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Einsatz von Exoskeletten

Produktion, Logistik, Handwerk
Einsatz von Exoskeletten

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Um ihre Beschäftigten länger gesund zu hal­ten, testen immer mehr Betriebe Exoskelette – vor allem in der Pro­duk­tion, aber auch in der Logis­tik oder im Handw­erk. Neben vie­len Chan­cen zeigen diese Tests jedoch auch Prob­leme mit den futur­is­tisch anmu­ten­den Hil­f­s­mit­teln.

Toy­ota-Beschäftigte müssen sich auf eine Erweiterung ihrer Per­sön­lichen Schutzaus­rüs­tung (PSA) ein­stellen – zumin­d­est wenn sie in den nor­damerikanis­chen Werken Wood­stock oder Prince­ton beschäftigt sind und häu­fig Überkop­far­beit­en aus­führen. Dort gehören seit diesem Jahr nicht mehr nur Schutzbrille, geschlossene Schuhe oder Ohrstöpsel zur oblig­a­torischen PSA, son­dern auch ein Exoskelett. Wie Toy­ota mit­teilt, wird das Air­frame des US-Her­stellers Lev­i­tate einge­set­zt, um Ver­let­zun­gen und Erkrankun­gen bei den Beschäftigten vorzubeu­gen: Das wie ein Ruck­sack zu tra­gende mech­a­nis­che Gerüst soll bei Überkop­far­beit das Gewicht auf die Kör­per­mitte verteilen und die Bewe­gungsse­quen­zen bei der Mon­tage unter­stützen, um die Ermü­dung der Musku­latur zu ver­langsamen und ins­ge­samt das Muskel-Skelett-Sys­tem zu ent­las­ten. Auch bei BMW im US-Bun­desstaat South Car­oli­na kön­nen sich Arbeit­er vom Air­frame unter die Arme greifen lassen, verpflich­t­end ist die Nutzung des Exoskeletts dort allerd­ings nicht.

Intensive Tests in Deutschland

In Deutsch­land kom­men Exoskelette an gewerblichen Arbeit­splätzen bis­lang vor allem im Rah­men von Ergonomiepro­jek­ten zum Ein­satz. Ralf Schick befasst sich als Leit­er des Sachge­bi­ets Physis­che Belas­tun­gen der Beruf­sgenossen­schaft Han­del und Waren­l­o­gis­tik (BGHW) sowie im Fach­bere­ich Han­del und Logis­tik der DGUV seit rund vier Jahren mit Exoskelet­ten und deren Ver­wen­dung. Nach seinem Ken­nt­nis­stand wer­den Exoskelette in deutschen Unternehmen bis­lang nicht im Regel­be­trieb einge­set­zt. Aber Schick beobachtet in Betrieben inten­sive Test­phasen unter­schiedlich­er Pro­to­typen, die von immer mehr Anbi­etern auf den Markt gebracht wer­den. Sog­ar ein inter­na­tionaler Ver­band der Exoskelett-Indus­trie (VDEI) hat sich inzwis­chen gegrün­det – 2019 im Rah­men der Berlin­er Dig­italkon­ferenz re:publica.

Vielfache Verwendung

Für den mil­itärischen Ein­satz wer­den Exoskelette bere­its seit langem weltweit inten­siv entwick­elt und getestet, auch in der medi­zinis­chen Reha­bil­i­ta­tion sind solche Sys­teme weit ver­bre­it­et. Vor­re­it­er für die Ver­wen­dung an gewerblichen Arbeit­splätzen sind Pro­duk­tions- und Logis­tikun­ternehmen, allen voran die Auto­mo­bilin­dus­trie. Volk­swa­gen beispiel­sweise hat gemein­sam mit dem Prothetik-Spezial­is­ten Otto­bock seit 2012 das Sys­tem Paexo Shoul­der entwick­elt, um die Werk­er bei der Überkopf-Mon­tage ergonomisch zu ent­las­ten. Seit Okto­ber 2018 ist Paexo auf dem Markt. Ähn­lich wie das Air­frame-Sys­tem wird Paexo wie ein Ruck­sack angelegt; das Gewicht der erhobe­nen Arme wird über Arm­schalen mith­il­fe ein­er mech­a­nis­chen Seilzugtech­nik auf die Hüfte abgeleit­et. Das soll Muskeln und Gelenke im Schul­ter­bere­ich ent­las­ten und Tätigkeit­en über Kopf kom­fort­abler machen. Gle­ichzeit­ig sollen Nutzer mit dem Exoskelett gehen, sitzen und auch Gegen­stände aufheben kön­nen. Erste Tests sind dem Unternehmen zufolge pos­i­tiv ver­laufen, der Ein­satz in weit­eren Werken sei daher geplant.

Eingewöhnung erforderlich

Auch das Indus­triemon­tage-Unternehmen Thor hat Paexo Shoul­der Ende 2018 auf seinen Baustellen getestet, unter anderem im Heizungs‑, Elek­tro- und Rohrleitungs­bau. Laut Geschäfts­führer Ker­sten Thor waren die Mitar­beit­er von der sofor­ti­gen Ent­las­tung der Musku­latur begeis­tert. Bei staubi­gen und schmutzi­gen Umge­bun­gen habe es keine Prob­leme mit der Funk­tion­al­ität gegeben, und bei Kälte hät­ten die Beschäftigten Jack­en darüber oder darunter tra­gen kön­nen. Es habe jedoch eine Weile gedauert, bis sich die Mitar­beit­er an das neue Hil­f­s­mit­tel gewöh­nt hät­ten.

Volk­swa­gen-Tochter Audi hat gle­ich mit unter­schiedlichen Exoskelett-Vari­anten (siehe Kas­ten Exoskelette auf Seite 27) Tests durchge­führt: unter anderem mit dem Chair­less Chair, der Werk­ern das Sitzen ohne Stuhl ermöglicht, mit dem aktiv­en Hand-Exoskelett Bioser­vo, mit den Sys­te­men Air­frame, Paexo und SkelEx bei Überkopftätigkeit­en und mit dem Oberkör­p­er-Exoskelett Lae­vo an Arbeit­splätzen in der Logis­tik und der Pro­duk­tion. Weit­ere Tests zum Beispiel mit dem Cray X in der Logis­tik sollen fol­gen. Den Chair­less Chair hat das Unternehmen inzwis­chen für den Praxi­sein­satz freigegeben, für die Freiga­be weit­er­er Vari­anten scheint es noch zu früh zu sein. Das zeigt eine Feld­studie, in der Audi Vorteile und Schwierigkeit­en beim Ein­satz von Exoskelet­ten am Beispiel des Sys­tems Lae­vo aufgeschlüs­selt hat.

Nicht nur positive Rückmeldungen

„Die Unter­suchungsergeb­nisse offen­baren das Poten­zial von Exoskelet­ten als ergonomis­che Unter­stützungssys­teme“, so Co-Autor Ralph Hensel. Lae­vo könne sowohl bei dynamis­chen Umset­zvorgän­gen als bei auch sta­tis­ch­er Hal­tungsar­beit in vorge­beugter Kör­per­hal­tung die Belas­tung des unteren Rück­ens reduzieren. Dafür werde ein Teil des wirk­enden (Last-)Gewichtes über ein Brust­pad aufgenom­men und über eine Fed­er­struk­tur mit Gas­druck­dämpfern vor­bei an Rück­en und Hüfte über Ober­schenke­lau­fla­gen in die Beine ein­geleit­et. Die Nutzer hät­ten jedoch über Schwitzen, Rei­bung und Druck­empfind­en im Bere­ich der Kör­perkon­tak­t­stellen an Schul­tern, Brust und Ober­schenkeln sowie über das Eigengewicht des Sys­tems geklagt. Außer­dem sei wegen der Las­tumverteilung, ins­beson­dere in Brust, Ober­schenkel und Knie, von ein­er dauer­haften Nutzung abzu­rat­en, um möglichen neg­a­tiv­en Langzeit­fol­gen ent­ge­gen­zuwirken (siehe Fol­geartikel auf den Seit­en 28 bis 29). Trotz­dem sieht Hensel ins­ge­samt in Exoskelet­ten einen vielver­sprechen­den Ansatz, um die ergonomis­chen Bedin­gun­gen der Mitar­beit­er zu verbessern und tätigkeits­be­d­ingten Muskel-Skelett-Erkrankun­gen vorzubeu­gen.

Auf Skepsis gestoßen

Die Daim­ler AG hat eben­falls ver­schiedene Exoskelette in allen pro­duzieren­den Sparten getestet, darunter neben dem Chair­less Chair auch Lae­vo sowie Air­frame, Paexo und SkelEx. „Bei Arbeit­splätzen mit einem hohen Zei­tan­teil in sta­tisch nach vorn gebeugter Kör­per­hal­tung wird das Lae­vo von den Mitar­beit­ern gut angenom­men“, sagt Stephen Moser von der Inter­nen Beratung bei Daim­ler. Oft sei jedoch ins­beson­dere bei Fließban­dar­beit­splätzen der Anteil jen­er Arbeitsin­halte, bei denen das Lae­vo ent­las­tend wirke, geringer als der Anteil, bei denen es als störend emp­fun­den werde. Die Exoskelette Air­frame, Paexo und SkelEx hat Daim­ler als schnelle Mit­tel zur ergonomis­chen Ent­las­tung iden­ti­fiziert. Als Prob­leme nen­nt Moser die hohen Kosten für einen Serienein­satz, da meist ein indi­vidu­elles Exem­plar pro Mitar­beit­er notwendig sei, den hohen Betreu­ungsaufwand während der Ein­führung, die mögliche Entste­hung von zusät­zlichen (Unfall-)Gefahren und die ungek­lärten Langzeitauswirkun­gen. Und obwohl alle Exoskelette eine für den Mitar­beit­er spür­bare Ent­las­tung in beson­ders beansprucht­en Kör­per­re­gio­nen mit sich brin­gen: „Die Mehrheit der Pro­duk­tion­s­mi­tar­beit­er bleibt bish­er gegenüber ein­er Exoskelett-Nutzung skep­tisch“, so Moser. In dieser fehlen­den Akzep­tanz sieht er ein wesentlich­es Hemm­nis für die weit­ere Ver­bre­itung von Exoskelet­ten: „Selb­st ein kurzzeit­iges Testen der Geräte wird vielfach abgelehnt.“

Beweglichkeit eingeschränkt

Diese Skep­sis begeg­nete auch Andreas Tautz. Der Chief Med­ical Offi­cer bei der Post DHL Group testete im Leipziger Luft­frachtzen­trum zwei Lae­vo-Vari­anten. An dem Stan­dort bewegt beispiel­sweise ein soge­nan­nter Aufleger, der Fracht­stücke von Hand aus einem Con­tain­er holt und auf ein Verteil­band legt, bis zu 4.800 Pakete pro Schicht. Bei dem frei­willi­gen Testen der Exoskelette hät­ten die Beschäftigten dur­chaus eine Ent­las­tung von Rück­en- und Nack­en­bere­ich gespürt, sich bei den Bewe­gungsabläufen jedoch auch eingeschränkt gefühlt. Der Test wurde nach vier Wochen abge­brochen – wegen man­gel­nder Akzep­tanz. „Das, was wir erre­ichen woll­ten, näm­lich Ent­las­tung, das wird emp­fun­den“, so Taut: „Trotz­dem ist das Exoskelett nicht angenom­men wor­den.“

Nutzer in den Fokus stellen

Diese Beobach­tung passt zu einem weit­eren Ergeb­nis, zu dem Ralph Hensel von Audi in sein­er Feld­studie gekom­men ist. „Die Entwick­lung von Exoskelet­ten scheint primär tech­nol­o­gisch getrieben zu sein, da der Fokus stark auf der mech­a­nis­chen Wirk­samkeit der Sys­teme liegt“, so Hensel: „Jedoch muss der Nutzer in den Mit­telpunkt sowohl der Entwick­lung als auch der Pilotierung und Imple­men­tierung von Exoskelet­ten rück­en.“


Foto: pri­vat

Petra Han­nen

Fachjour­nal­istin


Exoskelette – Formen und Beispiele

Exoskelette sind am Kör­p­er getra­gene äußere Stützstruk­turen beziehungsweise Assis­ten­zsys­teme. Einige kön­nen den ganzen Kör­p­er unter­stützen, die meis­ten sind jedoch nur für einen Kör­per­bere­ich oder bes­timmte Muskel­grup­pen oder lediglich für ein beson­ders belastetes Gelenk vorge­se­hen.

Pas­sive Exoskelette funk­tion­ieren rein mech­a­nisch, beispiel­sweise über Fed­er­sys­teme:

  • Lae­vo: Das Oberkör­p­er-Exoskelett unter­stützt den unteren
    Rück­en beim Heben von Las­ten und bei der Rumpfvornei­gung; www.laevo.nl
  • SkelEx/Airframe: Die Oberkör­p­er-Exoskelette unter­stützen Arme und Schul­ter bei Arbeit­en über Schul­ter­höhe;
    www.skel-ex.com; https://www.levitatetech.com
  • Chair­less Chair: Das Bein-Exoskelett ent­lastet die Beine und
    ermöglicht kurze Sitz­pausen; www.noonee.com
  • Paexo: Je nach Aus­führung (Thumb, Wrist, Shoul­der) unter­stützt das Exoskelett Daume­nend- und ‑sat­tel­ge­lenke bei der Mon­tage, das Handge­lenk bei der Las­ten­hand­habung oder Schul­terge­lenke und Ober­arme bei der Überkop­far­beit;
    www.ottobock.com/de
  • Suitx Max: Das Ganzkör­p­er-Exoskelett unter­stützt obere und
    untere Extrem­itäten beim Heben von Las­ten, bei Arbeit­en über Schul­ter­höhe und bei der Rumpfvornei­gung;
    www.suitx.com/max-modular-agile-exoskeleton
  • For­tis Exoskele­ton: Das Ganzkör­p­er-Exoskelett unter­stützt
    obere und untere Extrem­itäten beim Heben und Hal­ten von schw­eren Werkzeu­gen sowie bei Arbeit­en über Schul­ter­höhe; http://www.lockheedmartin.com/en-us/products/exoskeleton-technologies/industrial.html

Aktive Exoskelette, oft auch Robot­er­anzüge genan­nt, ver­fü­gen über Sen­soren und elek­trische oder pneu­ma­tis­che Antriebe, für die auch eine Energiev­er­sorgung notwendig ist:

  • Cray X: Das Oberkör­p­er Exoskelett unter­stützt den unteren
    Rück­en beim Heben von Las­ten und bei der Rumpfvornei­gung; www.germanbionic.de
  • Exo-Jack­et: Das motorisierte Oberkör­p­er-Exoskelett unter­stützt Arme und Schul­ter bei Arbeit­en über Schul­ter­höhe;
    www.ipa.fraunhofer.de
  • HAL-Lum­bar: Das Lenden­wirbel­säule-Exoskelett unter­stützt den unteren Rück­en beim Heben von Las­ten und bei der Rumpfvornei­gung; www.ccr-deutschland.de/healthcare
  • HAL-Robot­er­anzug: Das Ganzkör­p­er-Exoskelett unter­stützt obere und untere Extrem­itäten beim Heben von Las­ten;
    www.cyberdyne.jp/english/products/HAL

Überschrift std

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Testläufe beim Mil­itär, in der Reha-Medi­zin und in der Pro­duk­tion

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