Wie lässt sich die Kraft in der Produktion messen und warum ist das wichtig?

Dieser Artikel ist eine Zusammenfassung der Doktorarbeit von Dr. Mario Walther (sehen Sie Quellen unten auf Deutsch).

Wie lässt sich die Kraft in der Produktion am besten messen und warum ist dies wichtig? 

Die bei der Produktion auftretenden Belastungen können Risikofaktoren darstellen und die Entstehung von Gesundheitsproblemen begünstigen. Dieses Risiko steigt mit zunehmendem Alter erheblich an und kann somit zu einem Anstieg der krankheitsbedingten Fehlzeiten führen. Darüber hinaus müssen Unternehmen, die keine ergonomischen Maßnahmen ergreifen, ebenfalls hohe Kosten tragen.

Es ist daher wichtig, den Menschen und ihrer Gesundheit Vorrang einzuräumen, indem Risikofaktoren frühzeitig erkannt und beseitigt werden!

Um diese Montagekräfte unter Berücksichtigung menschlicher Einflüsse auf praktische Weise zu messen und effiziente Messungen durchzuführen, wird der Einsatz von Ergonomen am Arbeitsplatz mit Kraftmessgeräten empfohlen. Diese Messungen liefern objektive, detaillierte und genaue Ergebnisse zu den Belastungsvariablen des menschlichen Körpers. Dazu benötigen die Ergonomen die präzisesten Messgeräte.

Hohe Kräfte, die von Hand ausgeübt werden

In der Produktion und insbesondere im Montagebereich werden die meisten Tätigkeiten ausgeführt, die manuelle Kraft erfordern. Die Montage von Schnellkupplungen, Steckverbindern und Beschichtungen ist mit wiederholten und hohen Belastungen der Hände und Finger verbunden und stellt für die Monteure ein relativ hohes Risiko dar. Hohe Montagekräfte, Fehlhaltungen und unzureichende Ruhezeiten können die Gesundheit beeinträchtigen. Auch die Abmessungen und das Material der Verbindungen spielen bei der Kraftübertragung eine entscheidende Rolle.

Die frühzeitige Berücksichtigung ergonomischer Aspekte kann zu Verbesserungsmaßnahmen führen, durch die Risikofaktoren verringert oder vermieden werden können. So können Unternehmen beispielsweise den Kraftaufwand bei der Montage erheblich reduzieren, indem sie bereits in der Konstruktionsphase leicht zu montierende Bauteile entwickeln, und Arbeitsplätze sowie Werkzeuge können ergonomischer gestaltet werden.

Um diesen ergonomischen Aspekten Rechnung zu tragen, müssen praktische Messungen durchgeführt werden, die vor allem die tatsächliche Fügekraft ermitteln.

Warum entspricht die Fügekraft nicht der Aufprallkraft?

Es ist wichtig, zwischen der Montagekraft und der Aufprallkraft zu unterscheiden. Die Montagekraft ist die Kraft, die erforderlich ist, um die Montage eines Bauteils durchzuführen. Die vom Monteur nach dem Einsetzen ausgeübte Kraft ist die Aufprallkraft oder die Haltekraft. Da einem Monteur für seine Aufgabe nur wenig Zeit zur Verfügung steht, ist es ihm oft nicht möglich, seine Kraftaufwendung ausreichend zu reduzieren. Wenn die ausgeübte Kraft der erforderlichen Kraft nahekommt, wird die Arbeit effizient ausgeführt. Andernfalls kann die Anstrengung zur „Montagearbeiterkrankheit“ führen.

Wird für die ergonomische Messung ein Kraftmessgerät verwendet, das nur den Maximalwert misst, wird nicht die Montagekraft, sondern die Aufprallkraft ermittelt. Montagekräfte gehen mit hochfrequenten Schwingungen im Bereich von 250 Hz einher: Bei einer zu niedrigen Messfrequenz lässt sich aufgrund der Schnellmontagemethode der Unterschied zwischen der Montagekraft und der Aufprallkraft nicht feststellen. Dies führt zu einem Mangel an Rückmeldung über den Montageprozess und kann dazu führen, dass eine größere Kraft aufgewendet wird.

Die Lösung: das Kraftmessgerät Centor Touch

Das Kraftmessgerät Centor Touch von Andilog ist eine flexible und ausgereifte Lösung für praktische Messungen in Produktionsbereichen. Dieses kostengünstige, robuste und hochpräzise Kraftmessgerät ist mit Dehnungsmessstreifen ausgestattet und ermöglicht schnelle Messungen, ohne die Arbeitsabläufe zu stören.

Der Centor Touch misst mit einer Abtastrate von 5000 Hz, wodurch selbst geringste Kraftschwankungen erfasst werden können. Er bietet automatische Berechnungen wie die erste Bruchkraft (Verbindungskraft) und den Höchstwert des gesamten Versuchs (Aufprallkraft oder Haltekraft). Die Kurve wird in Echtzeit auf dem Bildschirm angezeigt, sodass der Monteur unmittelbar nach der Messung beurteilen kann, ob die Montage korrekt durchgeführt wurde. Dank der im Centor Touch einstellbaren Kraftschwellen kann der Benutzer die auszuübende Kraft festlegen: Ein akustisches Signal zeigt dem Monteur an, wann der gewünschte Wert erreicht ist, und er kann die Messung beenden.

Da die Richtung der Kraft die Messung beeinflusst, hat Andilog kleine Druckplatten (Ø 20 und 8 mm) entwickelt, die dem Prüfer helfen, die Messung auf der idealen Verbindungsachse durchzuführen. Die ermittelten Werte sind sehr genau, und das mitgelieferte Kalibrierzertifikat garantiert eine Genauigkeit von 0,1 % über den gesamten Messbereich des Sensors.

Messergebnisse mit dem Centor Touch

Der Centor Touch bietet ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bei einer realistischen Prüfgeschwindigkeit. Die Messung wird manuell gestartet, nachdem eine zuvor festgelegte Kraft aufgebracht wurde, und endet automatisch nach einer festgelegten Zeitspanne.

Der Touchscreen zeigt die beiden bei 5000 Hz berechneten Kräfte an, die jeder Ergonom analysieren möchte: die Montage- und die Aufprallkraft. Die ermittelte Kurve kann mit der Zielkurve verglichen werden, und wenn sie korrekt ist, können die Kurvenpunkte auf einem USB-Stick gespeichert werden.

In der Software Datastick II lassen sich die vier Phasen des Zusammenbaus – Kraftanstieg, Montagekraft, Anpresskraft und Kraftabfall – erfassen und in Berichte exportieren. Die Ergonomiebeauftragten können so dank präziser und objektiver Ergebnisse die Akzeptanz ergonomischer Maßnahmen im Unternehmen steigern.

Zum Schluss

Konkrete ergonomische Maßnahmen können nur auf der Grundlage konkreter Messergebnisse umgesetzt werden. Sie erfordern jedoch auch das Bewusstsein und die Bereitschaft der betroffenen Mitarbeiter und Führungskräfte. Auf diese Weise können die Mitarbeiter die von ihnen aufgewendete Kraft so optimieren, dass sie so gering wie möglich, aber auch so hoch wie nötig ist. Die an der Produktentwicklung beteiligten Abteilungen können die Eigenschaften und Materialien ihrer Bauteile so gestalten, dass hohe Montagekräfte reduziert oder gar vermieden werden. Als Partner im Bereich Ergonomie bietet Andilog einen Kompromiss zwischen hochpräziser Messung und flexibler Einsatzmöglichkeit direkt an der Montagelinie.

Ergonomie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit aller Abteilungen und Partner eines Unternehmens. Sie spielt eine wesentliche Rolle in dem Prozess, die Menschen zur wichtigsten Ressource des Unternehmens zu machen und ihre Gesundheit sowie ihr Potenzial zur Wertschöpfung wiederherzustellen. Auch Andilog versteht sich 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

Das Dokument ist auf der Website qucosa verfügbar.