz bis 61,76 khz gibt die EU-Richtlinie eine geringfügig kleinere hohe Auslöseschwelle vor (100 µt gegenüber 127,3 µt nach DGUV- Vorschrift 15). Hochfrequente magnetische Felder Im hochfrequenten Bereich wurde die Auslöseschwelle nach EU-Richtlinie gegenüber den zulässigen Werten für den Expositionsbereich 1 bis zu einer Frequenz von 30 MHz teilweise deutlich reduziert (auf ungefähr ein Drittel). Ab 30 MHz bis 300 GHz sind die Werte für Auslöseschwelle und zulässigen Wert nach Expositionsbereich 1 gleich. Seite 9 von 13

10 Elektrische Feldstärke: Niederfrequente elektrische Felder Im Frequenzbereich bis 91 khz liegt die hohe Auslöseschwelle der EU-Richtlinie unterhalb der zulässigen Werte für den Bereich der erhöhten Exposition nach DGUV-Vorschrift 15. Hochfrequente elektrische Felder Im hochfrequenten Bereich liegt die Auslöseschwelle der EU-Richtlinie zunächst unterhalb der zulässigen Werte für den Expositionsbereich 1 nach DGUV-Vorschrift 15. Ab einer Frequenz von 1 MHz entspricht die Auslöseschwelle den zulässigen Werten des Expositionsbereiches 1 6. Schlussfolgerung und Auswirkungen auf den Betrieb von Anlagen und Maschinen: Im Rahmen der Umsetzung der EU-Richtlinie muss mit Inkrafttreten der geplanten EMF- Arbeitsschutzverordnung voraussichtlich 2016 eine Neubewertung einiger Arbeits- und Aufenthaltsbereiche insbesondere in der Nähe von Anlagen und Maschinen erfolgen. Die Berufsgenossenschaften unterstützen ihre Mitgliedsbetriebe messtechnisch und beratend bei dieser Neubewertung. Dabei können sich durchzuführende Schutzmaßnahmen ergeben, darunter Änderungen des Sicherheitsabstandes, eine Begrenzung der Aufenthaltsdauer, alternative Arbeitsverfahren, Abgrenzungen, Zugangskontrollen, Kennzeichnungen oder Unterweisungen. Die DGUV Vorschrift 15 wird zum Erhalt des Arbeitsschutzniveaus voraussichtlich erst zurückgezogen, wenn nach Inkrafttreten der geplanten EMF-ArbSchV keine Regelungslücken verbleiben. Magnetische Felder Für den in der Industrie normalerweise relevanten niederfrequenten Bereich der magnetischen Flussdichte stellt die hohe Auslöseschwelle (gesundheitliche Wirkung) der EU- Richtlinie gegenüber den maximal zulässigen Werten des Bereiches der erhöhten Exposition der DGUV-Vorschrift 15 bis zu einer Frequenz von Hz keine Verschärfung dar. In diesem Frequenzbereich, in denen z. B. Elektromotoren, Rissprüfanlagen und viele Seite 10 von 13

11 Induktiverwärmungsanlagen arbeiten, sind nach der hohen Auslöseschwelle der EU- Richtlinie höhere magnetische Flussdichten als im Bereich der erhöhten Exposition zulässig. Im anschließenden Frequenzbereich bis 61,76 khz gibt die hohe Auslöseschwelle der EU- Richtlinie geringfügig kleinere Werte als die maximal zulässigen Werte des Bereiches der erhöhten Exposition vor (100 µt gegenüber 127,3 µt nach DGUV-Vorschrift 15). Diese geringfügige Verringerung hat bei Maschinen und Anlagen keine wesentliche Änderung des Sicherheitsabstandes zur Folge. Eine Neubewertung ist deshalb nicht erforderlich. Im hochfrequenten Bereich ab 100 khz wurde die Auslöseschwelle für thermische Wirkungen für magnetische Felder nach EU-Richtlinie gegenüber den zulässigen Werten des Expositionsbereiches 1 nach DGUV-Vorschrift 15 bis zu einer Frequenz von 30 MHz teilweise deutlich reduziert. Deshalb ist eine Neubewertung der Maschinen hinsichtlich auftretender magnetischer Felder für diesen Frequenzbereich erforderlich. Betroffen hiervon sind z. B. Induktiverwärmungs- und Härteanlagen. Ab 30 MHz sind die Größen für Auslöseschwelle und zulässigen Wert nach Expositionsbereich 1 gleich, sodass eine Neubewertung ab dieser Frequenz nicht erforderlich ist. Elektrische Felder Bei niederfrequenten elektrischen Feldern bis 1 MHz sind die hohen Auslöseschwellen der EU-Richtlinie kleiner als die zulässigen Werte der erhöhten Exposition und zum Teil auch kleiner als die zulässigen Werte des Expositionsbereiches 1 nach DGUV-Vorschrift 15. In diesem Bereich ist eine neue Bewertung durch den Arbeitgeber erforderlich. In der Industrie gibt es in der Regel bis zu einer Frequenz von 100 khz keine nennenswerten niederfrequenten elektrischen Felder, sodass die Absenkung der Grenzwerte durch die EU- Richtlinie häufig keine Relevanz hat. Für Arbeitsplätze mit Maschinen, die im Frequenzbereich von 100 khz bis 10 MHz arbeiten (z. B. induktives Härten) kann sowohl das elektrische Feld als auch das magnetische Feld dominieren. Deshalb müssen die betroffenen Unternehmen eine Neubewertung dieser Arbeitsplätze nach EU-Richtlinie durchführen. Im hochfrequenten Bereich oberhalb von 1 MHz ist der Verlauf der Auslöseschwelle des elektrischen Feldes identisch mit dem Verlauf des Expositionsbereiches 1 der DGUV- Seite 11 von 13

12 Vorschrift 15. Eine Neubewertung ist deshalb in diesem Bereich nicht erforderlich. Typische Maschinen im hochfrequenten Bereich sind z. B. HF-Schweißanlagen in der Kunststoffindustrie und HF-Trockner in der Holzindustrie. Gepulste Felder Für Anlagen mit gepulsten Feldern, an denen hohe magnetische Flussdichten auftreten, musste bereits in der Vergangenheit die Einhaltung der Basiswerte über numerische Berechnungsverfahren nachgewiesen werden, weil die zulässigen Werte nach DGUV- Vorschrift 15 überschritten wurden. Sobald die Randbedingungen für die Methode gewichteter Spitzenwerte nach der EU-Richtlinie beschrieben sind, muss voraussichtlich die Einhaltung der Expositionsgrenzwerte ebenso über numerische Berechnungsverfahren belegt werden. Veröffentlichung Erschienen im Februar 2016 in der Zeitschrift Technische Sicherheit, Ausgabe Jan./Feb Kontakt Sollten Sie als Medienvertreterin oder -vertreter auf Autorensuche für Fachartikel oder Themen sein, kontaktieren Sie uns gerne per an Seite 12 von 13

13 LITERATUR - Richtlinie 2013/35/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 26. Juni 2013 über Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch physikalische Einwirkungen (elektromagnetische Felder) - DGUV-Vorschrift 15 (bisher BGV B11) Elektromagnetische Felder, Juni DGUV Regel (bisher BGR B11) Elektromagnetische Felder, Oktober ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz); published in: Health Physics 74(4), pp , ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time varying electric and magnetic fields (1 Hz khz); published in: Health Physics 99(6), pp , 2010 Seite 13 von 13