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Vibrationen messen

Schnelles Feedback per Smartwatch
Vibrationen messen

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Manuelle Tätigkeit­en mit vib­ri­eren­den Arbeits­maschi­nen sind bei vie­len Arbeit­splätzen unver­mei­d­bar. Lan­gan­hal­tende und inten­sive Vibra­tion­sein­wirkun­gen auf das Hand-Arm-Sys­tem kön­nen jedoch zu schw­er­wiegen­den Erkrankun­gen führen. Smart­watch­es, die während der Arbeit­saus­führung die Vibra­tion­sex­po­si­tion abschätzen und Feed­back gener­ieren, kön­nen eine Lösung sein – eine aktuelle Studie hat das Poten­zial ermittelt.

Ein gesun­der Arbeit­splatz hat zahlre­iche Facetten: Frische Luft, ein aus­ge­wo­genes Ver­hält­nis zwis­chen Anstren­gung und Erhol­ung sowie ein pos­i­tives Arbeit­skli­ma gehören dazu. Nicht sel­ten kommt die Inter­ak­tion mit Bürogeräten, Arbeit­en mit schw­eren Maschi­nen oder eine Nutzung von Werkzeu­gen und Han­dar­beits­geräten hinzu. Diese Geräte oder Maschi­nen haben meist Rück­wirkun­gen auf das musku­loskelet­tale Sys­tem, die sich sowohl pos­i­tiv als Train­ing, aber auch neg­a­tiv in Form ein­er Belas­tung darstellen können.

Liegt eine inten­sive Vibra­tion im Bere­ich der Hand oder des Arms vor, so gehen davon mit­tel­bare und unmit­tel­bare Gefahren für die Gesund­heit aus. Durch vorüberge­hende Effek­te während der Bedi­enung von Arbeits­geräten kön­nen in der Hand Taub­heit und ver­ringerte Grif­fkon­trolle aus­gelöst wer­den, wodurch die Fähigkeit zur sicheren Bedi­enung dieser Geräte beein­trächtigt wird. Dies kann zu Unfällen führen.

Indi­rek­te Gesund­heitss­chä­den wer­den in diesem Zusam­men­hang als mit­tel­bare Gefahren­quellen beze­ich­net [TLRV-Vib]. Unmit­tel­bare Gefahren für die Gesund­heit entste­hen hinge­gen direkt durch Vibra­tion­sex­po­si­tion. Nach der Lärm- und Vibra­tions-Arbeitss­chutzverord­nung (Lär­mVi­bra­tionsArb­SchV) [LV07] sind Hand-Arm-Vibra­tio­nen (HAV) als Schwingun­gen mech­a­nis­ch­er Quellen zwis­chen acht und 1000 Hz definiert, die über die Hand auf den Kör­p­er ein­wirken. Ganzkör­per­vi­bra­tio­nen sind nach dieser Verord­nung Schwingun­gen beliebiger Quellen zwis­chen 0,1 und 80 Hz, die auf den ganzen Kör­p­er ein­wirken. Sie wer­den über die Kon­tak­t­fläche mit ein­er vib­ri­eren­den Unter­lage über­tra­gen, beim ste­hen­den Men­schen also über die Füße, beim sitzen­den über das Gesäß und beim liegen­den über die gesamte Auflage­fläche [TRLV-Vib].

Erkrankungen durch Hand-Arm-Vibration

Durch die Hand-Arm-Vibra­tion kön­nen diverse Krankheits­bilder aus­gelöst wer­den. Diese beruhen auf ein­er Schädi­gung von Gelenken, Knochen, Ner­ven und Gefäßen. Dabei kön­nen Käl­tee­in­fluss, Fre­quenz der Vibra­tio­nen sowie die Ankop­plungskräfte (Grif­fkraft), mit der das Gerät gehal­ten wird, Ein­fluss auf die Wahrschein­lichkeit und Art der Schädi­gung haben. An erster Stelle der in Deutsch­land angezeigten Beruf­serkrankun­gen [BKV] liegen die musku­loskele­tale Erkrankun­gen wie zum Beispiel Knochenarthrose an Hand- und Ellen­bo­gen­ge­lenken sowie Verknöcherun­gen an den Stellen des Sehnenansatzes.

Weit­ere durch HAV verur­sachte Krankheits­bilder kön­nen als vibra­tions­be­d­ingtes vasospastis­ches Syn­drom (VSS) beze­ich­net wer­den. Andere Beze­ich­nun­gen sind trau­ma­tis­ches Ray­naud-Syn­drom oder Weiss­fin­ger-Krankheit. VSS man­i­festiert sich als chro­nis­che Erkrankung nach eini­gen Monat­en bis Jahren, je nach Dauer und Inten­sität der täglichen Expo­si­tion. So ist bei ein­er Tages-Schwingungs­be­las­tung von 5m/s² nach sechs Expo­si­tion­s­jahren bei zehn Prozent der Betrof­fe­nen das Auftreten dieser Erkrankung zu erwarten [Moh03]. Die Symp­tome zeigen sich anfall­sar­tig mit ein­er Dauer von weni­gen Minuten bis mehreren Stun­den und sind örtlich begren­zt. Käl­tee­in­fluss begün­stigt das Auftreten der Beschw­er­den. Dabei tritt eine starke Ver­min­derung der Durch­blu­tung auf, die mit Kälte- und Schwächege­fühlen in den betrof­fe­nen Fin­gern ein­herge­ht. Zwis­chen den Anfällen treten keine Beschw­er­den auf. Ent­fällt die Vibra­tion­sex­po­si­tion, kann die Erkrankung anfangs reversibel sein; bei bere­its fort­geschrit­ten­er Erkrankung ist eine Lin­derung der Symp­tome möglich. Darüber hin­aus erhöht die Arbeit mit vib­ri­eren­den Arbeits­geräten möglicher­weise das Risiko eines Karpaltunnelsyndroms.

Die hier beschriebe­nen Erkrankun­gen wer­den inzwis­chen in der Liste der Beruf­skrankheit­en unter der Num­mer BK 2113 erfasst [EU-HAV]. Typ­is­che Arbeits­geräte, deren zu inten­sive Benutzung Schädi­gun­gen bewirken kön­nen, sind beispiel­sweise Stampfer, Bohrer, Sägen, Fräsen, Schneide‑, Schleif- oder Polier­maschi­nen, wie sie zum größten Teil in der Forstwirtschaft und met­al­lver­ar­bei­t­en­den Indus­trie benutzt werden.

Die Abschätzung ein­er Gefährdung hin­sichtlich der Hand-Arm-Vibra­tion (HAV) wird unter Berück­sich­ti­gung der Expo­si­tions­dauer sowie der Vibra­tionsin­ten­sität durchge­führt. Die sub­jek­tive Erfas­sung oder der Ein­satz von Mess­geräten zur Bes­tim­mung der Expo­si­tions­dauer ist kosten­in­ten­siv, stört den Arbeitsablauf oder kann auf­grund des hohen Aufwands nur sehr spo­radisch und sel­ten durchge­führt wer­den. Es wird daher ständig an neuen Meth­o­d­en und Sys­te­men gear­beit­et, die eine ein­fache und kostengün­stige Erfas­sung der Hand-Arm Vibra­tion­sex­po­si­tion erlauben. Eine Unter­schei­dung der unter­schiedlichen Sys­teme enthält die DIN SPEC 35844 [DSP].

Vibrationen messen per Smartwatch

Bed­ingt durch die Minia­tur­isierung in der Elek­tron­ik sind nun bezahlbare Smart­watch­es auf dem Markt, die eine Vielzahl von inte­gri­erten Sen­soren enthal­ten. Die Smart­watch­es ver­fü­gen über leis­tungs­fähige Beschleunigungs‑, Drehrat­en- und Akustik­sen­soren sowie eine effiziente Ver­ar­beitung­sein­heit, die für die HAV-Bes­tim­mung genutzt wer­den kann.

Gemein­sam mit dem Insti­tut für Arbeitss­chutz IFA, St. Augustin, und dem Fraun­hofer IGD, Ros­tock, wurde eine Mach­barkeit­sun­ter­suchung durchge­führt, um nachzuweisen, ob mit Smart­watch­es eine Arbeits­gerätei­den­ti­fika­tion möglich ist. Hier­bei wur­den unter Laborbe­din­gun­gen und in Feld­ver­suchen Beschle­u­ni­gungs- und Mikro­fon­dat­en während der Aus­führung von Arbeit­en mit vib­ri­eren­den Arbeits­geräten erfasst und analysiert. Dabei wurde unter­sucht, welche Ver­fahren zur Vibra­tions­mus­ter­erken­nung geeignet und welche Erhe­bungspa­ra­me­ter auszuwählen sind. Durch eine Klas­si­fizierung der Mess­dat­en wurde auf die genutzten Arbeits­geräte sowie die Expo­si­tion­szeiträume geschlossen.

Als Ergeb­nis der Unter­suchung wur­den die Möglichkeit­en und Rah­menbe­din­gun­gen für eine indi­vidu­elle Bes­tim­mung der HA-Vibra­tions­do­sis mit Smart­watch­es bes­timmt und bew­ertet. Es kon­nte gezeigt wer­den, dass eine kon­tinuier­liche Erfas­sung der HA-Vibra­tions­do­sis mit kostengün­sti­gen Smart­watch­es unkom­pliziert möglich ist. Im Rah­men der Eval­u­a­tion wur­den Beschle­u­ni­gungs­dat­en mit 50 Hz sowie Sound­dat­en mit acht kHz erfasst und in Fen­ster, zu je 1,28 Sekun­den, unterteilt. Aus den Mess­dat­en dieser Sen­soren wur­den 71 Merk­male selek­tiert und auf ihre Rel­e­vanz unter­sucht. Es zeigte sich, dass in Feld­ver­suchen eine Unter­menge von cir­ca neun bis 15 Merk­malen rel­e­vant ist. Beim Ein­satz von vier unter­schiedlichen Arbeits­geräten wur­den die Dat­en mit einem J48-Entschei­dungs­baum klas­si­fiziert, dieses führte zu ein­er Erken­nungsrate der Arbeits­geräte von cir­ca 72 Prozent. Für die A(8)-Bewertung wies hinge­gen die Smart­watch eine Über­be­w­er­tung von cir­ca elf Prozent auf [Ma16].

Geringere Schädigung durch Vibrationen absehbar

Die Tech­nolo­gieen­twick­lung in der Pro­duk­tion führt aktuell zu Sys­te­men, Maschi­nen und Robot­ern, die dem Men­schen assistieren. Daher ist abzuse­hen, dass Schädi­gun­gen durch Hand-Arm-Vibra­tio­nen abnehmen. Par­al­lel dazu entwick­eln sich unauf­dringliche, ein­fach hand­hab­bare Mess- und Abschätzsys­teme zur Bes­tim­mung auftre­tender Vibra­tion­sex­po­si­tion ständig weit­er. Darüber hin­aus wer­den durch die Ein­beziehung von kün­stlich­er Intel­li­genz im Arbeit­sleben die Arbeits­be­din­gun­gen verbessert und frühzeit­ig Abwe­ichun­gen oder ver­mei­d­bare Belas­tun­gen detek­tiert, so dass Hin­weise zur Opti­mierung des Arbeit­sall­t­ags abgegeben wer­den kön­nen. Bis es soweit ist, kann die Vibra­tionsüberwachung mit­tels Smart­watch dazu beitra­gen, gesund­heitliche Fol­gen zu min­imieren oder zu verhindern.

Ref­eren­zen

  • [TRLV-Vib] Tech­nis­che Regeln zur Lärm- und Vibra­tions-Arbeitss­chutzverord­nung, Beurteilung der Gefährdung durch Vibra­tio­nen, Auss­chuss für Betrieb­ssicher­heit – ABS-Geschäfts­führung – BAuA – www.baua.de – Aus­gabe: März 2015, GMBl 2015 S. 485 [Nr. 25/26]
  • [LV07] Verord­nung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdun­gen durch Lärm und Vibra­tio­nen (Lärm- und Vibra­tions-Arbeitss­chutzverord­nung – Lär­mVi­bra­tionsArb­SchV), 2007, Let­zter Zugriff: 05.05.2019
  • [EU-HAV] EU-Hand­buch HAV, Hand­buch zum The­ma Hand-Arm-Vibra­tion, Pots­dam, 2007, Rechtlich nicht binden­des Hand­buch im Hin­blick auf die Umset­zung der Richtlin­ie 2002/44/EG über Min­destvorschriften zum Schutz von Sicher­heit und Gesund­heit der Arbeit­nehmer vor der Gefährdung durch physikalis­che Ein­wirkun­gen (Schwingun­gen), 2007
  • [MA16] Matthies D., Bieber G., Kaulbars U.: AGIS: Auto­mat­ed Tool Detec­tion & Hand-Arm Vibra­tion Esti­ma­tion using an unmod­i­fied Smart­watch, iWOAR – inter­na­tion­al work­shop on sen­sor-based activ­i­ty recog­ni­tion and inter­ac­tion 2016, Ros­tock, Ger­many, ACM, 2016, DOI: http://dx.doi.org/10.1145/2948963.2948971
  • [BKV] Beruf­skrankheit­en-Verord­nung vom 31. Okto­ber 1997 (BGBl. I S. 2623), die zulet­zt durch Artikel 1 der Verord­nung vom 10. Juli 2017 (BGBl. I S. 2299) geän­dert wor­den ist
  • [DSP] DIN SPEC 35844 Schwingung­sein­wirkung auf den Men­schen – Anleitung und Fachaus­drücke für Mess­geräte und Hil­f­sein­rich­tun­gen zur Beurteilung der Tages-Schwingungs­be­las­tung am Arbeit­splatz entsprechend den Gesund­heits- und Sicher­heit­san­forderun­gen (ISO/TR 19664:2017); Deutsche Fas­sung CEN ISO/TR 19664:2018, Aus­gabe 2019-03

Foto: Fraun­hofer IGD

Dr.-Ing. Ger­ald Bieber

Senior Researcher/Visual Assis­tance Technologies,

Fraun­hofer-Insti­tut für Graphis­che Daten­ver­ar­beitung IGD


Foto: DGUV/IFA

Dipl.-Ing. Uwe Kaulbars

Sachge­bi­et­sleit­er Hand-Arm-Vibra­tion, Insti­tut für Arbeitss­chutz der DGUV (IFA), Deutsche Geset­zliche Unfal­lver­sicherung e.V. (DGUV)

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