DE10119252A1 - Einrichtung zur personengebundenen Messung von Kennwerten der Hand- Arm- und Ganzkörperschwingungsbelastung an Arbeitsplätzen (Schwingungsdosimeter) - Google Patents

Abstract

Bei bisherigen Messungen zur Ermittlung der Belastung durch Ganzkörper- und Hand-Arm-Schwingungen ist es notwendig, die Schwingungssensorik form- oder kraftschlüssig mit der schwingungserzeugenden Maschine zu verbinden. Hiermit sind mehrere Nachteile, insbesondere die aufwendige Umrüstung der Messapparatur bei der Erfassung von unterschiedlichen Maschinen, der nicht exakt an der Einleitungsstelle der Schwingungen in das Hand-Arm-System liegende Messort sowie die fehlende Möglichkeit der Berücksichtigung der Ankopplungskraft des Hand-Arm-Systems bei Hand-Arm-Schwingungsmessungen, verbunden. Mit dem neuen Messgerät werden diese sowie weitere Nachteile vermieden. DOLLAR A Durch die Gestaltung der die Sensorik enthaltenden Adapter für Hand-Arm- und Ganzkörperschwingungen ist die Möglichkeit des Tragens der gesamten Messeinrichtung am Körper der Person, dessen Arbeitsplatz vermessen werden soll, und somit keine Notwendigkeit einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung mit der schwingungserzeugenden Maschine gegeben. Weiterhin können hierdurch Ankopplungskraft sowie weitere Messgrößen und Informationen exakt an ihrer Einleitungsstelle erfasst und verarbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur personenbezogenen Messung von physikalischen Größen, die einzeln oder auch in ihrer Kombination als Ausgangsdaten für eine Einschätzung der Ge­ sundheitsgefährdung durch die Einwirkung mechanischer Schwingungen auf den Menschen bei der Bedienung handgehaltener oder handgeführter Maschinen (Hand-Arm-Schwingungen HAS) oder bei der Bedienung von mobilen Maschinen und Fahrzeugen (Ganzkörperschwin­ gungen GKS) dienen.

Bei Schwingungsmessungen zur Beurteilung von Ganzkörper- und Hand-Arm-Schwingungs­ belastungen ist es bisher notwendig, die Schwingungssensorik form- oder kraftschlüssig mit der schwingungserzeugenden Maschine zu verbinden. Dies erfordert einen hohen Aufwand zur Befestigung der Schwingungssensorik, führt insbesondere bei Hand-Arm-Schwingungs­ messungen zu erheblichen Behinderungen bei der Bedienung der Maschinen und verhindert in vielen Fällen die in den Messvorschriften geforderte Messung an der Einleitungsstelle in den menschlichen Körper.

Durch die mechanisch feste Kopplung der Schwingungssensorik mit der schwingungserzeu­ genden Maschine wird die Ermittlung der Schwingungsbelastung an Arbeitsplätzen, bei de­ nen während einer Arbeitsschicht mit mehreren unterschiedlichen Maschinen gearbeitet wird, außerordentlich erschwert, so dass bisher nur in sehr wenigen Fällen eine vollständige mess­ technische Erfassung der Schwingungsbelastung über eine gesamte Arbeitsschicht möglich ist.

Die Einwirkung mechanischer Schwingungen findet nur während der Zeit statt, in der der menschliche Körper (z. B. Hand, Gesäß, Füße) Kontakt mit der schwingungserzeugenden Quelle hat. Bei der bisher verwendeten Messtechnik werden aber durch die mechanisch fest mit den schwingungserzeugenden Maschinen verbundenen Schwingungssensoren auch im Falle fehlenden Kontaktes des menschlichen Körpers mit der schwingungserzeugenden Ma­ schine Schwingungsmesswerte erfasst. Insbesondere bei unbeaufsichtigter Messung mittels integrierender und/oder speichernder Messtechnik können auf diese Weise Schwingungsbe­ lastungen vorgetäuscht werden, die in der Realität so nicht auftraten.

Im Gegensatz zu Ganzkörperschwingungen werden derzeitig bei Hand-Arm-Schwingungen die von der Maschine erzeugten Schwingungen in sehr vielen Fällen nicht an der Einleitungs­ stelle in das menschliche Hand-Arm-System erfasst. In einschlägigen Normen wird die gleichzeitige Messung in drei Raumrichtungen (3 Schwingungsrichtungen) vorgeschrieben. Aufgrund der meist voluminösen Schwingungssensoren sowie auch aufgrund der Notwendig­ keit von mechanischen Ankopplungsvorrichtungen zur Befestigung der 3 Schwingungssenso­ ren ist eine Anbringung der Schwingungssensorik zwischen Greifstelle an der Maschine (üb­ licherweise ein Griff) und der Handfläche der Bedienperson nicht möglich. Die Schwingungs­ sensorik wird deshalb in den meisten Fällen neben der Greifstelle der Hand an der Maschine angebracht, wodurch nicht die in den Schwingungsmessnormen geforderte Erfassung an der Einleitungsstelle in das menschliche Hand-Arm-System möglich ist.

Bei der Messung von Hand-Arm-Schwingungen an schlagenden handgeführten Maschinen wird die Übersteuerung piezoelektrischer Schwingungssensoren bisher üblicherweise durch die Verwendung eines mechanischen Filters, welches zwischen schwingungserzeugender Ma­ schine und dem Schwingungssensor befestigt wird, vermieden. Durch diese mechanischen Filter wird die Ankopplung der Schwingungssensorik noch voluminöser und die o. g. Anbrin­ gung an der Einleitungsstelle der Schwingungen in das menschliche Hand-Arm-System in der Regel unmöglich. Außerdem können dadurch, daß die auf dem mechanischen Filter befestig­ ten Schwingungsaufnehmer einen größeren Abstand von der schwingungserzeugenden Fläche haben, zusätzliche Messfehler durch Kraftmomente infolge der in Querrichtung mit Schwin­ gungen beaufschlagten Aufnehmermassen erzeugt werden.

Bisher werden zur Beurteilung von Schwingungseinwirkungen auf den Menschen fast aus­ schließlich Messwerte der frequenzbewerteten Schwingbeschleunigung verwendet. Zusätzli­ che physikalische Messgrößen, wie z. B. die Ankopplungskraft oder die Temperatur an der Kontaktstelle der menschlichen Hand zum Griff können bisher trotz Kenntnis ihrer Bedeu­ tung für eine arbeitsmedizinische Beurteilung der Expositionen durch übliche Messtechnik nicht erfasst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die o. g. Nachteile der bisherigen Schwingungs­ messtechnik zu überwinden. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Lösung die gleichzeitige Erfassung mehrerer, auch unterschiedlicher, für die Beurteilung der Einwirkung von mechani­ schen Schwingungen auf den menschlichen Körper relevanten physikalischen Messgrößen gestatten. Dies betrifft vor allem im Falle der Hand-Arm-Schwingungen die Erfassung der Ankopplungsintensität (Andruck- und Greifkraft) des menschlichen Hand-Arm-Systems an die schwingungserzeugende Maschine sowie der Temperatur an der Kontaktstelle. Bei der Messung von Hand-Arm-Schwingungen soll die erfindungsgemäße Lösung die Ankopplung der Schwingungssensorik exakt an der Einleitungsstelle in das menschliche Hand-Arm- System ermöglichen und ein mechanisches Filter zur Unterdrückung hochfrequenter Störsig­ nale beinhalten.

Außerdem soll bei der Messung von sowohl Ganzkörper- als auch von Hand-Arm- Schwingungen die gesamte Messtechnik, einschließlich der Schwingungssensorik am Körper der Bedienperson, deren Schwingungsbelastung zu beurteilen ist, getragen und dadurch der Aufwand bei der Befestigung der Schwingungssensorik deutlich verringert werden. Dies ist nur möglich, wenn die Schwingungssensorik nicht mehr form- oder kraftschlüssig mit der schwingungserzeugenden Maschine verbunden werden muss. Auf diese Weise wird es außer­ dem auch möglich, länger dauernde Messungen, z. B. zur Erfassung der Schwingungsbelas­ tung eines gesamten Arbeitstages, durchzuführen. Hierbei sollen die Zeitabschnitte, in denen ein Kontakt des Menschen zur schwingungserzeugenden Maschine und somit eine Schwin­ gungsbelastung des Menschen besteht, gesondert gekennzeichnet werden. Auf diese Weise kann die reale Schwingungsbelastung des Menschen während einer üblichen Arbeitsschicht wesentlich genauer bestimmt werden, als es mit den derzeitigen Messverfahren möglich ist.

Die Erfindung besteht aus einem messelektronischen Teil sowie jeweils einem Ankopplungs­ adapter für Ganzkörper- bzw. Hand-Arm-Schwingungen, welcher die Schwingungssensorik enthält.

Der Adapter für Hand-Arm-Schwingungen (Bild 1) enthält die erforderlichen Schwingungs­ aufnehmer (1), den oder die Kraftaufnehmer (2), den oder die Temperatursensoren (3) sowie möglicherweise weitere Sensoren für interessierende Informationen, z. B. den Sensor zur Re­ gistrierung des Kontaktes der Hand mit der schwingungserzeugenden Maschine (4) und ist durch eine elastische Zwischenschicht (5) so gestaltet, daß er als mechanisches Filter für die hierin enthaltenen Schwingungsaufnehmer wirkt. Das Wirkungsprinzip der Sensoren kann prinzipiell unterschiedlicher Natur sein, jedoch ist die Bauhöhe der Sensoren so zu wählen, daß durch den Adapter, welcher zwischen Hand und schwingungserzeugender Maschine be­ findlich ist, keine wesentliche Behinderung der Bedienung der Maschine entsteht. Dies ist bei Bauhöhen von unter 8 mm ausreichend gewährleistet. Der Adapter wird durch geeignete Befestigungsmittel (z. B. durch Bänder mit Klettverschluss oder mit ähnlichen Verschlüssen oder durch einen entsprechend gestalteten Handschuh) in seiner Lage in der Handinnenfläche so fixiert, daß er bei der Bedienung der schwingungserzeugenden Maschine zwischen der Hand und der Greifstelle an der schwingungserzeugenden Maschine positioniert ist.

Hinsichtlich der Ganzkörper-Schwingungssensorik werden Sensoren und Ankopplungsadap­ ter gemäß dem Stand der Technik eingesetzt, welche durch weitere Sensoren für interessie­ rende Informationen, z. B. für die Registrierung des Kontaktes der Bedienperson mit der schwingungserzeugenden Maschine ergänzt werden. Auch der Ankopplungsadapter für diese Sensorik ist durch Bänder mit Klettverschluss oder mit ähnlichen Verschlüssen an der Person, deren Arbeitsplatz vermessen werden soll, zu befestigen.

Der messelektronische Teil besteht aus den in der erforderlichen Kanal-Anzahl und entspre­ chend dem Wirkungsprinzip der jeweiligen Sensoren ausgeführten Eingangsverstärkern sowie zu den jeweiligen Kanälen analoge oder digitale Signalverarbeitungsbaugruppen z. B. zur Ermittlung von Maximal-, Mittel- oder Effektivwerten oder von anderweitig berechneten Be­ urteilungsgrößen. Hierbei ist auch eine Verrechnung der Messwerte der einzelnen Kanäle, die untetschiedliche physikalische Größen enthalten, zur Ermittlung von komplexen Beanspru­ chungsgrößen der Schwingungsbelastung (z. B. der Schwingungsgesamtwert als Vektorbetrag der einzelnen Schwingungsgrößen in den drei Kanälen, energieäquivalente (2. Potenz) als auch überenergetische (4. Potenz) Mittelwerte sowie die ankopplungskraftabhängige bewerte­ te Beschleunigung gemäß DIN V 45679: 1998) zu ermöglichen. Messabschnitte, bei denen kein Kontakt zwischen dem menschlichen Körper und der schwingungserzeugenden Maschi­ ne besteht, sind von diesen Berechnungen auszuschließen.

Im messelektronischen Teil sind außerdem Baugruppen zur Speicherung des zeitlichen Ver­ laufes von unterschiedlichen Messgrößen in ausreichend feiner zeitlicher Auflösung vorgese­ hen.

Die Speicherung des zeitlichen Verlaufes und die Berechnung der Beurteilungsgrößen können auch vom Messgerät getrennt in einem Personalcomputer vorgenommen werden. Hierzu ist eine geeignete Schnittstelle zwischen Messgerät und Computer vorgesehen, die eine Daten­ übertragung in den Computer während und/oder nach der Messung erlaubt.

Claims (12)

1. Einrichtung zur personengebundenen Messung von Kennwerten zur Beurteilung der Wir­ kung von mechanischen Schwingungen auf den Menschen (Ganzkörperschwingungen GKS und Hand-Arm-Schwingungen HAS) an Arbeitsplätzen (Schwingungsdosimeter), bestehend aus einem Messgerät, einem Messwertaufnehmer für HAS und einem Mess­ wertaufnehmer für GKS dadurch gekennzeichnet, dass für beide Messaufgaben der Werker Messwertaufnehmer und Messgerät so am Körper trägt, dass weder Arbeitstätig­ keit noch Messaufgabe davon behindert werden.

2. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertaufnehmer für HAS und GKS verschiedene physikalische Messgrößen bzw. Informationen gleichzeitig erfassen können.

3. Einrichtung nach Punkt 1 und Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein neuartiger Messwertaufnehmer für Hand-Arm-Schwingungen im mobilen Einsatz gleichzeitig sowohl Schwingungsmessungen in drei Messrichtungen als auch die Erfassung anderer relevan­ ter Kenngrößen, insbesondere der Ankopplungskraft der Hand an den Messort und die Temperatur der Ankopplungsfläche an die Hand erlaubt.

4. Einrichtung nach Punkt 1 und Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen im Messwertaufnehmer integrierten Sensor Informationen über den Arbeitsablauf, insbe­ sondere zum Betriebszustand der schwingungserzeugenden Maschine (z. B. Maschine an oder aus, Kontakt mit der Maschine ja oder nein) erfasst werden.

5. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erfüllung der Messauf­ gabe notwendige Messeinrichtung keine feste mechanische (kraft- oder formschlüssige) Verbindung zur schwingungserzeugenden Maschine bzw. zum Fahrzeug/Sitz besitzt.

6. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei HAS der zur Erfüllung der Messaufgabe notwendige Messwertaufnehmer exakt an der Ankopplungsstelle zum Menschen, d. h. zwischen der Schwingungsquelle und der Hand des Werkers befindet.

7. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer für HAS als mechanisches Filter zum Schutz vor Messwertverfälschungen wirkt.

8. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsmessgerät die vollständige Messung der Tagesdosis der Schwingungsbelastung am Arbeitsplatz für die Exposition durch Ganzkörper- und Hand-Arm-Schwingungen erlaubt.

9. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Exposition durch Ganz­ körperschwingungen die Schwingungsmessungen durch Anwendung sowohl der energe­ tischen (2. Potenz) als auch der überenergetischen (4. Potenz) Mittelung durchgeführt werden können.

10. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Exposition durch Hand- Arm-Schwingungen sowohl die Effektivwerte der frequenzbewerteten Beschleunigung für die drei Messrichtungen als auch der Schwingungsgesamtwert (Vektorbetrag) gemessen werden können.

11. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass Messergebnisse für mehrere Messkanäle sowohl am Messgerät abgelesen, als auch während und/oder nach erfolgter Messung zu einem Auswertegerät übertragen werden können.

12. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsmessgerät eine rechnerische Verknüpfung der Schwingungsmesswerte mit anderen physikalischen Messgrößen bzw. Belastungsparametern gestattet.