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Elektromagnetische Felder

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Elektrische und magnetische Felder niedriger Frequenzen bis etwa 10 kHz sind an ihre Quelle gebunden und müssen getrennt behandelt werden. Felder mit höheren Frequenzen können sich von der Quelle ablösen und als Wellen im Raum ausbreiten, diese Felder werden als elektromagnetische Felder bezeichnet.

Als Teil des elektromagnetischen Spektrums umfassen elektromagnetische Felder (EMF) den Frequenzbereich von 0 Hz bis 300 GHz. EMF gehören zur nicht ionisierenden Strahlung, da ihre Quantenenergie mit ca. 0,0013 eV (Elektronenvolt) nicht ausreicht, um Moleküle zu dissoziieren oder ionisieren (z. B. Bindungsenergie von Wasserstoffbrückenbindungen ca. 5 eV). In diesen Frequenzbereich fallen

  • statische elektrische und statische magnetische Felder bei 0 Hz,
  • niederfrequente EMF bis 10 MHz (zeitveränderliche elektrische und zeitveränderliche magnetische Felder) sowie
  • hochfrequente EMF von 100 kHz bis 300 GHz.

Abb. 6.5-1 Wellenlängen, Frequenzen, Anwendungen und Wirkungen von EMF von 0 Hz bis 300 GHz Abbildung 6.5-1 (Vergrößerung öffnet sich im neuen Fenster) Abb. 6.5-1 Wellenlängen, Frequenzen, Anwendungen und Wirkungen von EMF von 0 Hz bis 300 GHz

Eine Beschreibung mittels dieser Frequenzbereiche ist aufgrund der frequenzabhängigen Wechselwirkungen mit Materie (Eigenschaften wie elektrische, dielektrische bzw. magnetische Leitfähigkeit) notwendig. Daraus resultieren Unterschiede bei z. B. biologischen Wirkungen, Anforderungen an Mess- und Berechnungsverfahren oder ggf. durchzuführender Schutzmaßnahmen. Die Grenzen zwischen diesen Frequenzbereichen verlaufen jedoch nicht trennscharf; siehe Abb. 6.4-1. So wird zwischen 100 kHz und 10 MHz ein Übergangsbereich definiert, in dem sich die biologischen Wirkungen nieder- und hochfrequenter EMF überlagern.

Folgende biologische Wirkungen von EMF, auch als direkte Wirkungen bezeichnet, sind international wissenschaftlich anerkannt:

  • Kraftwirkungen in starken statischen Magnetfeldern auf geladene/bewegte Teilchen im Körper,
  • kurzzeitige nicht thermische Wirkungen (Reizwirkungen) auf Nerven, Muskeln, Sinneszellen in niederfrequenten EMF:

    · metallischer Geschmack bei f < 1 Hz,

    · Schwindel oder Übelkeit durch schnelle Bewegung in statischen Magnetfeldern (wirksame Frequenz f < 2 Hz),

    · Magnetophosphene (Lichtblitze), max. Empfindlichkeit bei f » 20 Hz,

    · Stimulation von Muskeln und peripheren Nerven, max. Empfindlichkeit bei f » 50 Hz,

  • thermische Wirkungen (Wärmewirkungen) durch Absorption im Gewebe in hochfrequenten EMF,
  • in Gliedmaßen induzierte Körperströme in hochfrequenten EMF (100 kHz bis 110 MHz) und
  • Mikrowellenhören in hochfrequenten EMF (300 MHz bis 6 GHz).

Über direkte Wirkungen hinaus können EMF folgende indirekte Wirkungen bedingen:

  • auf medizinische Vorrichtungen und Geräte wie Implantate,
  • Kontaktströme, z. B. durch Kontakt mit ungeerdeten Gegenständen,
  • Kraftwirkungen auf Gegenstände (Projektilwirkung),
  • Auslösung von elektrischen Zündvorrichtungen,
  • Auslösung von Bränden oder Explosionen

    Hinweis: Die mögliche Auslösung von Bränden oder Explosionen aufgrund statischer Elektrizität (Funkenbildung) wird auch in Abschnitt 2.2 und aufgrund hochfrequenter elektromagnetischer Felder (Energiedisposition) auch in Abschnitt 3.4 behandelt.

Für EMF in der natürlichen Umwelt sind Blitze (statisches elektrisches Feld) und das Erdmagnetfeld (statisches magnetisches Feld) prominente Beispiele. Als technische Anwendungen sind EMF über alle Branchen an fast allen Arbeitsplätzen vorhanden, z. B.:

  • Büro: WLAN, DECT (Digital Enhanced Cordless Communication), Dauermagnete etc. (Exposition weit unterhalb der Expositionsgrenzwerte)
  • Energieversorgung: Energieerzeugung und -übertragung
  • Handel: elektronische Artikelsicherung
  • Industrie: Elektrohandwerkzeuge, Elektromotoren, Anlagen für induktive Erwärmung, Widerstands- und Plastikschweißen, Galvanik, Hochfrequenz-Trocknung, Metallurgie, Halbleiterfertigung
  • Kommunikation: Sprech-, Rund- und Mobilfunk, TETRA (BOS, ein Standard für ein behördlich genutztes Funksystem), Industrie 4.0
  • Labore: Magnetresonanzspektroskopie, Mischung von Substanzen
  • Medizin: Magnetresonanztomografie, Therapie mit transkranieller Magnetstimulation, Diathermie, Elektrochirurgie
  • Radar: Luftfahrt, Schifffahrt, autonomes Fahren, Mensch-Roboter-Kollaboration
  • Rettungskräfte: intelligente Schutzkleidung
  • Verkehr: Elektromobilität, Straßen-, U- und S-Bahnen, Nah- und Fernverkehrszüge, Flugverkehr

Einen besonderen Stellenwert haben EMF im Zusammenhang mit dem Wandel der Arbeitswelt hin zu digitaler Arbeit. So ermöglichen EMF z. B. die bei digitaler Arbeit benötigte Ortsflexibilität, Informationsverfügbarkeit, -menge, -qualität und
-übertragung. Damit verbunden wird die Anzahl von EMF-Quellen zunehmen. Jedoch bedeutet eine steigende Anzahl von EMF-Quellen nicht zwangsläufig auch eine höhere Exposition gegenüber EMF oder gar eine Zunahme möglicher Gefährdungen. Eine an die Bedarfe digitaler Arbeit angepasste Netzarchitektur kann, unter bestimmten Bedingungen im Gegenteil sogar dazu führen, dass die EMF-Exposition sinkt.

Aufgrund der langjährig etablierten Arbeitsschutzvorschriften und damit verbundener betrieblicher Erfahrungen im sicheren und fachkundigen Umgang mit EMF an Arbeitsplätzen, z. B. durch Unterweisungen und Durchführung von Maßnahmen zur Reduktion der EMF-Exposition, ist das Unfallgeschehen zahlenmäßig gering. Nach Berufskrankheiten-Verordnung gibt es keine anerkannte Berufskrankheit infolge von EMF-Exposition.

Die fachkundige Bewertung der EMF-Exposition am Arbeitsplatz erfolgt auf Basis der Arbeitsschutzverordnung zu EMF (EMFV). Die EMFV trat am 15.11.2016 in Kraft. Die seit 2001 gültige DGUV Vorschrift 15 "Elektromagnetische Felder" und DGUV Regel 103-013 "Elektromagnetische Felder" gelten derzeit parallel. Eine Beurteilung des Gefährdungsfaktors EMF kann bis zur Veröffentlichung Technischer Regeln zur EMFV derzeit noch auf Basis der DGUV Regel 103-013 (Vorgehensweise) und EMFV (Bewertungsmaßstab) erfolgen.

Nach § 4 EMFV hat der Arbeitgeber sicherzustellen, dass die Beurteilung des Gefährdungsfaktors EMF fachkundig geplant und durchgeführt wird. Die Anforderungen an die Fachkunde sind abhängig von der jeweiligen Art der Aufgabe, z. B. Durchführung einer vereinfachten Beurteilung, Messen von EMF, Berechnen von EMF oder Beurteilen eines Arbeitsplatzes für Implantatträger. Die allgemeinen Anforderungen an die Fachkunde in Bezug auf EMF sind in § 2 Absatz 8 EMFV festgelegt:

  • entsprechende Berufsausbildung oder Berufserfahrung,
  • jeweils in Verbindung mit einer zeitnah ausgeübten einschlägigen beruflichen Tätigkeit sowie
  • Teilnahme an spezifischen Fortbildungen.

In der Europäischen Union bilden die Grundlage für die gesetzlichen Regelungen und Grenzwerte zum Schutz vor gesundheitsschädlichen Wirkungen durch EMF am Arbeitsplatz die Empfehlungen der Internationalen Kommission für den Schutz vor nicht ionisierender Strahlung (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP). ICNIRP ist eine internationale Vereinigung von Wissenschaftlern zur Beurteilung von Wirkungen nicht ionisierender Strahlung.

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