Schutz gegen starke Magnetfelder

Die physiologischen Wirkungen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder auf den menschlichen Körper (Bild 1) hängen im Wesentlichen von der Frequenz ab. Die Wirkungen statischer elektrischer Felder sind auf die Oberfläche des menschlichen Körpers begrenzt und können Körperhaarbewegungen und Koronaentladungen verursachen. Statische magnetische Felder üben Kräfte auf ferro- und diamagnetische Stoffe sowie geladene und sich bewegende Partikel aus. Dies kann zu Beschleunigung, Drehmoment-Effekten und zur Erzeugung elektrischer Felder im Gewebe führen.

Im Niederfrequenzbereich bis etwa 100 kHz ist die wichtigste physiologische Wirkung die elektrische Stimulation von erregbarem Körpergewebe wie Muskeln, Nerven und Sinnesorganen. Im Frequenzbereich zwischen mehreren 100 kHz und einigen MHz findet eine elektrische Stimulation und Gewebeerwärmung statt. Je höher die Frequenz, desto stärker werden die gewebeerwärmenden Wirkungen, und die Stimulationswirkungen nehmen ab. Die gewebeerwärmenden Wirkungen überwiegen bei Frequenzen oberhalb von einigen MHz.

Eine weitere Unterscheidung wird bei der Wechselwirkung mit dem menschlichen Körper vorgenommen. Falls eine unmittelbare Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Feldern und dem menschlichen Körper festzustellen ist, zum Beispiel durch Stimulation von Muskeln, Nerven und Sinnesorganen oder Gewebeerwärmung, wird diese Art von Wechselwirkung als unmittelbare Wirkung bezeichnet. Wenn beispielsweise bei Kontaktströmen, Projektilwirkung oder einer Störung implantierter medizinischer Geräte eine Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Feldern und Gegenständen außerhalb des menschlichen Körpers vorliegt, wird diese Art von Wechselwirkung als mittelbare Wirkung bezeichnet. Es gibt im Zusammenhang mit der EMF-Exposition keine bestätigten langfristigen gesundheitlichen Wirkungen.

Projektilwirkungen

Ferromagnetische Stoffe einschließlich des so genannten »nichtmagnetischen Edelstahls« können zu gefährlichen Gegenständen werden, wenn sie starken statischen Magnetfeldern ausgesetzt sind. Abhängig von ihrer magnetischen Suszeptibilität (die »Übernahmefähigkeit«. Sie ist eine einheitenlose physikalische Größe, die die Magnetisierbarkeit von Materie in einem externen Magnetfeld angibt) und ihrer Form können die resultierenden Translationskräfte und Drehmomente von zu vernachlässigenden bis zu tödlichen Werten reichen. Die aktuelle Literatur bezeichnet diese Wirkung häufig als die so genannte »Projektilwirkung«.

Jedoch unterscheiden sich die magnetischen Flussdichten, bei denen diese Wirkungen auftreten sollen, signifikant und reichen von 3 mT bis zu mehr als 67,9 mT. Implantate wie Aneurysmaclips, chirurgische Metallclips oder -stents, Dentalimplantate aus Metall oder sogar Tätowierungen und Permanent-Make-up aus Magnetit oder Eisenoxid enthaltenen Farbstoffen können ebenfalls von Rotations- oder Translationskräften beeinflusst werden, wenn sie starken statischen Magnetfeldern ausgesetzt werden, was manchmal lebensbedrohliche Folgen hat.

Induktives Laden

Das induktive Laden elektrisch betriebener Fahrzeuge bietet gerade im Hinblick auf den Ausbau der E-Mobilität eine Reihe von Vorteilen. Der Ladevorgang läuft nicht nur kabellos ab, es besteht auch die Möglichkeit, das Fahrzeug während der Fahrt zu laden. Allerdings entstehen je nach Ladeleistung (1 1 kW, 22 kW, 100 kW) starke Magnetfelder mit pulsierender Signalform im hohen zweistelligen kHz-Bereich.

Hohe Ladeleistungen verursachen jedoch eine massive Störeinwirkung auf empfindliche Elektronik wie zum Beispiel elektronische Steuerungen, aktive Implantate oder Sensoren für Temperatur, Drehzahl, Hallgeber etc. Diese Sensoren arbeiten teils mit geringen Signalspannungen im mV-Bereich. Medizinische »Wearables« (das sind kleine, vernetzte Computer, die am Körper getragen werden und den Alltag des Trägers unterstützen soll) wie aktive Implantate (Herzschrittmacher, Defibrillatoren, Insulin- und Schmerzmittel­pumpen) arbeiten mit noch kleineren Signalspannungen im μV-Bereich. Diese sehr geringen Signalspannungen können durch die beim induktiven Laden auftretenden Störeinwirkungen leicht bis stark beeinflusst werden.

Aktivitäten

Das IFA (Institut für Arbeitsschutz) hat bereits umfangreiche Erkenntnisse über die Störwirkung pulsierender Magnetfelder von Schaltnetzteilen und Frequenzumrichtern im Industriebereich auf empfindliche Elektronik (Steuerungen, Sensoren, digitale Bussysteme) erzielt. Weitere Erkenntnisse wurden durch Recherchen, Expertendiskussionen sowie praktische Messungen und Feldstärkesimulationen erworben.

Ergebnisse und Verwendung

Starke Magnetfelder im Kilowatt-Bereich erzeugen in empfindlichen Elektronikschaltungen durch induktive Einkopplung Störsignale, die die Nutzsignale überlagern. Messsignale werden z. B. stark verfälscht, digitale Steuerungen stürzen ab und gehen oft in einen undefinierten Zustand. Empfindlichere Systeme können dabei auch zerstört werden.

Eine Magnetfeldsimulation mit und ohne Schirmungsmaßnahmen zeigt zum Beispiel folgendes Ergebnis: Ohne Schirmungsmaßnahmen beträgt die Feldstärke innerhalb der Spule und bis ca. 30 cm über der Spule etwa 1000 A/m (⇒ B=1257μT). Selbst in 1,4 m Abstand über der Spule bzw. 70cm seitlich zur Spule beträgt die Intensität des magnetischen Feldes immer noch etwa 37 μT. Implantate können hier schon stark beeinflusst werden. Nach DGUV-Vorschrift 15 sind im Expositionsbereich 2 bei 85 KHz hingegen nur maximal 21,22 μT sowie nach der 26. BImSch-Verordnung und ICNRIP maximal 27 μT erlaubt. Und diese Werte gelten nicht für schwangere Frauen, Kinder oder Säuglinge!

Durch zwei 3-mm-Aluminiumplatten lässt sich eine deutliche Magnetfeldreduzierung erreichen: Die Aluminiumplatten wurden für die Messung 20 cm ober- und unterhalb der Spule angebracht und reduzierten die Magnetfeldstärke weit unter die geforderten Grenzwerte. Im Nahbereich der Ladespulen kann es also ohne Schirmungsmaßnahmen zu gefährlichen Magnetfeldstärken kommen, die durch eine Feldstärkemessung und eine Gefährdungsanalyse betrachtet werden müssen. Warnhinweise für Implantatträger sind verpflichtend.

BGV B11 – Elektromagnetische Felder

Die derzeitige Situation an Arbeitsplätzen erfordert eine Regelung im Arbeitsschutz für Bereiche, in denen elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder (EM-Felder) zur Anwendung kommen. Diese Unfallverhütungsvorschrift trägt diesen Umständen Rechnung, indem in ihr Festlegungen, wie grundlegende Regelungen oder zulässige Werte zur Bewertung von Expositionen getroffen werden, bei deren Einhaltung nach dem heutigen wissenschaftlichen Erkenntnisstand Tätigkeiten sicher und ohne wesentliche Belästigungen ausgeübt werden können.

Der Unternehmer hat für Anlagen und Geräte, deren EM-Felder die zulässigen Werte des Expositionsbereiches 2 überschreiten, Betriebsanweisungen aufzustellen. Diese müssen die für den sicheren Betrieb notwendigen Angaben enthalten und auf die Möglichkeit der Exposition durch EM-Felder hinweisen. Die Versicherten haben die in den Betriebsanweisungen enthaltenen Festlegungen zu befolgen.

Als zulässige Werte werden Basis- und abgeleitete Werte für die verschiedenen Expositionsbereiche angegeben (Bild 2). Diese gelten für sinusförmige periodische Vorgänge einer Frequenz. Die zulässigen Werte für Expositionsbereich 1 orientieren sich am Konzept der Vermeidung von Gefährdungen unter Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren. Es sind Effekte berücksichtigt, wie Reizung von Sinnesorganen, Nerven- und Muskelzellen, Beeinflussung der Herzaktion und Wärmeeffekte. Die Werte gelten längstens für eine Arbeitsschicht. Für den Expositionsbereich 2 gelten Werte, die aufgrund der allgemeinen Zugänglichkeit und zur Vermeidung möglicher Belästigungen zusätzliche Sicherheitsfaktoren berücksichtigen. Weitere Informationen erhalten Sie in der DGUV Vorschrift 15.