Auswirkungen von vibrierenden Geräten auf das Hand-Arm-System bei der gleichzeitigen Benutzung von Exoskeletten

Status:

abgeschlossen 11/2025

Zielsetzung:

Da Exoskelette für die obere Extremität auch den Einsatz von handgehaltenen Maschinen erleichtern sollen, stellt sich die Frage, welche Auswirkung Exoskelette in Bezug auf die Arbeit mit vibrierenden Geräten auf den Anwendenden haben. Aus diesem Grund soll in einer experimentellen Untersuchungsreihe die Frage geklärt werden, ob sich durch den Einsatz von passiven Exoskeletten zusammen mit vibrierenden Geräten die Vibrationsbelastung für Mitarbeitende unter Umständen kritisch erhöhen kann. Ziel soll ggf. die Erstellung einer Empfehlung oder einer präventiven Handlungsanleitung zum Einsatz von passiven Exoskeletten im Zusammenhang mit der Arbeit mit vibrierenden handgehaltenen Geräten sein, falls sich dies aufgrund der Ergebnisse als notwendig erweist.

Aktivitäten/Methoden:

Um die oben aufgezeigten Wissenslücken zu schließen, wurden in einer umfassenden Laboruntersuchung akut auftretende physiologische Veränderungen bei Arbeiten mit Exoskeletten festgestellt und, soweit möglich, auf mechanische Einwirkungsgrößen zurückgeführt. Bei den Untersuchungen wurden zwei am Körper getragene passive Exoskelette (ShoulderX und Paexo) betrachtet, die laut Herstellerangaben das Schulter-Arm-System unterstützen sollen. Anhand von 30 Versuchspersonen wurde in der Laboruntersuchung der Einfluss der Exoskelette auf die physiologischen Reaktionen bei Tätigkeiten mit vibrierenden Geräten im Rahmen von zwei Arbeitsgängen – Bohren und Schleifen an einer Holzplatte auf Schulterniveau und darüber – in vertikaler Richtung nach oben und in horizontaler Richtung nach vorne untersucht und mit einer "normalen Tätigkeitsausführung" ohne Nutzung der Exoskelette verglichen.

Um ein umfassendes Bild der Mensch-Maschine-Interaktion zu erhalten, werden mechanische und physiologische Parameter betrachtet. Als mechanische Parameter wurden die Vibrationsimmission an den Griffen der Maschinen, die Vibrationsübertragung auf die Handgelenke und die resultierende Vorschubkraft gemessen. Physiologisch wurde die Veränderung der Vibrationsperzeption an den Fingerspitzen, das Durchblutungsverhalten der Hände, die Muskelaktivität an den Schultern, Ober- und Unterarmen, die Körperhaltung und die subjektive Beanspruchung mittels eines Fragebogens erfasst.

Ergebnisse:

Die Ergebnisse legen nahe, dass sich der Einfluss der Arbeitsrichtung und der Exoskelette gerätespezifisch verhält. Unter Verwendung des Exoskeletts mit einem hohen Unterstützungsmoment (ShoulderX) wurde mit der Bohrmaschine in beiden Arbeitsrichtungen eine erhöhte Vibrationsimmission gemessen. Tätigkeiten in horizontaler Arbeitsrichtung bewirkten mit und ohne Exoskelette bei der Schleifmaschine eine höhere Vibrationsimmission als in vertikaler Richtung. Der bekannte positive Effekt einer Senkung der muskulären Aktivität durch Exoskelette im Schulterbereich ließ sich auch unter den dargebotenen Bedingungen feststellen. Die weiteren akuten physiologischen Effekte konnten vereinzelt mit dem Tragen der Exoskelette in Verbindung gebracht werden, folgten jedoch keiner einheitlichen Systematik. So war nur mit einem Exoskelett (ShoulderX) in horizontaler Arbeitsrichtung bei beiden Geräten die Vibrationsperzeption im Vergleich zur Tätigkeitsausführung ohne Exoskelett verringert. Beim Durchblutungsverhalten der Hände war kein systematischer Effekt durch die Exoskelette erkennbar. Beide Exoskelette bewirkten hauptsächlich eine höhere Haltung des rechten Oberarms, mit welchem jeweils der Hauptgriff der verwendeten Geräte gefasst wurde. Subjektiv wurde die Unterstützung bei ShoulderX etwas stärker als bei Paexo wahrgenommen, die Tätigkeiten wurden aber nicht weniger beanspruchend beurteilt.

Die Untersuchung zeigt, dass bei der Verwendung eines Exoskeletts mit einem hohen Unterstützungsmoment eine erhöhte Vibrationsbelastung auftreten kann. Gleichzeitig vermindert das Tragen eines Exoskeletts die Vibrationsübertragung im unteren Frequenzbereich zwischen 5 Hz und 90 Hz, sodass dieser ungünstige Effekt weitestgehend relativiert wird. Ebenso kann die Vibrationsimmission aufgrund der Arbeitsrichtung variieren. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren kann keine allgemeine Handlungsempfehlung zum Einsatz von vibrierenden Geräten und Exoskeletten formuliert werden. Die Vibrationseinwirkung wird unabhängig von den Exoskeletten stärker durch andere Faktoren wie den aufgewendeten Ankopplungskräften, dem Umgang des Anwenders mit der Maschine und dem Arbeitsverfahren sowie der Person selbst beeinflusst. Es ist im Einzelfall zu prüfen, ob sich die Vibrationsbelastung mit einem spezifischen Gerät verändert. Es sind jedoch keine positiven Effekte in Bezug auf die Vibrationsbelastung oder der damit verbundenen physiologischen Reaktion im Hand-Arm-System im Sinne der Prävention durch Exoskelette zu erwarten.

Stand: