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Wie misst man die Kraft in der Produktion und warum ist es wichtig?

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Dieser Artikel ist eine Zusammenfassung der Doktorarbeit von Herrn Dr. Mario Walther (siehe Quellen unten).

Wie misst man am besten die Kraft in der Produktion und warum ist es wichtig?

Aktionskräfte, die in der Produktion eingesetzt werden, können Risikofaktoren für die Entwicklung von Gesundheitsstörungen darstellen. Dieses Risiko steigt deutlich mit dem Alter und kann damit krankheitsbedingte Fehlzeiten erhöhen. Als Schlussfolge sind auch Firmen betroffen, welche die hohen Kosten von schlechten bzw. nichtexistierenden ergonomischen Maßnahmen zahlen sollen.

Es ist also wichtig dem Menschen und seiner Gesundheit durch das frühzeitige Erkennen und Beseitigen von Risikofaktoren Vorrang zu geben! 

Um diese Aktionskräfte praxisnah mit menschlichem Einfluss zu messen und effektive Maßnahmen durchführen zu können, ist der Einsatz von Ergonomen am Arbeitsplatz mit Kraftmessgeräten am häufigsten. Diese Messungen liefern objektive, detailreiche und genaue Ergebnisse der Belastungsgrößen des menschlichen Körpers. Dafür brauchen sie die genauesten Messgeräte.

Hohe Kräfte werden per Hand ausgeübt

In der Produktion bzw. im Bereich Montage erfolgen mit ca. 2400 Kraftaufwendungen pro Schicht die meisten Kraftaufwendungen. Das Fügen von Schnappverbindungen, Steckern und Verkleidungen ist mit repetitiven und hohen Hand- und Fingerkräften verbunden und stellt ein ziemlich hohes Risiko für die Monteure dar. Die hohen Aktionskräfte, Zwangshaltungen und nicht ausreichenden Erholungspausen können zu gesundheitlichen Schäden führen. Dabei spielen die Abmessungen und das Material der Baugruppen auch eine entscheidende Rolle in der Kraftaufwendung.

Die frühzeitige Berücksichtigung von ergonomischen Aspekten können zu Verbesserungsmaßnahmen führen, die die Risikofaktoren verringern bzw. verhindern können. Z.B. können Firmen durch das Entwicklung von montagegerechten Bauteilen in der Design-Phase die notwendigen Fügekräfte deutlich verringern und die Arbeitsplätze und -Werkzeuge können ergonomischer gestaltet werden.

Um diese ergonomischen Elemente zu berücksichtigen ist es notwendig praxisnahe Messungen durchzuführen, die vor allem die tatsächliche Fügekraft definieren.


Warum entspricht die Fügekraft der Aufschlagskraft nicht?

DEs ist wichtig, die Fügekraft von der Aufschlagskraft zu unterscheiden. Die Fügekraft ist die notwendige Kraft, um die Montage eines Bauteils durchzuführen. Die Kraft, die nach dem Einfügen vom Probanden ausgeübt ist, ist die Aufschlagkraft bzw. die Nachdruckkraft. Aufgrund der kurzen Zeitspanne, über die ein Monteur für seine Aufgabe verfügt kann er seinen Kraftaufwand oft nicht ausreichend reduzieren. Wenn die ausgeübte Kraft sich an die auszuübende Kraft annähert, wird die Arbeit effiziert durchgeführt. Ansonsten kann der Kraftaufwand zur Erkrankung des Monteurs führen.

Wenn man für die ergonomische Messung ein Kraftmessgerät benutzt, das nur das Maximal misst, wird nicht die Fügekraft ermittelt, sondern die Aufschlagkraft. Die Montagekräfte implizieren hochfrequente Schwingungen, die sich im Bereich von ca. 250 Hz befinden: eine zu niedrigen Messfrequenz ermöglicht aufgrund des schnellen Montageverfahren nicht, den Unterschied zwischen der Füge- und Aufschlagskraft zu ermitteln. Dies führt zum fehlenden Feedback über den ausgeführten Fügeprozess und kann zu mehr Kraftaufwendung führen.

Fügekraft und Aufschlagkraft

Die Lösung: das Kraftmessgerät Centor Touch

Das Kraftmessgerät Centor Touch von Andilog ist eine flexible und anspruchsvolle Lösung für die praxisnahen Messungen in Fertigungsbereichen. Dieses kostengünstige, robuste und sehr genaue Kraftmessgerät ist mit Dehnungsmesstreifen (DMS) ausgerüstet und ermöglicht schnelle Messungen, ohne die Arbeitsabläufe zu stören.

Der Centor Touch misst mit einer Abtastrate von 5 000 Hz, was die Messung der kleinsten Kraftschwankungen ermöglicht. Er bietet automatische Berechnungen wie den ersten Bruch (Fügekraft) und das Maximum des gesamten Tests (Aufschlags- oder Nachdruckkraft). Der Kurvenverlauf wird in Echtzeit auf dem Display angezeigt: somit kann der Proband direkt nach der Messung beurteilen, ob sie korrekt durchgeführt wurde. Einstellbare Kraftschwellen im Centor Touch ermöglichen die auszuübende Kraft einzutragen: der Proband erfährt über ein akustisches Signal, wenn er den Sollwert erreicht hat und kann die Messung stoppen. 

Da die Kraftrichtung die Messung beeinflusst, hat Andilog Druckplatten mit kleinen Abmessungen entwickelt (Ø20 und 8 mm), die dem Probanden in seiner Messung auf der idealen Fügeachse unterstützen. Die ermittelten Werte sind höchstpräzis und das mitgelieferte Kalibrierzertifikat garantiert eine Genauigkeit von 0,1% vom gesamten Sensormessbereich.

Kraftmessgerät für Ergonomie Centor Touch

Ergebnisse der Messungen mit dem Centor Touch

Der Centor Touch bietet mit einer realitätsnahen Prüfgeschwindigkeit ein sehr gutes Aufwand-Nutzen-Verhältnis. Die Messung startet manuell nach Anbringen einer vorher definierten Kraft und endet nach einer definierten Zeitdauer automatisch.
 
Der Touch zeigt die zwei notwendigen mit 5000 Hz berechneten Kräfte an, die jedem Ergonom für seine Analyse interessiert: die Füge- und Aufschlagskraft. Der ermittelte Kurvenverlauf kann mit dem Sollverlauf verglichen werden und wenn er korrekt ist, können die Kurvenpunkte auf einem USB-Stick gespeichert werden.
 
In der Computer-Software Datastick II ist es möglich die 4 Phasen der Montage - Kraftaufbau, Fügen, Nachdrücken und Kraftabbau - zu markieren und in Berichten zu exportieren. Somit können Ergonomie-Beauftragte durch genaue und objektive Ergebnisse die Akzeptanz gegenüber ergonomischen Maßnahmen im Unternehmen steigern.


Schlussfolgerungen

Konkrete ergonomische Maßnahmen können nur anhand konkreter Messergebnisse durchgeführt werden. Sie brauchen jedoch auch die Sensibilisierung und das Wohlwollen der betroffenen Mitarbeiter und Führungskräften. So können die Mitarbeiter ihren Krafteinsatz optimieren und so gering wie möglich, aber so hoch wie nötig ausrichten. Die Abteilungen, die sich mit der Produktentwicklung beschäftigen, können die Eigenschaften und Materialien ihrer Bauteile so konzipieren, dass die hohen Aktionskräfte verringert oder sogar verhindert werden. Als Partner für die Ergonomie bietet Andilog ein Kompromiss zwischen einer hochpräzisen Messung und einer flexiblen Bedienung direkt an der Montagelinie.

Die Ergonomie ist das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen allen Abteilungen und Partners eines Unternehmens. Sie spielt eine wesentliche Rolle in dem Prozess den Menschen als Hauptressource in Firmen zu machen und seine Gesundheit und sein Wertschöpfungspotenzial wiederherzustellen. Andilog sieht sich auch als Akteur und Partner in diesem Bereich.

 

Quelle: Mario Walther, 2015, Entwicklung und Evaluierung eines systematischen Vorgehens zur Erfassung von Aktionskräften in der Automobilproduktion, genehmigte Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur, Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz

Dokument verfügbar unter auf der Webseite qucosa.

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