BG BAU Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft

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3 Schutz gegen elektrische Gefährdung des Lichtbogenschweißers

Der Schutz gegen elektrische Gefährdung des Lichtbogenschweißers durch Schweißeinrichtungen für das Lichtbogenschweißen (Stromquellen, Leitungen, Brenner, Elektrodenhalter und sonstige Betriebsmittel) erstreckt sich auf deren:

  • Bau
  • Errichtung
  • Benutzung

Der Schutz umfasst Maßnahmen gegen Gefährdungen durch:

  • Netzspannung
  • Schweißspannung

Hersteller von Schweißeinrichtungen richten sich nach den Bauvorschriften; ihre Einhaltung muss der Betreiber in seiner Bestellung fordern.

Betreiber von Schweißeinrichtungen sind verantwortlich für deren:

  • betriebssicheren Zustand
  • einwandfreie Errichtung
  • sichere Benutzung


3.1 Netzspannungsseite

Obwohl der Lichtbogenschweißer mit dem Schweißstrom direkt umgeht, ist er dennoch keine Elektrofachkraft. Er hat auf der Netzseite der Schweißstromquelle nur die Aufgabe, Fehler an seine Vorgesetzten zu melden. Arbeiten in diesem Bereich sind für ihn unzulässig. Wie bei jedem anderen elektrischen Betriebsmittel ist hierfür allein die Elektrofachkraft zuständig (Bild 3-1).

Der empfindlichste Teil der Netzseite ist die Zuleitung. Diese gilt es besonders gegen Beschädigungen zu schützen.

Wenn beim Verändern des Aufstellungsortes der Schweißstromquelle die Netzzuleitung beschädigt werden kann, muss sie zusätzlich vorher vom Netz getrennt werden.

Beim Verschieben ist jede Beschädigung der Leitung zu vermeiden: So können beispielsweise die Räder der Stromquelle die Leitung leicht gegen ein kantiges Profil drücken und dabei die Leitungsisolation zerstören. Hierzu reicht ein Weg von nur wenigen Zentimetern aus!

Natürlich müssen Leitungen auch während des Schweißens gegen Beschädigungen – besonders gegen Überfahren – geschützt werden (Bild 3-2).

Vom Hersteller vorgeschriebene Reinigungs- und Wartungsarbeiten dürfen nicht unterlassen werden. In der Schweißstromquelle nützt die beste Isolierung nichts, wenn sie durch Ablagerung leitfähigen Staubes überbrückt wird!

Bild 3-1: Arbeiten an einer Schweißstromquelle nur durch Elektrofachkraft zulässig

Bild 3-1: Arbeiten an einer Schweißstromquelle nur durch Elektrofachkraft zulässig



Bild 3-2: Sicherung der Schweißleitungen gegen Beschädigung beim Überfahren

Bild 3-2: Sicherung der Schweißleitungen gegen Beschädigung beim Überfahren

Da die Stromquelle für Reinigungs- und Wartungsarbeiten zu öffnen ist, sind solche Arbeiten eine Aufgabe der Elektrofachkraft. Selbstverständlich muss die Netzspannung vor dem Öffnen des Gehäuses der Stromquelle abgeschaltet werden.

Bei längeren Arbeitsunterbrechungen muss die Netzspannung abgeschaltet werden, um Gefährdungen durch die Leerlaufspannung während dieser Zeit von vornherein unmöglich zu machen. Längere Arbeitsunterbrechungen sind z. B. auch Essenspausen, Schichtwechsel.

Ein sehr guter Schutz gegen Gefährdung durch die Netzspannung sind Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCDs) mit max. 30 mA Auslösestrom (Bild 3-3). Sie machen durch ihr Auslösen rechtzeitig auf Fehler aufmerksam. Geeignete Bauarten arbeiten auch bei rauem Betrieb zuverlässig.

Bild 3-3: 30 mA Fehlerstromschutzeinrichtung

Bild 3-3: 30 mA Fehlerstromschutzeinrichtung – RCD (englisch: residual current protective devices)



3.2 Schweißspannungsseite

Im Schweißstromkreis dürfen nur einwandfreie Schweißleitungen und Betriebsmittel benutzt werden. Wenn der Lichtbogen brennt, tritt – je nach Schweißverfahren und Art der verwandten Elektrode – eine Arbeitsspannung von 15 bis 40 V auf.

Wenn der Lichtbogen nicht brennt, läuft die Stromquelle leer, und die Spannung steigt stark an. Die hohe Leerlaufspannung wird benötigt, um den Lichtbogen zünden zu können.

Der Netzstrom ist zur direkten Verwendung zum Lichtbogenschweißen nicht geeignet. Seine Spannung ist zu hoch. Die beim Lichtbogenschweißen unregelmäßig auftretenden Kurzschlüsse würden das Stromnetz erheblich stören.

Zum Lichtbogenschweißen werden daher spezielle Stromquellen benötigt. Sie müssen das "Werkzeug" Strom in jeder gewünschten Form, d. h. Gleich- oder Wechselstrom, gepulst oder konstant, mit oder ohne Rampen etc., zur Verfügung stellen können.

Die Bauart von Schweißstromquellen reicht damit heute vom "einfachen" Transformator bis zum computergesteuerten Typ in Inverterbauweise.



3.2.1 Leerlaufspannung

Als Leerlaufspannung gilt die Spannung zwischen den Anschlussstellen der Schweißleitungen zur Schweißstelle, wenn der Schweißstromkreis offen ist und eventuell vorhandene Lichtbogen-Zündeinrichtungen und -Stabilisierungseinrichtungen abgeschaltet sind.

Wenn Schweißstromquellen und Zusatzgeräte oder mehrere Schweißstromquellen zusammengeschaltet sind, gilt die resultierende Spannung als Leerlaufspannung. Sie darf bei keiner Einstellung und Schaltung von Stromquellen und Zusatzgeräten die in Bild 3-4 festgelegten Höchstwerte überschreiten.

Diese Festlegung stellt klar, dass es um eine Begrenzung derjenigen Spannung geht, mit der der Schweißer beim Schweißen in Berührung kommen kann. Deshalb darf z. B. bei Anlagen mit mehreren zusammengeschalteten Stromquellen weder die Leerlaufspannung der einzelnen Stromquelle noch die resultierende Leerlaufspannung die zulässigen Höchstwerte überschreiten.

Die zulässigen Höchstwerte der Leerlaufspannung sind für verschiedene Einsatzbedingungen so festgelegt, dass sie alle Schweißaufgaben ermöglichen, aber unnötig große Gefährdungen vermeiden.

    Leerlaufspannung
Nr. Einsatzbedingung Spannungsart Höchstwerte in Volt
Scheitelwert Effektivwert
1 Erhöhte elektrische Gefährdung Gleich
Wechsel
113
68

48
2 Ohne erhöhte elektrische Gefährdung Gleich
Wechsel
113
113

80
3 Begrenzter Betrieb ohne erhöhte elektrische Gefährdung Gleich
Wechsel
113
78

55
4 Lichtbogenbrenner maschinell geführt Gleich
Wechsel
141
141

100
5 Plasmaschneiden Gleich 500
6 Unter Wasser mit Personen im Wasser Gleich
Wechsel
65 unzulässig

Bild 3-4: Zulässige Höchstwerte der Leerlaufspannung

Das Einhalten der Grenzwerte allein bietet jedoch keine Sicherheit, denn bei entsprechend niedrigen Widerständen im Stromweg reicht jeder dieser Spannungswerte aus, den Stromtod zu bewirken.

Die Höchstwerte sind als Scheitelwert und für Wechselstrom zusätzlich als Effektivwert festgelegt. Es darf keiner der beiden Grenzwerte überschritten werden.

Das Verhältnis der festgelegten Scheitel- und Effektivwerte entspricht sinusförmiger Spannung. Diese Festlegung wird auch Gefahren gerecht, die durch Spannungsformen auftreten können, die von der Sinusform abweichen. Bei einer Rechteckspannung z. B. sind der Effektiv- und der Scheitelwert gleich groß.

Auf dem Leistungsschild wird der Bemessungswert der Leerlaufspannung nach DIN EN 60974-1 wie folgt angegeben:

  • für Wechselspannung nur als Effektivwert
  • für Gleichspannung als arithmetischer Mittelwert (wie technisch gewohnt) anstelle des elektrophysiologisch wichtigen Scheitelwerts

Im Folgenden werden für die verschiedenen Einsatzbedingungen die zulässigen Höchstwerte der Leerlaufspannung und die Bedingungen für ihre Anwendung angegeben.

Einsatzbedingung 1:
Erhöhte elektrische Gefährdung

Siehe Abschnitt 4.1.

Einsatzbedingung 2:
Ohne erhöhte elektrische Gefährdung

Gleich- und Wechselspannung dürfen 113 V Scheitelwert und Wechselspannung zusätzlich 80 V Effektivwert nicht überschreiten.

Einsatzbedingung 3:
Begrenzter Betrieb ohne erhöhte elektrische Gefährdung

Bei Schweißstromquellen für begrenzten Betrieb nach DIN EN 60974-6 ist die Leistung begrenzt durch die Einschaltdauer (Temperaturwächter) und die Schweißstromstärke (bis 160 A). Hier handelt es sich um Heimwerkergeräte für Laien.

Hierfür gelten abweichend von Einsatzbedingung 2 für Wechselspannung niedrigere Höchstwerte: 78 V Scheitelwert und 55 V Effektivwert.

Mit diesen Schweißstromquellen können umhüllte Stabelektroden verschweißt werden.

Einsatzbedingung 4:
Lichtbogenbrenner maschinell geführt

Gleich- und Wechselspannung dürfen 141 V Scheitelwert und Wechselspannung zusätzlich 100 V Effektivwert nicht überschreiten.

Diese Werte dürfen nur angewendet werden, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

  1. der Brenner darf nicht von Hand gehalten werden
  2. die Leerlaufspannung muss selbsttätig abgeschaltet werden, wenn nicht geschweißt wird
  3. der Schutz gegen direktes Berühren aktiver Teile muss
  • mindestens der Schutzart IP 2X entsprechen oder
  • durch eine Gefahrenminderungseinrichtung sichergestellt sein

Einsatzbedingung 5:
Plasmaschneiden

Es darf nur Gleichspannung mit einem Scheitelwert von maximal 500 V verwendet werden.

Da beim Plasmaschneiden auch die Arbeitsspannung meist über den Werten nach Nr. 1, 2 oder 4 der Tabelle in Bild 3-4 liegt, sind Leerlaufspannungsminderungseinrichtungen nicht anwendbar.

Die Leerlaufgleichspannung darf 113 V Scheitelwert nur überschreiten, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

  1. Plasmaschneidstromquelle und Plasmaschneidbrenner bilden sicherheitstechnisch eine Einheit, die eine hohe Leerlaufspannung am Ausgang verhindert, wenn der Plasmaschneidbrenner zerlegt oder von der Stromquelle getrennt wird.
  2. Die Leerlaufspannung beträgt, spätestens 2 s, nachdem der Steuerstromkreis (z. B. Startschalter) geöffnet ist, weniger als 68 V Scheitelwert.
  3. Die Spannung zwischen Plasmadüse und Werkstück und/oder Erde beträgt bis 68 V Scheitelwert, wenn der Lichtbogenstrom unterbrochen ist, d. h. Pilot- und Hauptlichtbogen erloschen sind.

Wie diese Bedingungen erfüllt werden, ist in der Betriebsanleitung angegeben.

Derartige Plasmaschneidstromquellen dürfen mit dem Symbol gekennzeichnet sein.

Der Anschluss des Schlauchpaketes für den Plasmaschneidbrenner kann z. B. in der Plasmaschneidstromquelle durch Schraub- oder Steckverbindungen erfolgen oder an der Plasmaschneidstromquelle durch eine Steckvorrichtung. Diese muss entweder durch ein Werkzeug, d. h. beabsichtigt, zu betätigen oder so gebaut sein, dass ein Anschluss unpassender Brenner sicher vermieden ist.

Wenn die Steckverbindung getrennt ist, darf keine Spannung vorhanden sein, welche die Werte der Schutzkleinspannung übersteigt.

In den Betriebsanleitungen für die Plasmaschneidstromquelle und für den Plasmaschneidbrenner muss angegeben sein, welcher Plasmaschneidbrenner bzw. welche Plasmaschneidstromquelle zusammen eine sicherheitstechnische Einheit bilden.

Plasmadüsen, die aus technischen Gründen gegen direktes Berühren nicht geschützt werden können, werden beim Ein-Fehler-Fall als ausreichend geschützt angesehen, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

  1. Bei nicht brennendem Lichtbogen überschreitet die Spannung zwischen Plasmadüse und Werkstück und/oder Erde unter keinen Umständen die Werte für die Schutzkleinspannung.
  2. Bei brennendem Lichtbogen überschreitet die Gleichspannung zwischen Plasmadüse und Werkstück und/oder Erde unter keinen Umständen 113 V Scheitelwert.

Die Anforderungen nach Ziffer 1 und 2 dürfen mit einer Leerlaufspannungsminderungeinrichtung erfüllt werden.

Ein Ein-Fehler-Fall ist z. B. ein "unüblicher" Zustand durch Kontakt der Elektrode mit der Plasmadüse durch:

  • fehlende Isolatoren
  • Kleben der Plasmadüse an der Elektrode
  • leitfähiges Material zwischen Plasmadüse und Elektrode
  • falsche, lose oder falsch eingebaute Teile
  • Elektrodenabnutzung
  • falsche Belastung
  • falschen Gasfluss

Einsatzbedingung 6:
Unter Wasser mit Personen im Wasser

Es darf nur Gleichspannung bis 65 V Scheitelwert verwendet werden.

Näheres zum Unterwasserschneiden und -schweißen siehe BG-Regel "Betreiben von Arbeitsmitteln" (BGR 500), Teil 2, Kapitel 2.26 .

Messung der Leerlaufspannung
Scheitelwerte werden mit folgender Messschaltung reproduzierbar und ohne Beeinflussung durch ungefährliche Spitzenspannungen gemessen. Die zulässige Toleranz der Bauteile der Schaltung beträgt ± 5%.

Das Voltmeter hat einen Innenwiderstand von mindestens 1 M-Ohm und misst Spannungsmittelwerte mit einer Messgenauigkeit von ±1% des Messbereiches.

Um den höchsten Scheitelwert – gemessen bei der Last von 0,2 bis 5,2 k-Ohm – zu erhalten, ist während der Messung das Potenziometer von 0 bis 5 k-Ohm zu verstellen.

Die Messung ist mit umgekehrter Polung zu wiederholen. Es gilt der höhere Messwert.

Effektivwerte werden gemessen bei einer Last von 5 ± 0,25 k-Ohm im äußeren Schweißstromkreis mit einem Gerät der Genauigkeitsklasse l zum Messen echter Effektivwerte.



3.2.2 Lichtbogenschweißen mit mehreren Stromquellen

Schweißen mehrere Schweißer mit mehreren Stromquellen an einem Werkstück oder an mehreren leitfähig miteinander verbundenen Werkstücken, so können unzulässig hohe Berührungsspannungen auftreten.

Rückspannung am gezogenen Netzstecker einer Stromquelle

Am gezogenen Netzstecker einer Stromquelle kann eine gefährliche Rückspannung von der Größenordnung der Netzspannung auftreten, wenn diese Stromquelle durch ihre Schweißleitungen mit einer eingeschalteten Stromquelle in Reihe oder parallel geschaltet ist.

Schutzmaßnahmen zum Netzanschluss der Stromquelle:

  1. Beschäftigte auf Gefahr hinweisen
  2. Netzanschluss herstellen
  3. Schweißstromrückleitung am Werkstück anschließen
  4. Stabelektrodenhalter bzw. Schweißbrenner isoliert ablegen
  5. Stromquelle einschalten

Schutzmaßnahmen zum Trennen der Stromquelle vom Netz:

  1. Beschäftigte auf die Gefahr hinweisen
  2. Stabelektrodenhalter bzw. Schweißbrenner isoliert ablegen
  3. Stromquelle abschalten
  4. Schweißstromrückleitung vom Werkstück trennen
  5. Netzstecker ziehen

Summenspannung zwischen zwei Stabelektrodenhaltern bzw. Schweißbrennern

Bei Reihenschaltung summiert sich die Leerlaufspannung der Stromquellen. Dadurch kann zwischen zwei Stabelektrodenhaltern oder Lichtbogenbrennern eine Spannung bis zur doppelten Leerlaufspannung auftreten. Da dieser Fall nicht ohne weiteres zu erkennen ist, darf ein Schweißer nicht gleichzeitig zwei Stabelektrodenhalter oder Schweißbrenner anfassen.

Den Einfluss von Stromart, Netzanschluss und Polung auf die Summe der Schweißspannungen zwischen zwei Stabelektrodenhaltern oder Lichtbogenbrennern zeigen folgende Beispiele:

Gleichstrom

Der Netzanschluss ist ohne Einfluss auf die Summe der Schweißspannungen. Wenn gleichzeitig mit verschiedener Polung geschweißt wird, summiert sich die Leerlaufspannung der beiden Schweißstromquellen bis zur doppelten zulässigen Leerlaufspannung (Bild 3-5).

Bild 3-6: Einfluss der Polung von Gleichstromquellen auf die Summenspannung

Bild 3-5: Einfluss der Polung von Gleichstromquellen auf die Summenspannung.
Die zum Schweißen gewählte Polung ist schweißtechnisch bedingt

Schutzmaßnahmen:

  1. Beschäftigte auf Gefahr hinweisen.
  2. Schweißer möglichst so weit auseinander arbeiten lassen, dass nicht zwei Stabelektrodenhalter bzw. Lichtbogenbrenner gleichzeitig berührt werden können.
  3. Falls 2. nicht möglich, bei ständigen Arbeitsplätzen Trennung der Schweißer durch isolierende Wände (auch transportabel).

Wechselstrom

Der Netzanschluss hat Einfluss auf die Summe der Schweißspannungen.

Zum Ausgleich der Belastung der einzelnen Phasen erfolgt der Netzanschluss häufig an verschiedene Phasen (Bilder 3-6 und 3-7).

Neben der Sekundärpolung beeinflusst auch der Phasenanschluss die Höhe der Summe der Leerlaufspannung zweier Wechselstromquellen.

Die Summenspannung kann bis zur Höhe der doppelten zulässigen Leerlaufspannung betragen. Zu hohe Wechselspannungen können vermieden werden.

Schutzmaßnahmen:

  1. Beschäftigte auf Gefahr hinweisen.
  2. Vor Schweißbeginn Spannung zwischen Stabelektrodenhaltern bzw. Lichtbogenbrennern messen:
    a) Die Summenspannung U überschreitet nicht den Höchstwert der zulässigen Leerlaufspannung:
    Es kann geschweißt werden.
    b) Die Summenspannung überschreitet den Höchstwert der zulässigen Leerlaufspannung:
    Die Sekundärpolung an einer Wechselstromquelle ist zu vertauschen. Eine weitere Messung muss bestätigen, dass die Summenspannung den Höchstwert der zulässigen Leerlaufspannung nicht mehr überschreitet.
    Dann darf geschweißt werden.

 

Bild 3-6: Einfluss der Sekundärpolung von Wechselstromquellen mit Netzanschluss an <b><u>gleichen</u></b> Phasen auf die Summenspannung

Bild 3-6: Einfluss der Sekundärpolung von Wechselstromquellen mit Netzanschluss an gleichen Phasen auf die Summenspannung



Bild 3-7: Einfluss der Sekundärpolung von Wechselstromquellen mit Netzanschluss an verschiedenen Phasen auf die Summenspannung



3.2.3 Zusammenschalten von Schweißstromquellen

Wenn Schweißstromquellen zusammengeschaltet werden sollen, muss durch eine geeignete Person geprüft werden, ob diese für ein Zusammenschalten geeignet sind und dass die zulässige Leerlaufspannung nicht überschritten wird.

Die einzelnen Schweißstromquellen müssen auf die gleiche Stromstärke eingestellt werden, damit keine Stromquelle überlastet wird. Reihenschaltung von Schweißstromquellen ist unzulässig, weil sich dann die Leerlaufspannungen addieren und der zulässige Höchstwert überschritten wird.

Um irrtümliche Reihenschaltung oder Kurzschluss zu erkennen, muss vor Inbetriebnahme die Leerlaufspannung kontrolliert werden.

Geeignete Personen sind:

  • Elektrofachkraft mit zusätzlichen Kenntnissen über das Entstehen und die Auswirkung von vagabundierenden Schweißströmen sowie über unbeabsichtigtes Zusammenschalten von Schweißstromquellen, wenn beispielsweise mit mehreren Schweißstromquellen an einem Werkstück oder an leitfähig verbundenen Werkstücken gearbeitet wird
  • Schweißfachingenieur, Schweißtechniker, Schweißfachmann oder Lehrschweißer mit zusätzlichen elektrotechnischen Kenntnissen


3.3 Schweißstromquelle

Schutz gegen direktes Berühren
Je nach dem Einsatz müssen Schweißstromquellen in trockenen Bereichen mindestens der Schutzart IP 21 und ungeschützt im Freien mindestens der Schutzart IP 23 entsprechen. Für wechselnden Einsatz empfiehlt sich von vornherein die höhere Schutzart.

Schutz bei indirektem Berühren
Die Schutzklasse l (mit Schutzleiter) und Schutzklasse II (Schutzisolierung ohne Schutzleiter) sind für Schweißstromquellen geeignet. Soweit bereits lieferbar, empfiehlt sich die Schutzklasse II, da die Netzzuleitung keinen Schutzleiter enthält, der durch vagabundierende Schweißströme zerstört werden könnte.

Wenn Werkstückaufnahmen oder Werkstücke zwangsweise geerdet sind (Maschinen und Einrichtungen der Schutzklasse l [mit Schutzleiteranschluss], Stahlbau, Schiffbau), können vagabundierende Schweißströme leichter auftreten.

Zum ordnungsgemäßen Umgang mit dem Schweißstromkreis gehört es, die Schweißstromquelle erst einzuschalten, nachdem alle Anschlüsse im Schweißstromkreis hergestellt sind und die Schweißstromquelle abzuschalten, bevor Anschlüsse im Schweißstromkreis getrennt werden. Dadurch wird vermieden, dass unbeabsichtigt ein Lichtbogen entstehen kann.

Im Gefahrfall muss es möglich sein, den Stabelektrodenhalter oder Lichtbogenbrenner schnell spannungsfrei zu machen.

Dazu kann z. B. ein Schalter in der Schweißstromquelle oder eine Steckvorrichtung in der Schweißleitung zum Stabelektrodenhalter dienen, soweit sie in der Nähe der Schweißstelle leicht erreichbar sind.

Schweißstromrückleitung
Die Schweißstromrückleitung muss direkt und übersichtlich geführt sein und gut leitend am Werkstück oder an der Werkstückaufnahme angeschlossen werden. Stahlkonstruktionen, Gleise, Rohrleitungen, Stangen u. Ä. dürfen nicht zur Rückleitung des Schweißstromes verwendet werden.

Das vorsätzliche Verbinden von mehreren Schweißtischen oder Werkzeugaufnahmen mit der Absicht, nach Anschluss der Schweißstromrückleitung an jeder Stelle schweißen zu können, ist unzulässig, denn es wird dadurch die Gefahr vagabundierender Schweißströme unnötigerweise vergrößert.

Wenn die Notwendigkeit besteht, mit einer Schweißstromquelle an verschiedenen Schweißtischen oder Werkstückaufnahmen zu schweißen, dann empfiehlt es sich, für den Anschluss der Schweißstromrückleitung Steckverbindungen vorzusehen.

  • Zum Anschließen werden Schraubklemmen empfohlen.
  • Federklemmen sind geeignet, soweit ihre Federkraft zu einem einwandfreien Kontakt führt.
  • Haftmagnete dürfen nur verwendet werden, wenn die Kontaktflächen auch am Werkstück glatt und sauber sind und wenn das Werkstück magnetisierbar ist. Schweißspritzer, Rost, Grundierungen oder Anstriche lassen keinen ausreichenden Stromübergang zu.

Wegen ihrer leichten Versetzbarkeit sind Haftmagnete gut als zusätzlicher Stromanschluss geeignet, um bei Gleichstrom die Blaswirkung auf den Lichtbogen zu mildern. Übergehängte Haken sind kein gut leitender Anschluss und deshalb ungeeignet.

Vor Beginn des Schweißens muss sich der Schweißer vom einwandfreien Anschluss der Schweißstromrückleitung überzeugen.

Dies ist besonders wichtig, wenn der Stromverlauf bei großen Schweißrosten oder Werkstücken unübersichtlich ist.

Häufig sind Schweißvorrichtungen über ihre Antriebsmotoren mit dem Schutzleiter verbunden (Schutzklasse l). Bei unsachgemäßem Anschluss der Schweißstromrückleitung kann Schweißstrom über den Schutzleiter fließen und ihn zerstören. Heimtückisch ist ein solcher Fehler dadurch, dass er zunächst nicht bemerkt wird. Bei nachfolgendem Auftreten eines weiteren Fehlers, z. B. eines Isolationsfehlers auf der Netzspannungsseite, können dann ernsthafte Unfälle geschehen. Deshalb ist anzustreben, so weit wie möglich die Antriebsmotoren an Vorrichtungen und Absaugtischen isoliert anzubauen oder die Schutzmaßnahme "Schutztrennung" zu verwenden, um den Schutzleiter völlig getrennt vom Schweißstromkreis halten zu können.

Wird gleichzeitig an Werkstücken elektrisch geschweißt und mit Elektrowerkzeugen gearbeitet, so werden schutzisolierte Werkzeuge (Schutzklasse II, ohne Schutzleiter) empfohlen (Bild 3-8).



Bild 3-8: Symbol für die Kennzeichnung von schutzisoliertem Elektrowerkzeug

Bild 3-8: Symbol für die Kennzeichnung von schutzisoliertem Elektrowerkzeug

Selbstverständlich müssen Stabelektrodenhalter immer isoliert abgelegt werden. Eine sinnvolle und einfache Maßnahme dieses Ziel zu erreichen besteht schon darin, den Elektrodenhalter erst nach Entfernen des Elektrodenrestes abzulegen (Bild 3-9). Die Isolierstücke (Halbschalen) der Stabelektrodenhalter müssen deshalb bei Beschädigung sofort ausgetauscht werden.

Bild 3-9: Ohne Elektrodenrest isoliert abgelegter Stabelektrodenhalter

Bild 3-9: Ohne Elektrodenrest isoliert abgelegter Stabelektrodenhalter

Lichtbogenzündversuche an nicht dafür vorgesehenen Teilen sind unzulässig, denn sie können vagabundierende Schweißströme hervorrufen und z. B. Schutzleiter zerstören oder Druckgasflaschen unbrauchbar machen, wenn deren Wandungen durch die Zündstelle in ihrer Festigkeit herabgesetzt werden.

Müssen ausnahmsweise Werkstücke am Kran hängend geschweißt werden, so ist das Werkstück sorgfältig vom Kranhaken zu isolieren, um eine mögliche Beschädigung der Kranseile zu verhindern. Dazu genügt z. B. schon ein trockenes Hanf- oder Kunstfaserseil als Anschlagmittel.

Unfälle mit Personenaufnahmemitteln haben gezeigt, dass durch vagabundierende Schweißströme die dünnen Stahlseile sehr schnell durchbrennen können, sodass die Personenaufnahmemittel abstürzen.

Deshalb muss beim Schweißen von Personenaufnahmemitteln aus:

  • der Arbeitskorb isoliert aufgehängt sein (Bild 3-10)
  • eine elektrisch leitende Verbindung mit ausreichendem Querschnitt zwischen der Anschlussstelle für die Schweißstromrückleitung an der Schweißstromquelle und dem Arbeitskorb hergestellt werden
Bild 3-10: Isolierwirbel

Bild 3-10: Isolierwirbel

 

Standsicherheit

Bestimmungsgemäß, z. B. mit Gasflasche und Drahtvorschubgerät, ausgerüstete Schweißstromquellen müssen so standsicher sein, dass sie in ungünstigster Stellung auf einer um 10° geneigten Fläche nicht umstürzen.

Zulässige Leerlaufspannung
siehe Abschnitt 3.2.1.

Kennzeichnung

siehe Einsatzbedingungen in Abschnitt 3.2.1.
Die zusätzliche Kennzeichnung mit einem Typenschild nach Art der Schweißstromquelle ist in den einschlägigen Normen festgelegt.

Betriebsanleitung, Betriebsanweisung
Jede Schweißstromquelle muss mit einer Betriebsanleitung ausgeliefert werden. Darin sind wichtige Hinweise für sicheres und einwandfreies Arbeiten enthalten.

Für stationäre Anlagen und Arbeiten mit besonderen Gefahren muss zusätzlich eine schriftliche Betriebsanweisung aufgestellt werden.



3.4 Schweißleitungsanschlüsse

Schweißleitungsanschlüsse und -verbinder müssen lösbar sein und gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert sein. Bei angeschlossener Schweißleitung muss ein vollständiger Schutz gegen direktes Berühren wirksam sein. Ohne angeschlossene Schweißleitung ist nur ein Schutz gegen zufälliges Berühren erforderlich. Schweißstromrückleitungsanschlüsse am Werkstück oder an der Werkstückaufnahme erfordern keinen Berührungsschutz.



3.5 Schweißstromkreis

Die Anforderungen an den Schweißstromkreis beugen Zerstörungen durch vagabundierende Schweißströme vor. Schweißleitungen, einschließlich Schweißstromrückleitungen, müssen isoliert sein und einen ausreichenden Querschnitt besitzen.

Der Schweißstromkreis darf nicht geerdet werden.



3.6 Drahtvorschubgeräte

Um neben der Schweißspannung zusätzliche Gefahren zu vermeiden, dürfen die Antriebe von Drahtvorschubgeräten nur mit Schutzkleinspannung oder mit Schweißspannung bis 113 V Scheitelwert betrieben werden.

Wenn der Scheitelwert der Leerlaufspannung 75 V und zusätzlich bei Wechselspannung den Effektivwert 50 V überschreiten kann, müssen die Schweißdrahthaspel und die übrigen unter Schweißspannung stehenden Teile gegen zufälliges Berühren geschützt sein.

In Verbindung mit Schweißstromquellen für maschinell geführte Lichtbogenbrenner (Einsatzbedingung 4), bei denen die Leerlaufspannung selbsttätig abgeschaltet wird, ist kein Berührungsschutz erforderlich. Drahtelektroden müssen spannungsfrei gewechselt werden.

Drahtvorschubgeräte, die nicht mit der Schweißstromquelle ein gemeinsames Gehäuse haben, müssen deutlich erkennbar und dauerhaft mit der Art der Antriebsspannung und der vorgesehenen Leerlaufspannung gekennzeichnet sein.



3.7 Fernsteuerung

Steuerstromkreise, die mit dem Schweißstromkreis elektrisch nicht verbunden sind, müssen die entsprechenden Anforderungen von DIN EN 60204-1 erfüllen.

Wenn ein Steuerstromkreis mit dem Schweißstromkreis verbunden ist, muss seine Energieversorgung durch einen Trenntransformator oder gleichwertige Maßnahmen erfolgen.

Dabei ist zu beachten, dass eine Steuerwechselspannung

  • bei Wechselspannung phasengleich
  • bei Gleichstrom polentsprechend
angeschlossen ist, damit die Spannung zwischen jeder äußeren Steuerleitung und/oder dem Schweißausgang keine zulässige Leerlaufspannung überschreitet.



3.8 Instandhaltung

Einrichtungen für Lichtbogenverfahren dürfen nur von befähigten Personen mit geeigneten Ersatzteilen instand gesetzt werden. Wird an einer Schweißleitung ein Isolationsschaden entdeckt, so muss der Schweißer sofort für den Ersatz durch eine einwandfreie Leitung sorgen.

Das Instandsetzen von Schweißleitungen ist nur zulässig, wenn die ursprünglichen Isolationseigenschaften wieder hergestellt werden. Isolierband ist für diesen Zweck ungeeignet.

Das macht schon allein ein Vergleich der Dicke der Leitungsisolation von mehreren Millimetern mit der Dicke eines Isolierbandes von wenigen hundertstel Millimetern deutlich.

Beschädigte Isolierstoffe von Stabelektrodenhaltern und Lichtbogenbrennern müssen sofort durch einwandfreie Teile ersetzt werden. Arbeiten am Stabelektrodenhalter oder Lichtbogenbrenner sind nur im spannungsfreien Zustand zulässig.

Für den Austausch von Verschleißteilen, z. B. an Stabelektrodenhaltern oder Lichtbogenbrennern, kann – nach besonderer Unterweisung – auch der Schweißer selbst befähigt sein.

Hierfür müssen geeignete Ersatzteile zur Verfügung stehen. Deshalb müssen Isolierstoffteile, die erfahrungsgemäß häufig beschädigt werden oder schnell verschlissen sind, als Ersatzteile vorrätig sein, um dieser Forderung nachkommen zu können.

Spätestens bei der Ersatzteilbeschaffung wird es sich zeigen, dass es sinnvoll ist, schon beim Einkauf nicht nur den Kaufpreis, sondern auch die Qualität, die Haltbarkeit der Verschleißteile, die Reparaturhäufigkeit und die Reparaturkosten zu berücksichtigen. Durch überlegte Modellauswahl ist es auch möglich, die Zahl der erforderlichen Ersatzteile in Grenzen zu halten.



3.9 Prüffristen

Bei der Bemessung der Prüffristen für nicht ortsfeste Einrichtungen der Lichtbogentechnik ist zu berücksichtigen:

  • Schweißleitungen, Schlauchpakete, Steckvorrichtungen, Stabelektrodenhalter, Lichtbogenbrenner werden stark beansprucht
  • Netzanschlussleitungen und Steckvorrichtungen können durch vagabundierende Schweißströme beschädigt sein
  • die Isolation der Schweißstromquellen wird durch Staubablagerungen in ihnen vermindert

Es werden deshalb folgende Prüffristen empfohlen:

  1. vierteljährlich
    • Sichtprüfung auf ordnungsgemäßen Zustand
    • Funktionsprüfung sicherheitstechnischer Einrichtungen
    • Prüfung der Schutzmaßnahmen gegen gefährliche Körperströme auf Wirksamkeit
  2. jährlich
    • Sichtprüfung der geöffneten Steckverbindungen
    • Isolationsprüfung von Eingangs- und Ausgangsstromkreis gegen Körper und beide Stromkreise gegeneinander nach innerer Reinigung der Schweißstromquelle

Die Sichtprüfung auf ordnungsgemäßen Zustand umfasst z. B.

  • Netzanschlussleitungen und Steckvorrichtungen
  • Schweißleitungen, Schlauchpakete, Steckvorrichtungen, Stabelektrodenhalter, Lichtbogenbrenner
  • Schutz- und Sicherheitseinrichtungen, wie Hauptschalter, Notbefehlseinrichtungen, Melde- und Kontrolleuchten, Wahlschalter, Befehlsgeräte

Die Funktionsprüfung sicherheitstechnischer Einrichtungen umfasst z. B.

  • Hauptschalter, Befehlsgeräte, Wahlschalter, Melde- und Kontrolleuchten

Die Prüfung der Wirksamkeit der Schutzmaßnahme gegen gefährliche Körperströme umfasst z. B. die Messung des Schutzleiterwiderstandes, siehe DIN EN 60974-4 "Lichtbogenschweißeinrichtungen", Teil 4 "Wiederholungsprüfungen". Die Prüfungen sind von einer befähigten Person durchzuführen und zu dokumentieren. Die befähigte Person muss den Anforderungen der TRBS 1203 Teil 3 genügen.



3.10 Isolation des Lichtbogenschweißers gegen Schweißspannung

Da nicht alle aktiven Teile des Schweißstromkreises gegen direktes Berühren geschützt werden können, muss diese Lücke durch eine Isolation des Lichtbogenschweißers und sicherheitsgerechtes Verhalten geschlossen werden. Eine ausreichende Isolation des Lichtbogenschweißers ist der beste Schutz gegen eine elektrische Durchströmung. Die Bekleidung kann dazu einen wesentlichen Anteil leisten.

Bild 3-11: Nur unbeschädigtes, trockenes Schuhwerk mit Gummisohle isoliert Füße ausreichend

Bild 3-11: Nur unbeschädigtes, trockenes Schuhwerk mit Gummisohle isoliert
Füße ausreichend gegen eine leitfähige Standfläche

Am sichersten lassen sich isolieren:

  • Füße durch unbeschädigtes, trockenes Schuhwerk mit Gummi- oder Kunststoffsohle, z. B. nach DIN EN 345 (Bild 3-11),
  • Hände durch unbeschädigte, trockene Schweißerschutzhandschuhe aus Leder nach DIN EN 12477.

Metallteile in Handschuhen, z. B. Nieten oder Klammern, heben die isolierende Wirkung des Leders wieder auf. Sie sind deshalb in Schweißerschutzhandschuhen nicht zulässig.

Leider gilt diese Aussage nicht mehr automatisch für Produkte nach DIN EN 12477, denn diese Norm

  • enthält keinerlei Anforderungen an das elektrische Isolationsvermögen
  • gewährleistet nicht die Materialeigenschaft, dass schweißarme Teile ungefährdet kurzzeitig berührt oder sogar angefasst werden können

Die DIN EN 12477 ist nach moderner Normenphilosophie werkstoffneutral, mit der Folge, dass nur noch die in dieser Norm festgelegten Mindestanforderungen gewährleistet sind und nicht mehr mit dem Material Leder natürlich verbundene Eigenschaften, die bisher nicht festgelegt zu werden brauchten.

Also – Vorsicht mit Schweißerschutzhandschuhen nach DIN EN 12477, trotz CE-Zeichen müssen sie nicht für Lichtbogenschweißen geeignet sein.

Die Prüfbescheinigung einer akkreditierten Prüfstelle und die Produktinformationen müssen über die Einsatzmöglichkeiten des Handschuhs alle erforderlichen Angaben enthalten. Ein kritischer Teil der Isolation ist der Arbeitsanzug, denn er wird schnell durchfeuchtet oder durchschwitzt und damit leitfähig. Deshalb müssen Stabelektrodenhalter und Lichtbogenbrenner so gehalten werden, dass kein Strom durch den menschlichen Körper fließen kann.

Niemals unter den Arm klemmen.

Stabelektroden dürfen nur mit trockenen Schweißerschutzhandschuhen gewechselt werden, denn gerade im Leerlauf ist die Gefährdung durch die Schweißspannung am größten, da sie als Leerlaufspannung ihren höchsten Wert erreicht. Drahtelektroden dürfen nur spannungsfrei gewechselt werden.

Auch bei Sitzgelegenheiten für Lichtbogenschweißer muss darauf geachtet werden, dass keine leitfähige Verbindung vom Schweißer zum Werkstück hergestellt wird, z. B. durch einen Stuhl mit Metallgestell mit leitfähigen Armlehnen, oder mit einem Holzsitz, der mit durchgehenden Metallschrauben befestigt ist (Bild 3-12). Sind einzelne Körperteile nicht ausreichend isoliert, so müssen sie durch isolierende Unterlagen oder Zwischenlagen geschützt werden.

Bild 3-12: Mit oder ohne Auflage – trockenes Holz isoliert den Lichtbogenschweißer

Bild 3-12: Mit oder ohne Auflage – trockenes Holz isoliert den Lichtbogenschweißer

 

Webcode: M1522-5