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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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