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Ultraschallpegel-Messsystem für den praktischen Einsatz im Arbeitsschutz

11.05.2017

Im Rahmen eines Technologietransfers wird ein Messsystem für Luftultraschall entwickelt. Es ist speziell auf den praktischen Einsatz zur Messung von Lärm im Arbeitsschutz ausgerichtet. Damit kann nun an Arbeitsplätzen die Gefährdung durch die weit verbreiteten und mitunter sehr hohe Schalldruckpegel verursachenden Ultraschallmaschinen erfasst und bewertet werden.

Die Anzahl der durch luftgeleiteten Ultraschall exponierten Arbeitsplätze nimmt durch die steigende Verbreitung von Ultraschalltechnologien, wie etwa Schweißen, Reinigen oder Schneiden, stetig zu. Die deutsche Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung [1] fordert eine Bewertung von allen tatsächlichen und potentiellen Risiken durch Lärm am Arbeitsplatz, womit auch die Messung von Ultraschall eingeschlossen wird. Jedoch eignen sich aktuell erhältliche Schallpegelmessgeräte nur sehr eingeschränkt für die Messung von Schall in diesem Frequenzbereich. Als Folge können zum Beispiel Berufsgenossenschaften nur ungenügend ihren Pflichten zur Risikobewertung an belasteten Arbeitsplätzen nachkommen. Aus diesem Grund wird aktuell an der PTB im Rahmen eines Technologietransfers im TransMeT-Programm ein Schallpegel-Messsystem entwickelt, welches neben dem Hörschall- auch den Ultraschallfrequenzbereich abdeckt. Partner und direkter Anwender des Messsystems ist das Institut für Arbeitsschutz (IFA) der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) [2].

Bei der Entwicklung des Ultraschallpegel-Messsystems sind zahlreiche Anforderungen zu berücksichtigen, welche sich aus der Norm DIN EN 61672 „Schallpegelmesser“ [3] sowie dem geplanten Einsatzbereich an Ultraschall-Arbeitsplätzen ergeben. So muss etwa die elektromagnetische Verträglichkeit sichergestellt werden, um eine Verfälschung der Messung durch die teilweise an Industriearbeitsplätzen vorherrschenden starken elektromagnetischen Felder auszuschließen. Des Weiteren sollte der Messbereich so gewählt werden, dass die an Ultraschall-Arbeitsplätzen lokal auftretenden sehr hohen Schalldruckpegel erfasst werden können. Aufgrund seiner kurzen Wellenlängen wird Ultraschall bereits durch kleinste Hindernisse in seiner Ausbreitung gestört. Dies muss beispielsweise bei der Verwendung von Mikrofonschutzvorrichtungen oder -halterungen berücksichtigt werden, um das zu messende Schallfeld so wenig wie möglich zu beeinflussen.
Ein erster Prototyp des Ultraschallpegel-Messsystems (Bild 1) besteht aus einem Laptop, einem Analog-Digital-Konverter, einem Speisemodul, einem Vorverstärker und einer Viertelzoll-Kondensator-Mikrofonkapsel. Die Stromversorgung des Systems kann über Akkus erfolgen, wodurch ein mobiler Einsatz ermöglicht wird.

Bild 1: Prototyp des Ultraschallpegel-Messsystems

Zur Berechnung, Anzeige und Aufzeichnung der Schallpegel wurde eine, über eine grafische Benutzeroberfläche bedienbare Software in der Programmiersprache Python implementiert. Diese ermöglicht neben der Echtzeit-Anzeige des Pegel-Zeit-Verlaufs und des Frequenzspektrums auch eine Aufzeichnung und Speicherung verschiedenster Pegelgrößen zur nachträglichen Auswertung.
Zusätzlich zur Entwicklung wird das Messsystem dahingehend geprüft, ob es die besonderen Anforderungen an den praktischen Einsatz erfüllt. Dafür werden die vielfältigen spezialisierten Messplätze der PTB zur Prüfung von Schallpegelmessgeräten im Rahmen von Baumusterprüfungen genutzt. Das System wird durch ein noch zu entwickelndes Kalibrierverfahren und eine Messmethodik ergänzt werden.
Kurzfristig wird damit Messingenieuren, die im Arbeitsschutz tätig sind, ein konkretes Gerät an die Hand gegeben, um die Lärmbelastung durch Luftultraschall an Arbeitsplätzen nach Norm zu erfassen und zu bewerten. Langfristig können die Erkenntnisse aus der Entwicklung des Messsystems bei der Normung und bei der Entwicklung künftiger kommerzieller Systeme genutzt werden.

 

Literatur:

[1] Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch Lärm und Vibrationen (Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung - LärmVibrationsArbSchV)
[2] Opens external link in new windowhttp://www.dguv.de/ifa/index.jsp
[3] DIN EN 61672-1:2013: Elektroakustik – Schallpegelmesser – Teil 1: Anforderungen

Ansprechpartner:

Moritz Wächtler, FB 1.6, AG 1.62, E-Mail: Opens window for sending emailmoritz.waechtler(at)ptb.de