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Elektrotechnik

Funkanwendungen in der Smart Factory sicher nutzen

Schlagworte wie Smart Factory oder 5G sind heutzutage in aller Munde. Im Rahmen ihres Auftrags zur Prävention untersucht die AUVA schon heute die sichere Nutzung von Funkanwendungen, wie etwa dem 5G-Standard, in einer beispielhaften Smart Factory. Unter anderem soll geklärt werden, ob Arbeitnehmer:innen dadurch stärker elektromagnetischen Feldern (EMF) ausgesetzt sein würden.
Ein Arbeiter mit Helm und Schutzbrille steuert verschiedene Roboterarme mit seinem Notebook
© Adobe Stock

Obwohl die Begriffe 5G und Smart Factory nicht für singuläre Umwälzungen stehen, sind im Laufe der nächsten Jahre dennoch spürbare Änderungen bei Arbeitsplatzsituationen zu erwarten. Der Trend zur Automatisierung wird sich fortsetzen, noch mehr mobile Arbeitssysteme und teils kollaborierende Roboter werden eingeführt werden. Der steigende Datentransfer wird über mobile Funkanwendungen wie WLAN oder Mobilfunk in der Form von LTE oder 5G abgewickelt werden. Das heute verfügbare 5G wird sich dabei zu höheren Frequenzen (z. B. bei 26 Gigahertz [GHz], sogenannte „Millimeterwellen“) weiterentwickeln und teils in betriebseigenen, sogenannten Campus Networks organisiert sein. Es ist zu erwarten, dass die Exposition von Arbeitnehmern:Arbeitnehmerinnen durch Funkstrahlung dabei zeitlich weitaus dynamischer wird. Durch die schnellere und effizientere Datenübertragung bei 5G kann, verglichen mit den etablierten Funktechnologien, die gleiche Datenmenge im Durchschnitt sogar mit einer reduzierten Exposition übertragen werden. Vereinzelte erhöhte Expositionen nahe den lokal als Small Cells vorliegenden Sendeanlagen können allerdings nicht ausgeschlossen werden, da bei Millimeterwellen technologiebedingt auch stärker gebündelte Strahlung eingesetzt werden wird.
Die AUVA hat sich der Frage der künftigen Exposition durch Funkstrahlung im Forschungsprojekt „Recherche und Abschätzung zukünftiger EMF-Expositionssituationen für Arbeitnehmer:innen in Smart Factories“ schon heute angenommen. Experten der Seibersdorf Labor GmbH schätzten dabei das Ausmaß und die Wirkung der Strahlung der am Arbeitsplatz zu erwartenden Immissionen im Bereich von Millimeterwellen, wie sie durch 5G-Campus-Netze verursacht werden, ab. Zusätzliche Immissionsmessungen in einer beispielhaften heutigen Smart Factory zeigten die im Grunde unproblematische Exposition, die sich bei Beachtung weniger einfacher Verhaltensregeln ergibt.

Immissionsmessung in einer Smart Factory

Beispiel- bzw. modellhaft wurde ein Smart-Factory-Szenario bezüglich der Exposition durch Funkstrahlung vermessen und die Immission mit den am Arbeitsplatz anwendbaren Grenzwerten aus der Verordnung Elektromagnetische Felder (VEMF) verglichen.
Die relevanten Quellen von Funkstrahlung waren moderne WLAN-Router und Small Cells für LTE und 5G im heute genutzten Frequenzbereich um 3,5 GHz. Als Client fungierte ein mobiler Roboter. Die Hintergrundstrahlung durch im Freien etwas entfernt vorhandene Mobilfunk-Basisstationen wurde zwar miterfasst, spielte aber abseits von einem Standort direkt am Fenster eine geringe Rolle. Es wurden sowohl Maximalwerte als auch das meist übliche zeitliche Mittel über 6 Minuten bestimmt. Erwartungsgemäß können beim Datentransfer kurzzeitig höhere Werte der Funkstrahlung auftreten, aufgrund der hohen Übertragungsgeschwindigkeit und damit kurzer Transfer-Dauer ergibt sich aber im Mittel oft eine eher geringe Immission.
Im Raum klar dominierend ist die Funkstrahlung der Small-Cell-Basisstation, insbesondere beim Download in Richtung Client. Da die Strahlung stark vom Abstand abhängt, ist eine hohe Exposition im Wesentlichen nur in unmittelbarer Nähe einer solchen Basisstation möglich. Aufgrund der üblichen Montage an Decke oder Wand sind somit nur bei Instandhaltungsmaßnahmen an oder nahe der Antenne Maßnahmen aufgrund von Funkstrahlung erforderlich.
Alle Immissionsmessungen unterschritten die Grenzwerte der VEMF und sogar jene für die Allgemeinbevölkerung, welche auch für schwangere Arbeitnehmerinnen anwendbar sind, bei Weitem. Die Ergebnisse können – bei ähnlich vorliegender Technologie – somit als positive Muster-Evaluierung verwendet werden.

Fazit

Abschätzungen für zukünftige Funkstrahlung im Bereich der Millimeterwellen rundeten die vorliegende Einschätzung ausreichend ab. Auch Expositionen in direkter Hauptsenderichtung einer künftigen Basisstation für den Zentimeter- und Millimeterwellenbereich wurden simuliert. Ebenso wurden Berechnungen für das Berühren von kleinen, aktiven Antennen, beispielsweise bei Endgeräten (Client) durchgeführt. Es zeigt sich, dass dies generell vermieden werden sollte. Schon bei 1 W dauerhafter Sendeleistung und 3,5 GHz wäre eine Überschreitung der Expositionsgrenzwerte in der Hand nicht ausgeschlossen. Bei Systemen mit Immissionen im Zentimeter- und Millimeterwellenbereich, d. h. bei einigen (zehn) GHz, müssen vergleichsweise höhere Ausschöpfungsgrade der Auslösewerte bzw. Expositionsgrenzwerte erwartet werden. Dies liegt auch daran, dass Antennen mit höherer Richtwirkung zum Einsatz kommen. Die Gefahr einer Überschreitung von Expositionsgrenzwerten erscheint auf Basis der durchgeführten Simulationen jedoch nur in speziellen Situationen bei unmittelbarer Annäherung an die Antennen in Raumbereichen der Hauptsenderichtung (und eher leistungsstarker Sender) gegeben. In Summe zeigt sich, dass mit „Funksystemen von morgen“ sicher gearbeitet werden kann, sofern zwei wichtige Punkte bekannt gemacht und berücksichtigt werden:
1.    Vermeide, auch kleinere, Sendeantennen zu berühren.
2.    Halte von Basisstationen sowie Small Cells den von den Betreiber- bzw. Herstellerfirmen angegebenen Sicherheitsabstand ein.
Heutzutage gültige Sicherheitsabstände, bislang ohne Berücksichtigung von Millimeterwellen und ohne den Bereich von einigen zehn GHz, werden auch im AUVA-Merkblatt M.plus „475 Arbeiten in der Nähe von Sendeantennen“ (auva.at) angegeben – wobei natürlich den Angaben der Betreiber- bzw. Herstellerfirmen Vorzug zu geben ist. Ein typischer konservativer Sicherheitsabstand für Arbeitnehmer:innen gegenüber einer Small Cell beträgt mit Stand 2022 maximal 50 cm.
Die vollständigen Projektergebnisse werden demnächst als AUVA-Report R84 veröffentlicht und beinhalten auch eine kurze Diskussion über die Begrenzung von kurz-gepulster Funkstrahlung mittels der neueren, im Jahr 2020 von der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) vorgeschlagenen Grenzwerte.


Dr. Klaus Schiessl
Fachbereiche Physik und Elektrotechnik, AUVA-Hauptstelle
klaus.schiessl@auva.at

DI Gernot Schmid
DI René Hirtl
Beide: EMC & Optics, Seibersdorf Laboratories

Zusammenfassung | Summary | Résumé

Die AUVA untersuchte die sichere Nutzung von Funkanwendungen wie 5G Netzen in zukünftigen Smart Factories. Zusätzliche Immissionsmessungen in einer beispielhaften heutigen Smart Factory zeigten, dass für die überwiegende Anzahl von Arbeitssituationen keine Überschreitungen der Expositionsgrenzwerte zu erwarten sind.

The AUVA has conducted a study on the safety of wireless applications such as 5G networks in future smart factories. Extensive emission measurements in an exemplary modern smart factory show that most work situations pose no risk of exceeding the permissible exposure limit.

L’AUVA s’est penchée sur l’utilisation sécurisée des applications sans fil comme les réseaux 5G dans des usines intelligentes ou « Smart Factories » de demain. Des mesures d’immission supplémentaires réalisées dans une usine intelligente actuelle connue pour ses bonnes pratiques ont montré qu’aucun dépassement des valeurs limites d’exposition n’était à attendre pour la grande majorité des situations de travail.


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