hanomag laderaupe

Eine einfache Methode zur Beurteilung stoßhaltiger Ganzkörper-Schwingungen
Dr. Detlev Mohr
In Europa sollen etwa 7,5 Millionen Beschäftigte gegenüber GanzkörperSchwingungen exponiert sein. Allein in Deutschland sind nach ersten Schätzungen
ca. 1,1 Millionen Beschäftigte Schwingbeschleunigungen in vertikaler Richtung oberhalb des für Deutschland vorgesehenen Grenzwerts von 0,8 m/s² ausgesetzt. Nach
Schwarze et. al. ist bei langjähriger Exposition ab 0,63 m/s² mit Gesundheitsschäden
zu rechnen. Stoßhaltigen Schwingungen wird aufgrund des von Seidel et. al. vermuteten Schädigungsmechanismus eine größere Wirkung beigemessen als harmonischen Schwingungen gleichen Effektivwerts. Diese Aussage wird auch unterstützt
durch Laboruntersuchungen von Griffin et. al. . Daraus wurden in der Vergangenheit
verschiedene überenergetische Bewertungsverfahren abgeleitet, die dieser höheren
Gesundheitsgefährdung Rechnung tragen sollen und stoßhaltige Schwingungen
stärker als harmonische Schwingungen bewerten. Diese Verfahren sind auch in die
ISO 2631-1 : 1997 und in die EU-Vibrationsrichtlinie 2002/44/EU aufgenommen worden. Die bislang vorgestellten Verfahren zur Beurteilung stoßhaltiger Schwingungen
verlangen immer eine Definition für den Stoß bzw. die Stoßhaltigkeit und sind in der
betrieblichen Praxis bei der Gefährdungsbeurteilung nur schlecht handhabbar. Deshalb soll ein Verfahren vorgestellt werden, dass einerseits auf dem bisherigen Effektivwertverfahren beruht und andererseits ohne eine Stoßdefinition auskommt. Das
Verfahren beruht auf der von Hennecke vorgestellten Methode zur Bewertung des
Schwingkomforts von Pkw bei instationären Anregungen. Durch eine Analyse der
Amplitudendichteverteilung lässt sich ein Instationaritätsfaktor bestimmen, der mit
dem wie bisher ermittelten Effektivwert zu multiplizieren ist. Diese Methode des erweiterten Effektivwerts hat die Vorteile, dass das bislang bewährte Basisverfahren
nach ISO 2631-1 : 1997 und VDI 2057 Blatt1 : 2002 beibehalten wird, dass die Gesundheitsgefährdung entscheidend mitbestimmende Signalform durch einen verteilungsabhängigen Faktor berücksichtigt werden kann und dass dieses Verfahren unabhängig von Amplitude sowie Frequenzzusammensetzung ist. Bei harmonischen
Schwingungen beträgt der Instationaritätsfaktor 1,0. Gleichmäßig regellose Schwingungen werden um 19% stärker bewertet. Bei stoßhaltigen Schwingungen kann dieser Wert noch höher sein. Dank dieses Verfahrens, das sich in handelübliche Messgeräte integrieren lässt, kann bei der Gefährdungsbeurteilung die Stoßhaltigkeit und
damit das höhere Gesundheitsrisiko einfach erkannt und beurteilt werden. Die Entscheidung über einzuleitende technische oder organisatorische Präventionsmaßnahmen fällt damit deutlich leichter.
Stichworte: Ganzkörper-Schwingungen, Stoßhaltige Schwingungen, Bewertung,
Gefährdungsbeurteilung, Gesundheitsrisiko
Autor:
Dr. Detlev Mohr
Landesinstitut für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Potsdam
PF 90 02 36
14438 Potsdam
Tel.: 0331/8683-178
Email: [email protected]
Eine einfache Methode zur Beurteilung stoßhaltiger Ganzkörper-Schwingungen
Dr. Detlev Mohr
Schätzungen gehen davon aus, dass etwa 4 bis 7 % der Beschäftigten gegenüber
Ganzkörper-Schwingungen exponiert sind /1/. Das wären in Europa etwa 7,5 Millionen Menschen, in Deutschland ca. 1,6 Millionen Beschäftigte. In der ehemaligen
DDR waren 1988
- 5,0 % der Beschäftigten oberhalb von awz = 0,81 m/s²
- 2,5 % der Beschäftigten oberhalb von awz = 1,08 m/s²
- 0,2 % der Beschäftigten oberhalb von awz = 1,35 m/s²
exponiert /2/. Neuere Schätzungen der Exponiertenzahlen in Deutschland sind von
Mohr /3/ auf dem Kongress Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin a+a2003 auf der Basis
einer von der Health and Safety Executive in Auftrag gegebenen Studie in Großbritannien im Jahr 1998 /4, 5/ vorgelegt worden. Unter der Annahme, dass in Deutschland in gleichen Berufen und gleichen Wirtschaftszweigen mit gleichen Maschinen in
gleicher Weise und in gleicher Dauer wie in Großbritannien gearbeitet wird, konnten
so aus den statistischen Erhebungen des Mikrozensus 2001 /6/ aktuellere Exponiertenzahlen abgeleitet werden. Diese umfassen allerdings auch die Fahrt mit einem
Verkehrsmittel zur und von der Arbeit. Danach wären ca. 15 Mio. Personen (das sind
41% der Erwerbstätigen) gegenüber Ganzkörperschwingungen exponiert, ca. 1,1
Mio. davon sogar oberhalb des Expositionsgrenzwerts von 0,8 m/s².
Mechanische Schwingungen
Geschätzte Exponiertenzahlen
Basis: Mikrozensus 2001 und Exponiertenraten in Großbritannien 1998
Tab. 1:
Deutschland
männlich
weiblich
Erwerbstätige
36.816.000
(100,0 %)
20.629.000
(100,0 %)
16.187.000
(100,0 %)
Exponierte gegenüber HAV
6.752.000
(18,3 %)
5.797.000
(28,1 %)
955.000
(5,9 %)
HAV > Auslösewert
1.163.000
(3,2 %)
1.114.000
(5,4 %)
49.000
(0,3 %)
Exponierte gegenüber GKV
15.021.000
(40,8 %)
11.800.000
(57,2 %)
3.221.000
(19,9 %)
GKV > Expositionsgrenzwert
1.101.000
(3,0 %)
1.052.000
(5,1 %)
49.000
(0,3 %)
Auf der Basis des Mikrozensus 2001 und Exponiertenraten in Großbritannien 1998 für Deutschland geschätzte Exponiertenzahlen
Bereits seit vielen Jahren sind neben der positiven Wirkung von Schwingungen etwa
beim Wiegen eines Kindes in den Schlaf oder der Freude beim Schaukeln und Karussellfahren auf einem Jahrmarkt auch negative Wirkungen bekannt /7/. Dabei handelt es sich sowohl um Beeinträchtigungen des Wohlbefindens, um Leistungsbeeinträchtigungen aber auch um momentane oder bleibende Schädigungen der Gesundheit. In der DDR wurden Berufskrankheiten infolge langjähriger Einwirkung von
Ganzkörperschwingungen im Sonderentscheidverfahren durch die Obergutachtenkommission anerkannt und seit 1993 sind in Deutschland bandscheibenbedingte
Erkrankungen der Lendenwirbelsäule infolge langjähriger Einwirkung vorwiegend
vertikaler Schwingungen im Sitzen als Nummer 2110 in die Liste der Berufskrankheiten aufgenommen worden. Vor und nach dieser Entscheidung hat es eine heftige
Diskussion über das Für und Wider gegeben, doch eines war unumstritten – die
schädigende Wirkung von Ganzkörperschwingungen auf die Wirbelsäule. Gestritten
wird nur um die Klärung des eventuell beruflichen Anteils der Erkrankung, aus dem
Versicherungsansprüche abgeleitet werden könnten, und die Ursache der Erkrankung, da die Erkrankungsbilder keinen eindeutigen Rückschluss auf die Art der Belastung etwa durch das Fahren auf einer Erdbaumaschine oder die schwere körperliche Arbeit in einem früheren Berufslebensabschnitt oder durch die Überbelastung
beim Bau des Eigenheims und dem vormals ausgeübten Leistungssport zulassen.
Gestritten wird auch darüber, ab welcher Expositionshöhe oder -dauer Ganzkörperschwingungen, oder noch allgemeiner, welche mechanischen Schwingungen schädigend wirken.
In den fünf Jahren von 1996 bis 2000 wurden in Deutschland 4.487 Fälle der Berufskrankheit BK 2110 angezeigt /3/. Die Zahl der tatsächlich auftretenden arbeitsbedingten Erkrankungen infolge Vibrationseinwirkung ist sowohl in Deutschland als auch in
Europa unbekannt. Nach dem European Survey on Working Conditions 2000 /8/ sind
ca. 24 % der Beschäftigten in mehr als einem Viertel der Arbeitszeit, ca. 10 % der
Beschäftigten während der gesamten Arbeitszeit gegenüber Vibrationen exponiert.
Ca. 33 % der Beschäftigten klagen über Rückenschmerzen.
Nach einer Studie der Tiefbau-Berufsgenossenschaft /9/ aus dem Jahre 1997 zum
Maschinenbestand existieren in Deutschland 151.261 Erdbaumaschinen, davon
Bagger
Radlader
Hinterarm-Lader
Planier-/Laderaupen
Grader
Dumper
75.679
44.369
11.870
9.231
2.582
7.530
Das bedeutet, dass abgesehen von den schwingungsärmeren Baggern 75.582 Geräte mit hoher Vibrationsemission regelmäßig eingesetzt werden und da zu jeder
Maschine auch mindestens ein Maschinenführer existiert, auch eine gleiche Anzahl
von Personen gegenüber Ganzkörper-Schwingungen exponiert sein müssen.
Rechtsgrundlagen
Im Juni 2002 wurde die EU-Richtlinie 2002/44/EG über Mindestvorschriften zum
Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch
physikalische Einwirkungen (Vibrationen) /10/ verabschiedet. Die Europäische Union
sieht die Verabschiedung dieser Richtlinie und die damit verbundenen Maßnahmen
zum Schutz der Arbeitnehmer vor den durch mechanische Schwingungen verursachten Gefahren von Muskel- und Skelettschädigungen, neurologischen Erkrankungen
sowie Durchblutungsstörungen als einen notwendigen ersten Schritt an.
In dieser Richtlinie werden Mindestvorschriften festgelegt, so dass die Mitgliedstaaten innerhalb von drei Jahren, also bis zum Juni 2005, diese Richtlinie national umzusetzen haben. Dabei besteht die Möglichkeit, unter dem Aspekt des Schutzes der
Arbeitnehmer vorteilhaftere Bestimmungen beizubehalten oder zu erlassen, insbesondere auch niedrigere Werte für den täglichen Auslösewert oder den täglichen Expositionsgrenzwert für Vibrationen festzulegen. Die Durchführung dieser Richtlinie
kann nicht als Begründung für einen Rückschritt gegenüber der bestehenden Situation in jedem einzelnen Mitgliedstaat herangezogen werden. Ein System zum Schutz
vor Vibrationen muss darauf beschränkt sein, die zu erreichenden Ziele, die einzuhaltenden Grundsätze und die zu verwendenden grundlegenden Werte ohne unnötige
Einzelheiten festzulegen, damit die Mitgliedstaaten in die Lage versetzt werden, die
Mindestvorschriften in gleichwertiger Weise anzuwenden. Eine Verringerung der Exposition gegenüber Vibrationen lässt sich am wirkungsvollsten dann erreichen, wenn
bereits bei der Planung der Arbeitsplätze und Arbeitsstätten Präventivmaßnahmen
ergriffen werden und die Arbeitsmittel sowie die Arbeitsverfahren und -methoden so
gewählt werden, dass die Gefahren vorrangig bereits am Entstehungsort verringert
werden. Bestimmungen über Arbeitsmittel und Arbeitsmethoden tragen somit zum
Schutz der Arbeitnehmer bei, die sie einsetzen.
Die Arbeitgeber müssen sich gemäß der Richtlinie dem technischen Fortschritt und
dem wissenschaftlichen Kenntnisstand auf dem Gebiet der durch die Einwirkung von
Vibrationen entstehenden Gefahren anpassen, um den Schutz von Sicherheit und
Gesundheit der Arbeitnehmer zu verbessern.
Im Rahmen ihrer Pflichten gemäß Artikel 6 Absatz 3 und Artikel 9 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG /11/ nehmen die Arbeitgeber eine Bewertung und erforderlichenfalls eine Messung der Vibrationen vor, denen die Arbeitnehmer ausgesetzt sind. Die
Messung erfolgt je nach Sachverhalt gemäß Teil A Nummer 2 bzw. Teil B Nummer 2
des Anhangs der Richtlinie.
Das Ausmaß der Exposition gegenüber Vibrationen kann bewertet werden, indem die
spezifischen Arbeitsweisen beobachtet und einschlägige Angaben - auch des Ausrüstungsherstellers zu dem wahrscheinlichen Ausmaß der Vibrationen - herangezogen werden. Dieser Vorgang unterscheidet sich von dem Messvorgang, für den spezielle Vorrichtungen und eine geeignete Methodik erforderlich sind.
Die Bewertungen und Messungen müssen in angemessenen Abständen sachkundig
geplant und durchgeführt werden, wobei hinsichtlich der erforderlichen entsprechend
befähigten Dienste oder Personen insbesondere Artikel 7 der Richtlinie 89/391/EWG
zu berücksichtigen ist. Die aus den Bewertungen und/oder Messungen des Ausma-
ßes der Exposition gegenüber Vibrationen resultierenden Daten werden in einer geeigneten Form gespeichert, die eine spätere Einsichtnahme ermöglicht.
Die Messung und rechnerische Ermittlung der Einwirkung von GanzkörperSchwingungen auf den Menschen am Arbeitsplatz erfolgt im Hinblick auf seine Gesundheit nach der Norm DIN EN 14253 : 2003 /12/. Darin befindet sich jedoch folgender Hinweis:
„Wenn die Schwingungseinwirkung stoß- oder impulshaltig ist, liefern die Verfahren
nach dieser Europäischen Norm in der Regel einen zu kleinen Wert für die Schwingungsintensität. Es sind dann Verfahren zur Beurteilung der Risiken bei der Einwirkung von Stößen und Ganzkörper-Schwingungen mit hohem Scheitelfaktor notwendig. ... Wird der Schwingungsdosiswert VDV an Stelle von A(8) verwendet, führt das
im Allgemeinen zu einer abweichenden Beurteilung des Gesundheitsrisikos.“
Wie stoß- oder impulshaltige Schwingungen bewertet werden sollen, wird gegenwärtig in den Normen und Richtlinien also bislang nicht empfohlen. Auch existiert keine
Definition, was stoß- oder impulshaltige Schwingungen sind. Deshalb wäre es von
Vorteil, wenn ein praxistaugliches Bewertungsverfahren ohne eine solche Definition
auskommen würde.
Beurteilung von Ganzkörper-Schwingungen
Dieser Zusammenhang zwischen Belastung und Beanspruchung ist seit vielen Jahren anerkannter Stand der arbeitswissenschaftlichen Erkenntnis /13/. Die akuten und
chronischen Wirkungen mechanischer Schwingungen hängen von den physikalischen Eigenschaften der Exposition, ihrer Einwirkungsdauer aber vor allem auch von
den individuellen Voraussetzungen des jeweilig Betroffenen ab. Gerade diese große
biologische interindividuelle Variabilität macht die Beurteilung von mechanischen
Schwingungen so schwer.
Derzeit erfolgt die Beurteilung mechanischer Schwingungen auf der Grundlage internationaler und nationaler Normen, die nicht immer dem aktuellen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis entsprechen. Das ist nicht außergewöhnlich. Die Normung
hinkt immer der Forschung hinterher. Normen gelten doch als anerkannte Regeln der
Technik. Es bedarf einiger Zeit bis zur allgemeinen Anerkennung neuer Erkenntnisse.
Ganzkörper-Schwingungen
Belastungs-Beanspruchungs-Modell
Belastung durch
Ganzkörper-Schwingungen
Physikalische Belastung
Einwirkungsrichtung
Bewegungsart
Signalklasse
Amplitude
Frequenz
Stoßhaltigkeit
Mitwirkende Belastungsfaktoren
Einleitungsstelle
Körperhaltung
Anschnallung
Abstützung
Temperatur
Heben und Tragen
Freizeitverhalten
Expositionsdauer
Täglich
Jährlich
Im Berufsleben
Pausenregime
Aufeinanderfolge
Mensch
Individuelle endogene Gegebenheiten
Geschlecht
Alter
Alter bei Berufsbeginn
Konstitution
Disposition
Endogener Zustand der WS
Kenntnisse, Fähigk. und Fertigk.
Beanspruchung
Akute Wirkungen
Befindensstörungen (z.B. Kinetose)
Schmerzwahrnehmungen
biomech. u. physiol. Reaktionen
Leistungsbeeinträchtigungen
Lumbago, Ischias, Kaudasyndrom
Chronische Wirkungen
degenerative Veränd. der Bandscheiben, Wirbelkörper u. -gelenke
Bild 1: Das Belastungs-Beanspruchungs-Modell
Die Vibrationsforschung als relativ junger Zweig der arbeitswissenschaftlichen Forschung begann in den 30er Jahren des nunmehr vorigen Jahrhunderts. Das WeberFechner’sche Gesetz wurde auch auf die mechanische Reizeinwirkung angewandt.
Für Ganzkörperschwingungen wurde der Wahrnehmungsexponent 1 ermittelt, d. h.
dass ein linearer Zusammenhang zwischen Wahrnehmung und Reiz besteht /14/. Ab
den 60er Jahren hat man systematische Laboruntersuchungen zur Wirkung mechanischer Schwingungen auf die Wahrnehmung, das Wohlbefinden und die Leistungsbeeinträchtigung durchgeführt. Versuche zur schädigenden Wirkung am lebenden
Menschen schieden und scheiden aus ethischen Gründen aus. So verständigten sich
die Experten der siebziger Jahre einfach auf einen Grenzwert durch Verdopplung der
in den Versuchen bestimmten Grenze für die Leistungsbeeinträchtigung. Und man
einigte sich auch auf ein Beurteilungsverfahren.
Die Beschleunigung a(t) lässt sich als eine der zur Beschreibung von Schwingungsvorgängen möglichen Beschreibungsgrößen am einfachsten messen. Da der arithmetische Mittelwert eines um eine Nulllage stochastisch schwankenden Prozesses und um einen solchen handelt es sich im allgemeinen auf den Fahrersitzen mobiler
Arbeitsmaschinen und Kraftfahrzeuge - gleich Null ist, einigte man sich auf den Effektivwert der Schwingbeschleunigung.
ISO 2631-1 : 1997
Die Basisbewertung
ƒ frequenzbewerteter Effektivwert (r.m.s. oder RMS)
aw =
1
T
T
∫a
2
w
( t ) dt
o
ƒ Bewertung entsprechend Annex B Formel B.1 und B.3
aw1 ⋅ T1 = aw2 ⋅ T2
a w ,e =
Bild 2:
1 n 2
⋅ ∑ a ⋅ T mit T =
T i =1 wi i
n
∑T
i =1
i
Die Basisbewertungsmethode (energetisch)
Damit die Schwingungseigenschaften und die Empfindlichkeit des Menschen gegenüber bestimmten Schwingfrequenzen auch Berücksichtigung finden, hat man eine
sogenannte Frequenzbewertung eingeführt. Das Schwingungssignal durchläuft deshalb vor der Effektivwertbildung ein entsprechendes Bewertungsfilter. Weiterhin hat
man sich darauf verständigt, dass die Wirkung, beschrieben durch das Produkt aus
der Einwirkungsdauer Te und dem Quadrat des Effektivwerts aw der frequenzbewerteten Beschleunigung, konstant sei - das sogenannte Energieäquivalenzprinzip.
Das war ein bedeutender Fortschritt, denn nunmehr haben alle Forscher begonnen,
Messwerte nach identischen Vorgaben zu sammeln, eine gute Basis für eine epidemiologische Untersuchung der Belastungs-Beanspruchungs-Zusammenhänge und
der dann später unterstellten Dosis-Wirkungs-Beziehungen. Dennoch haben die Anstrengungen bisher nicht gereicht, um die Skeptiker zu überzeugen. Es konnte allerdings die schädigende Wirkung von langjähriger Schwingungsexposition in einigen
Berufen epidemiologisch nachgewiesen werden. Ebenfalls ist die Übertragung der
Erkenntnisse auf andere berufliche Tätigkeiten gelungen und anerkannt, aber unbefriedigend ist nach wie vor die Anerkennung der Forschungsergebnisse zur Festlegung von Grenzwerten. So haben Schwarze et. al. /16, 17, 18, 19/ in einer der letzten epidemiologischen Studien in Deutschland als Grenzwert für die Schädigung im
Verlaufe des Berufslebens awz=0,63 m/s² festgestellt, die Reaktion auf dieses Ergebnis durch Politik, Rechtsetzung und Normung bleibt allerdings aus.
Unbefriedigend ist auch die Situation bei der Beurteilung stoßhaltiger Schwingungen
oder kurzer Expositionsabschnitte mit sehr hohen Beschleunigungswerten. Gerade
bei solchen Belastungen wird von Seiten der Arbeitsmedizin Kritik an der energetischen Bewertung geübt /19, 20/. Es ist eine Unterschätzung des Risikos bei solchen
Schwingungsarten äußerst wahrscheinlich. Laborversuche haben die schädigende
Wirkung insbesondere von Beschleunigungsspitzen gezeigt. Seit vielen Jahren
kommen deshalb in Großbritannien bereits überenergetische Bewertungsverfahren
zum Einsatz und sind auch in der neuen internationalen Norm ISO 2631-1 : 1997 /21/
neben dem altbekannten Basisverfahren zusätzliche Bewertungsverfahren zur Auswahl angeboten.
ISO 2631-1 : 1997
Die modifizierte Basisbewertung
ƒfrequenzbewerteter Effektivwert (r.m.s. oder RMS)
T
aw =
1
a w2 ( t ) dt
∫
T o
ƒ Bewertung entsprechend Annex B Formel B.2 und B.4
aw1 ⋅ 4 T1 = aw 2 ⋅ 4 T2
a w ,e =
Bild 3 :
4
1 n 4
∑ a ⋅ T mit T =
T i =1 wi i
n
∑T
i =1
i
Die modifizierte Basisbewertung (überenergetisch)
In der deutschen Umsetzung dieser internationalen Norm durch den VDI 2057 Blatt
1 : 2002 /22/ wird dem dadurch Rechnung getragen, dass auf eines dieser Verfahren
bei der Beurteilung kurzzeitiger Einwirkungen von hohen Beschleunigungen verwiesen wird. Außerdem ist anstelle einer Richtwertkurve jetzt ein Bereich der möglichen
Gesundheitsgefährdung angegeben, der eine Ermessensentscheidung im Einzelfall
ermöglichen soll. Die untere Grenze dieses Bereichs sollte für Präventionszwecke
unbedingt herangezogen werden.
VDI 2057 Blatt 1 : 2002
Ganzkörper-Schwingungen
Hinweis:
Bei hohen Intensitäten und kurzer
Einwirkungsdauer aufgrund besonderer Gefährdung Beurteilung nach
ISO 2631-1:1997 Abschn. 6.3.2
bzw. Annex B Formel B2 und B4
mögliche Gesundheitsgefährdung bei Belastungen mit Wertepaaren (ãwz , Te) oberhalb ã wz(8) =0,45m/s²
deutliche Gesundheitsgefährdung bei Belastungen mit Wertepaaren (ãwz , Te) oberhalb ãwz(8) =0,80m/s²
Bild 4:
Die Richtwertkurve aus VDI 2057 Blatt1 : 2002
Einige Experten ignorieren noch immer die Notwendigkeit einer überenergetischen
Beurteilung auf der Basis dieser neueren wissenschaftlichen Ergebnisse. Von einer
großen Zahl der Praktiker wird dieses Vorgehen auch deshalb abgelehnt, weil dadurch die unterschiedliche Beurteilung einer Tätigkeit beispielsweise durch den Arbeitgeber und den Betriebsrat denkbar wäre. Das könnte zu Problemen in der betrieblichen Praxis führen. Auch wäre das ”Schönrechnen” von Schwingungsexpositionen durch unterschiedliche Teilung des Gesamtvorgangs in Teilvorgänge noch
mehr als beim Basisverfahren möglich. Diesem gewichtigen Argument muss deshalb
bei der Entwicklung eines praxistauglichen Beurteilungsverfahrens unbedingt Rechnung getragen werden.
Die Prävention arbeitsbedingter Gesundheitsgefahren infolge von mechanischen
Schwingungen erfordert aber vor allem für die kleinen und mittleren Unternehmen ein
Herausarbeiten der besonders gefährdeten Personengruppen und besonders gefährdenden Tätigkeiten und Arbeitsmaschinen bzw. Fahrzeuge. Der seit vielen Jahren in Brüssel diskutierte Entwurf einer EU-Richtlinie für die Mindestvorschriften bei
der Einwirkung von physikalischen Belastungsfaktoren sieht neben einer Expositionsobergrenze einen sogenannten Aktionswert vor, ab dem Präventionsmaßnahmen
einsetzen müssen. Aber auch diese Richtlinie orientiert sich am energieäquivalenten
Basisverfahren und muss demzufolge die aus den Beschleunigungsspitzen resultierenden besonderen Gefährdungen unterschätzen. Ein interessanter Ansatz stammt
aus Komfortuntersuchungen von Personenkraftwagen. Hier sind von Hennecke /23/
Vorschläge für eine Beurteilung von Fahrzeugschwingungen auf der Basis von bisher
kaum genutzten Signalkennwerten und Signalkennfunktionen unterbreitet worden.
Die nachfolgende Betrachtung soll zeigen, dass die Anwendung dieser Idee die Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren ein gutes Stück voranbringen
kann, ohne die gewohnten Methoden verlassen zu müssen.
Signalkennwerte und -funktionen
Zeitbereich und Frequenzbereich
Signalkennwerte
Bild 5:
Signalkennfunktionen
Zeitfunktion
Verteilungsdichtefunktion
Autokorrelationsfunktion
Zeitbereich
Lastwechselzahl
Mittelwert (arithmet.)
Effektivwert (rms)
frequenzbewert. Effektivwert
root-mean-quad (rmq)
Minimal-/Maximalwert
Crestfaktor
Schiefe
Exzess
Kurtosis
Formfaktor
Instationaritätsfaktor
Erweiterter Effektivwert
Leistungsdichtesprektrum
Frequenzbereich
Effektivwert (rms)
frequenzbewert. Effektivwert
Gesamtleistung
Signalkennwerte und Signalkennfunktionen im Zeit- und Frequenzbereich zur Beschreibung von Schwingungsvorgängen (blau: bislang genutzt; rot: bislang kaum genutzt und Gegenstand dieser Betrachtung)
Mit Hilfe von Signalkennwerten und Signalkennfunktionen im Zeit- und Frequenzbereich lassen sich die physikalischen Eigenschaften eines Schwingungsvorgangs beschreiben /24/. Die Frequenzeigenschaften werden über das bekannte Leistungsdichtespektrum oder kurz ”Spektrum” bereits bei der Frequenzbewertung der
Schwingbeschleunigung ausreichend gut berücksichtigt, d. h. das Schwingungsverhalten und das Schwingungsempfinden des Menschen sind bei der beschriebenen
Basismethode berücksichtigt.
Die Zeiteigenschaften des Signals, beschrieben durch Zeitfunktion a(t) und Autokorrelationsfunktion Kxx(J), werden vor allem bei der Schwingungsbekämpfung berücksichtigt.
Für die Beschreibung der Expositionsstärke werden vor allem die Amplitudeneigenschaften benötigt. Am Beispiel der Verteilungsdichtefunktion p(a) werden die Unterschiede einer sinusförmigen Anregung, einer (normalverteilten) zufälligen Anregung,
einer Anregung mit einem Dreiecksignal und einer Rechteckfunktion dargestellt.
Signalkennfunktionen im Zeitbereich
Zeitfunktion
Schwingbeschleunigung az(t)
Zeit t
1.
Messung der unbewerteten Schwingbeschleunigung a(t)
2.
Frequenzbewertung und Bandbegrenzung
3.
frequenzbewertete Schwingbeschleunigung aw(t)
Bild 6:
Signalanalyse im Zeit- und Frequenzbereich
Signalkennfunktionen im Zeitbereich
Verteilungsdichtefunktionen spezieller Signale
p
-A
Rechtecksignal
p
+Aa
p
Dreiecksignal
Bild 7:
Sinussignal
+Aa
p
+Aa
-A
-A
a
rot: regelloses Signal
blau: stoßhaltiges Signal
Verteilungsdichtefunktionen spezieller Signale
Signalkennfunktionen im Zeitbereich
Verteilungsdichtefunktion
Hanomag 66D, Fahrt auf Deponie
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
97
100
94
91
88
85
82
79
76
73
70
67
64
61
58
55
52
49
46
43
40
37
34
31
28
25
22
19
16
13
7
10
4
1
0
Verteilungsdichtefunktion
Bild 8:
Verteilungsdichtefunktion des Schwingungssignals einer
Erdbaumaschine und die zugehörige Normalverteilung
Die Amplitudeneigenschaften werden aus den sogenannten Momenten k-ter Ordnung mk(t) der Verteilungsdichte p(a) abgeleitet. Diese Momente geben Auskunft über die Lage, die Streuung und die Form der Verteilung der realisierten Beschleunigungswerte.
Signalkennwerte und -funktionen
Momente 1. und 2. Ordnung
Nullmoment 1. Ordnung = linearer (arithmetischer) Mittelwert
+∞
m1 (t ) =
∫a
w
(t ) p(aw ) daw = aw (t ) = 0
−∞
Nullmoment 2. Ordnung = quadratischer Mittelwert
+∞
m2 (t ) =
∫a
2
w
(t ) p(aw ) daw = aw2 (t )
−∞
Zentralmoment 2. Ordnung = Varianz
+∞
mz ,2 (t ) =
∫ (a
w
(t ) − aw (t )) 2 p(aw ) daw = σ 2
−∞
Bild 9:
Momente der Verteilungsdichte
Das sogenannte Nullmoment erster Ordnung m1(t) ist der bekannte lineare oder arithmetische Mittelwert m1(t), der Massenschwerpunkt der Verteilung, der bei zufälligen Fahrzeugschwingungen im allgemeinen gleich Null ist.
Das sogenannte Nullmoment 2. Ordnung m2(t) ist der quadratische Mittelwert, ein
Streuwert für die Verteilung gegenüber der Nulllinie. Die Wurzel aus diesem Wert ist
der ebenfalls bereits bekannte Effektivwert bzw. rms-Wert (root mean square). Durch
den Bezug auf den linearen Mittelwert m1(t) erhält man das Zentralmoment 2. Ordnung mz,2(t), die sogenannte Varianz, deren Wurzel die Standardabweichung F(t) ist.
Signalkennwerte und -funktionen
Momente höherer Ordnung
normiertes Zentralmoment 3. Ordnung = Schiefe
mz ,3 (t )
m′ z ,3 (t ) =
σ a3w (t )
normiertes Zentralmoment 4. Ordnung = Kurtosis
m′ z ,4 (t ) =
mz ,4 (t )
= Ku
σ a4w (t )
sinusförmige Schwingungen Ku = 1,5
stochastische Schwingungen Ku = 3,0
Bild 10:
Höhere Momente der Verteilungsdichte
Die höheren Momente beschreiben die Form der Verteilungsfunktion. Das Zentralmoment 3. Ordnung mz,3(t) beschreibt die Schiefe der Verteilungsfunktion, d. h. die
Unsymmetrie des Auftretens der Beschleunigungswerte. Das Zentralmoment 4. Ordnung mz,4(t), Kurtosis Ku genannt, ist ein Ausdruck für die Wölbung der Verteilungskurve. Die Kurtosis beschreibt die Amplitudeneigenschaften unabhängig vom Frequenzgehalt und sie ist wegen der Normierung auf die Standardabweichung unabhängig vom Signalpegel.
Diese beiden Tatsachen sind von Vorteil für die Ermittlung der Wirkungsunterschiede
von Schwingungsbelastungen mit gleichem Effektivwert. Die Grenzwerte sind ursprünglich in Laborversuchen mit sinusförmiger Anregung ermittelt worden /25/. Andere Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass die Wirkungen von stochastischen
Anregungen auf den Menschen deutlich stärker sind als die von sinusförmigen Anregungen mit gleichem Effektivwert /26/. Noch stärker ist die Wirkung, wenn die stochastischen Signale Stöße enthalten. Deshalb reicht die Angabe allein des Effektivwerts zur Beschreibung der Schwingungsbelastung am Arbeitsplatz nicht aus. Es
werden zusätzliche Parameter benötigt, die die Signalform und damit die Wirkungsverstärkung gegenüber einer sinusförmigen Anregung beschreiben.
Die Abweichung der Kurtosis eines Schwingungssignals von der Wölbung der entsprechenden Gauß’schen Normalverteilung wird als Exzess Ex bezeichnet und eignet sich sehr gut für diese im Rahmen der Prävention der Gesundheit interessanten
Fragestellung. Ein negativer Exzess, d. h. Ex<0, bedeutet eine fülligere Verteilungsfunktion. Ein positiver Exzess deutet auf ein höheres Maximum mit Wertehäufungen
beim Mittelwert und an den Verteilungsenden, also schnelle steile Anstiege in der
Zeitfunktion, die sogenannten Stöße.
Signalkennwerte und -funktionen
Exzess Ex, Formfaktor F
Exzess = Wölbungsunterschied zur Normalverteilung
Ex = Ku - KuGauß = Ku - 3
Formfaktor = Wölbungsunterschied zur Normalverteilung
F = Ku / KuGauß = Ku / 3
negativer Exzess = F<1 = Verteilung fülliger als Normalverteilung
positiver Exzess = F>1 = höheres Maximum mit Wertehäufung beim
Mittelwert und an den Verteilungsenden
Bild 11:
Der Exzess und der Formfaktor als Signalkennwerte
Signalkennwerte und -funktionen
Instationaritätsfaktor IFw
Wölbungsunterschied der Verteilung gegenüber einer Sinusfunktion
IFw =
4
Ku
=
KuSinus
4
Ku
1,5
Instationaritätsfaktoren besonderer Funktionen
Rechteckschwingung
IFw = 0,90
Sinussschwingung
IFw = 1,00
Dreieckschwingung
IFw = 1,05
Stochastische Schwingung
IFw = 1,19
Bild 12:
Der Instationaritätsfaktor als Signalkennwert
Es bietet sich deshalb für die Anwendung in der Praxis das folgende Verfahren an.
Das bisherige Basisverfahren auf der Grundlage des energieäquivalenten frequenzbewerteten Effektivwerts aw wird beibehalten, aber um einen Instationaritätsfaktor IFw
erweitert. Dieser Instationaritätsfaktor IFw berechnet sich aus der Kurtosis Ku, bezogen auf die eines harmonischen Signals gleicher Stärke. Er ist deshalb, wie bereits
gezeigt unabhängig von der Signalstärke und der Frequenzzusammensetzung. Der
Instationaritätsfaktor zeigt die Wirkungsunterschiede z. B. einer stoßhaltigen Schwingung gegenüber einer harmonischen Schwingungsanregung auf, ohne eine komplizierte Stoßdefinition zu benötigen. Der Formfaktor F oder der Exzess Ex zeigen die
Wirkungsunterschiede einer Schwingungseinwirkung gegenüber einer gleichmäßig
regellosen Schwingungsanregung auf, ebenfalls ohne eine komplizierte Stoßdefinition. Deshalb ist das gezeigte Verfahren in der Praxis geeignet, auf Expositionsschwerpunkte hinzuweisen. Stochastische Schwingungen werden bei diesem Verfahren um 12% stärker bewertet als sinusförmige Schwingungen. Die von Dupuis /27/
vorgestellten Ergebnisse von Laboruntersuchungen und Feldversuchen untermauern
diesen Wert.
Das von Griffin /28/ vorgeschlagene und in Großbritannien angewendete Bewertungsverfahren auf der Basis des fourth power vibration dose value VDV, auch als
rmq-Verfahren bezeichnet wegen der Verwendung der Mittlung in der 4. Potenz (root
mean quad), bewertet Sinusschwingungen um 11% stärker als das energieäquivalente Basisverfahren. Eine gleichmäßig regellose Schwingung wird um 32% stärker
bewertet als mit dem Effektivwertverfahren, stoßhaltige Schwingungen entsprechend
noch stärker. Es lässt sich zeigen, dass das hier vorgeschlagene Verfahren des Effektivwerts mit einem signalformabhängigen Faktor bis auf einen konstanten Faktor
identische Ergebnisse zum rmq-Verfahren liefert.
ISO 2631-1 : 1997
The fourth power vibration dose method (VDV)
ƒVibration Dose Value (nach Griffin)
T
∫ a (t) dt
VDV = 4
4
w
0
ƒ “überenergetisches” Prinzip
aw1 ⋅4 T1 = aw2 ⋅4 T2
VDV = 4
Bild 13:
n
∑ VDV
i =1
i
n
⋅ Ti mit T = ∑Ti
4
i =1
Das überenergetische VDV-Verfahren (RMQ)
Signalkennwerte und -funktionen
Unterschied zwischen RMS und RMQ (bzw. VDV)
bei sinusförmigen Schwingungen
Das VDV-Verfahren bewertet Sinusschwingungen um 11%
höher als das Basisverfahren.
RMQ
= 1107
,
aw
bei stochastischen Schwingungen
Das VDV-Verfahren bewertet gleichmäßig regellose
Schwingungen um 32% höher als das Basisverfahren.
RMQ
= 1,316
aw
Bild 14:
Vergleich von Effektivwert- und VDV-Verfahren
Durch Multiplikation des bisherigen Effektivwerts awz mit dem oben abgeleiteten Instationaritätsfaktor IFw erhält man einen erweiterten Effektivwert awz,erw., der nunmehr
mit der Richtwertkurve, der Expositionsobergrenze oder dem Aktionswert für das
Einsetzen von Präventionsmaßnahmen verglichen werden kann. Dabei bietet sich
an, die in ISO 2631-1 : 1997 publizierte „health guidance zone“ für das RMQVerfahren mit den Faktor 0,9 zu multiplizieren und so leicht verschobene Richtwertkurven für die Bewertung zu verwenden.
Für die Prävention
Gefährdungsadäquatere Beurteilung
Der erweiterte Effektivwert
Kurtosis Ku
(normiertes
Zentralmoment
4. Ordnung)
mz ,4 (t )
m′ z ,4 (t ) =
= Ku
σ a4w (t )
Vorteile
aw ,erw. = aw ⋅ IFw = aw ⋅ 4
Ku
1,5
aw ,erw. = 0,9 ⋅ RMQ
• Beibehaltung des Basisverfahrens
• Berücksichtigung der Signalform durch einen verteilungsabhängigen
Faktor
• Faktor ist unabhängig von Amplitude und Frequenzgehalt
• vergleichbare Ergebnisse zum VDV-Verfahren
•bei sinusförmigen Schwingungen
aw,erw. = aw
•bei stochastischen Schwingungen
aw,erw. = 1,189 aw
• das Verfahren mit dem erweiterten Effektivwert bewertet
gleichmäßig regellose Schwingungen um 19% höher als
sinusförmige Schwingungen.
Bild 15:
Methode „Erweiterter Effektivwert“
Für die Prävention
Methode des Erweiterten Effektivwert
Exzess
Ex
Formfaktor Instationaritätsfaktor
F
IFw
+10,0
4,33
1,72
+1,0
1,33
1,28
Regellose Schwingung
(Gauß-normalverteilt)
0,0
1,00
1,19
Dreiecksignal
-1,2
0,60
1,05
Harmonische Schwing.
(Sinus)
-1,5
0,50
1,00
Rechtecksignal
-2,0
0,33
0,90
Ruhe
-∞
0,00
0,00
zunehmend stoßhaltig,
abweichend v. Normalverteilung und Sinus
Bild 16:
Erkennung stoßhaltiger Schwingungen
Auf diese Weise können stochastische und stoßhaltige Schwingungen (Ex>0) einfach erkannt und ihrer Gefährdung entsprechend beurteilt werden. Damit wird ein
entscheidender Fortschritt für die Prävention vibrationsbedingter Gesundheitsgefahren und Muskel-Skelett-Erkrankungen erzielt.
Maschine
Tätigkeit
Radlader Hanomag 66 D
Fahrt auf Deponiestraße
Schlepper
CASE 7210
Pflügen
Dumper
Volvo A 25 C
Fahrt auf Deponiestraße
Mähdrescher Lexion 640
Roggendrusch
CLAAS
Bohrgerät HBM
Hausherr
Fahrt im Tagebau
Schlepper
John Deer 8200
Graswenden
Dumper
Volvo A 25 C
Fahrt auf Deponiekörper
Signalform der
Zeitfunktion
der Beschleunigung
sinusförmig, keine
Stöße
sinusförmig, keine
Stöße, hochfrequente Anteile
stochastisch, keine
Stöße
stochastisch, keine
Stöße, hochfrequ.
harmon. Anteile
stochastisch mit
periodischen Anteilen, keine Stöße
stochastisch mit
periodischen Anteilen, stark schwank.
sinusförmig mit
stochast. Anteilen
stochastisch mit
Abraumtransport im
niederfrequ. EigenTagebau
schwing., stoßhaltig
stochastisch mit
Dumper CAT 740
Leerfahrt im Tagebau periodischen AnteiCaterpillar
len, stoßhaltig
stochastisch,
Raupenbagger CAT 330B Laden von Abraum
hochfrequent,
Caterpillar
im Tagebau
stoßhaltig
stochastisch, stoßRadlader CAT 990
Laden/Transport von
haltig
Caterpillar
Kalkstein
Dumper CAT 740
Caterpillar
Aufreissraupe CAT D10R Lockern von KalkCaterpillar
stein
stochastisch, stoßhaltig
Radlader
ZL 80
Planieren
Radlader
ZL 80
Baustellenfahrt
periodisch mit
stochast. und
stoßhalt. Anteilen
periodisch, einzelne Stöße
Vorwarder Valmet 828
Fahrt und Laden
stochastisch, einzelne starke Stöße
Tabelle 2:
Instatio- Erweiterter
naritäts- Effektivwert
awz,erw.
faktor
in m/s²
IFw
bewerteter
Effektivwert
awz
in m/s²
Exzess
Ex
Formfaktor
F
0,61
-1,42
0,53
1,01
0,62
0,38
-0,29
0,90
1,16
0,44
0,54
-0,14
0,95
1,17
0,63
0,37
-0,17
0,94
1,17
0,43
0,27
0,56
1,19
1,24
0,34
0,68
1,38
1,31
1,31
0,89
1,75
1,82
1,61
1,34
2,35
0,88
2,32
1,77
1,37
1,21
0,78
4,41
2,47
1,49
1,17
0,44
4,18
2,39
1,48
0,66
0,49
3,08
2,03
1,42
0,69
0,98
5,07
2,69
1,52
1,49
0,59
9,43
4,14
1,70
1,00
0,80
11,85
4,95
1,77
1,42
0,69
62,33
21,78
2,57
1,77
Anwendungsbeispiele aus der Praxis
In der Praxis
Methode des Erweiterten Effektivwert
Exzess Instationaritätsfaktor
Ex
IFw
Forstmaschine bei Fahrt im Wald
+10,0
1,72
zunehmend stoßhaltig,
abweichend v. Normalverteilung und Sinus
Radlader bei Fahrt auf der Baustelle
Aufreißraupe beim Lockern von Kalkstein
Radlader beim Laden und Transport
Dumper bei Fahrt auf Bauschuttdeponie
Regellose Schwingung
(Gauß-normalverteilt)
+1,0
1,28
0,0
1,19
Ackerschlepper beim Graswenden
Mähdrescher beim Drusch
Dumper bei Fahrt auf Straße
Ackerschlepper beim Pflügen
Harmonische Schwing.
(Sinus)
Bild 17:
- 1,5
1,0
Erdbaumasch. b. Fahrt auf glatter Straße
Die Methode „Erweiterter Effektivwert“ in der Praxis
Zusammenfassung
Die Methode des erweiterten Effektivwerts hat die Vorteile, dass das bislang bewährte Basisverfahren nach ISO 2631-1 : 1997 und VDI 2057 Blatt1 : 2002 beibehalten wird, dass die Gesundheitsgefährdung entscheidend mitbestimmende Signalform
durch einen verteilungsabhängigen Faktor berücksichtigt werden kann und dass dieses Verfahren unabhängig von Amplitude und Frequenzzusammensetzung ist. Bei
harmonischen Schwingungen beträgt der Instationaritätsfaktor 1,0. Gleichmäßig regellose Schwingungen werden um 19% stärker bewertet. Bei stoßhaltigen Schwingungen kann dieser Wert noch höher sein. Ein positiver Exzess bzw. ein Formfaktor
größer 1 weisen auf stoßhaltige Schwingungen hin. Der um den Instationaritätsfaktor
erweiterte Effektivwert erlaubt auf einfache Weise, die aufgrund der Stoß- oder Impulshaltigkeit verstärkte gesundheitsschädigende Wirkung zu beurteilen. Dank dieses
Verfahrens, das sich in handelübliche Messgeräte integrieren lässt, kann bei der Gefährdungsbeurteilung in der betrieblichen Praxis die Stoßhaltigkeit und damit das höhere Gesundheitsrisiko einfach erkannt und in der Prävention berücksichtigt werden.
Die Entscheidung über einzuleitende technische oder organisatorische Präventionsmaßnahmen fällt damit deutlich leichter.
Beispiele aus der Praxis
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Radlader Hanomag 66 D
Tätigkeit
Fahrt auf befestigter Deponiestraße
Schwingungsart:
sinusförmig, keine Stöße
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
0,61 m/s²
-1,42
1,01
0,62 m/s²
Bild 18:
Beispiel Radlader bei Fahrt auf befestigter Straße
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Dumper Volvo A 25 C
Tätigkeit
Fahrt auf dem Deponiekörper
Schwingungsart:
sinusförmig mit stochastischen Anteilen
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
1,75 m/s²
1,82
1,34
2,35 m/s²
Bild 19:
Beispiel Dumper bei Fahrt auf Bauschutt-Deponie
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Vorwarder Valmet 828
Tätigkeit
Fahrt auf unbefestigtem Waldweg
Schwingungsart:
stochastischen mit einzelnen Stößen
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
0,69 m/s²
62,33
2,57
1,77 m/s²
Bild 20:
Beispiel Forstgerät bei Fahrt auf unbefestigtem Waldweg
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Ackerschlepper CASE 7210
Tätigkeit
Pflügen
Schwingungsart:
sinusförmig mit hochfrequenten
Anteilen, keine Stöße
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
0,38 m/s²
-0,29
1,16
0,44 m/s²
Bild 21:
Beispiel Ackerschlepper beim Pflügen
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Mähdrescher CLAAS Lexion 640
Tätigkeit
Roggendrusch
Schwingungsart:
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
Bild 22:
stochastisch mit hochfrequenten
harmonischen Anteilen, keine Stöße
0,37 m/s²
-0,17
1,17
0,43 m/s²
Beispiel Mähdrescher beim Roggendrusch
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Ackerschlepper John Deere JD 8200
Tätigkeit
Graswenden
Schwingungsart:
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
Bild 23:
stochastisch mit periodischen Anteilen,
kleinere Stöße
0,68 m/s²
1,38
1,31
0,89 m/s²
Ackerschlepper beim Graswenden
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Dumper Caterpillar CAT 740
Tätigkeit
Abraumtransport im Tagebau
Schwingungsart:
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
Bild 24:
stochastisch mit niederfrequenter
Eigenschwingung, stoßhaltig
0,88 m/s²
2,32
1,37
1,21 m/s²
Beispiel Dumper beim Abraumtransport im Tagebau
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Radlader Caterpillar CAT 990
Tätigkeit
Laden und Transport von Kalkstein
Schwingungsart:
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
Bild 25:
stochastisch, stoßhaltig
0,49 m/s²
3,08
1,42
0,69 m/s²
Beispiel Radlader beim Laden und Transport von Kalkstein
Prävention
Gefährdungsadäquate Beurteilung
Fahrzeug
Aufreißraupe Caterpillar CAT D10R
Tätigkeit
Lockern von Kalkstein
Schwingungsart:
stochastisch, stoßhaltig
bewerteter Effektivwert:
Exzess:
Instationaritätsfaktor:
Erweiterter Effektivwert:
Bild 26:
0,98 m/s²
5,07
1,52
1,49 m/s²
Beispiel Aufreißraupe beim Lockern von Kalkstein
In der Praxis
ISO 2631-1 und Erweiterter Effektivwert
Dumper bei Fahrt auf Bauschuttdeponie
Erweiterter Effektivwert aw,erw.
Forstmaschine bei Fahrt im Wald
Bild 27:
Aufreißraupe beim Lockern von Kalkstein
Abraumtransport im Tagebau
Ackerschlepper beim Graswenden
Radlader beim Laden und Transport
Ackerschlepper beim Pflügen
Mähdrescher beim Drusch
ISO 2631-1:1997 und Erweiterter Effektivwert
In der Praxis
Methode des Erweiterten Effektivwert
Ex + 3
aw,erw. = aw ⋅ IFw = aw ⋅
1,5
4
aw,erw. = 0,9 ⋅ RMQ
Zusammenfassung:
•
•
•
•
•
Bild 28:
Effektivwertverfahren nach VDI 2057 Blatt 1 bleibt erhalten
keine Stoßdefinition erforderlich
Risikozuschlag in Form eines Faktors (Instationaritätsfaktor)
einfach zu berechnen (Exzess Ku() ist eine math. Funktion in MS-Excel)
vergleichbare Ergebnisse zum VDV-Verfahren
Zusammenfassung
Literatur
/1/
Vibration am Arbeitsplatz; IVSS, Internationale Sektion Forschung.
Paris, 1989
/2/
Wetzel, A.-M. et. al.
Arbeitshygienischer Bericht 1988 / Zentralinstitut für Arbeitsmedizin;
Berlin, 1989
/3/
Mohr, D.
Gefährdungsbeurteilung und Präventionsmaßnahmen nach der neuen EUVibrations-Richtlinie 2002/44/EG. Vortrag A+A 2003; Düsseldorf 2003
/4/
Health & Safety Executive
Whole-body vibration: Occupational exposures and their health effects in
Great Britain. (Contract Research Report 233/1999)
/5/
Health & Safety Executive
Whole-body vibration: Evaluation of some common sources of exposure in
Great Britain. Contract Research Report 235/1999
/6/
Statistisches Bundesamt Deutschland
Leben und Arbeiten in Deutschland – Ergebnisse des Mikrozensus 2001.
Wiesbaden, 2002
/7/
Dupuis, H., Zerlett, G.
Beanspruchung des Menschen durch mechanische Schwingungen. Forschungsbericht Ganz-Körper-Schwingungen (Schriftenreihe des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften e. V.)
Bonn, 1984
/8/
European Foundation for the Improvement of Living and Working Conditions
Third European Survey on Working Conditions 2000.
Luxembourg, 2001
/9/
Tiefbau-Berufsgenossenschaft
Approaches to meeting the vibration requirements in the Machine Directive:
Earth-moving machinery. Vortrag EU-Seminar Control of vibration emission in
mobile machinery. Brüssel, 9. Dezember 1999
/10/
Richtlinie 2002/44/EG über Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit
und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch physikalische
Einwirkungen (Vibrationen).
(ABl. EG L 177/13)
/11/
Richtlinie 89/391/EWG über die Durchführung von Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer bei der
Arbeit.
(ABl. EG L 183/1)
/12/
NORM DIN EN 14253 : 2003
Mechanische Schwingungen – Messung und rechnerische Ermittlung der Einwirkung von Ganzkörper-Schwingungen auf den Menschen am Arbeitsplatz im
Hinblick auf seine Gesundheit – Praxisgerechte Anleitung.
/13/
Dupuis, H.
Einwirkung berufsbedingter Vibrationen auf die Wirbelsäule. Die Wirbelsäule
in Forschung und Praxis, Bd. 92 (1980), S. 45-50
/14/
Bobbert, G.
Schwingungsauswirkung auf den Menschen. VDI-Berichte 113 (1967), S. 95100
/15/
Schwarze, S. et. al.
Epidemiologische Studie Ganzkörpervibration, Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften, Sankt Augustin (im Druck 1998)
/16/
Schwarze, S. et. al.
Auswirkungen von Ganzkörperschwingungen auf die Lendenwirbelsäule - Eine Follow-up-Studie an 388 Fahrern verschiedener Fahrzeuge. Arbeitsmed.
Sozialmed. Umweltmed. 33 (1998)10, S. 429-442
/17/
Schwarze, S. et. al.
Schwingungsbelastung als gesundheitliches Risiko für die Lendenwirbelsäule.
Die BG (1998)11, S. 690-695
/18/
Schwarze, S. et. al.
Dose-response relationships between whole-body vibration and lumbal disk
disease - A field study on 388 drivers of different vehicles. Journal of Sound
and Vibration Vol. 215 (1998)4, S. 613-628
/19/
Seidel, H. et. al.
On the health risk of the lumber spine due whole-body vibration - Theoretical
approach, experimental data and evaluation of whole-body vibration. Journal
of Sound and Vibration Vol. 215 (1998)4, S. 723-741
/20/
Seidel, H. et. al.
Belastung der Lendenwirbelsäule durch stoßhaltige Ganzkörperschwingungen
(Teilprojekt des Verbundprojektes Ganzkörperschwingungen III – Schlussbericht) Bremerhaven, Wirtschaftsverlag NW, 1995. (Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsmedizin Berlin, Forschung , Fb 01 HK 061)
/21/
NORM ISO 2631-1 : 1997
Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to wholebody vibration – Part 1: General requirements
/22/
Richtlinie VDI 2057 Blatt 1 : 2002
Einwirkung mechanischer Schwingungen auf den Menschen - GanzkörperSchwingungen
/23/
Hennecke, D.
Zur Bewertung des Schwingungskomforts von Pkw bei instationären Anregungen. Düsseldorf, 1995 (VDI Fortschritt-Berichte Reihe 12: Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik; Nr. 237)
/24/
Mohr, D.
Zur Einwirkung von mechanischen Ganzkörperschwingungen und Stößen auf
Bedienpersonen mobiler Arbeitsmaschinen. Technische Universität Dresden,
Naturwiss.-math. Fak., Dissertation A. Dresden, 1989
/25/
Griffin, M. J.
Handbook of Human Vibration. London: Academic Press, 1990
/26/
Dupuis, H., Christ, W.
Über das Schwingungsverhalten des Magens unter dem Einfluß sinusförmiger
und stochastischer Schwingungen. Int. Z. angew. Physiologie (1966)22,
S. 149-166
/27/
Dupuis, H., Hartung, E., Louda, L.
Vergleich regelloser Schwingungen eines begrenzten Frequenzbereiches mit
sinusförmigen Schwingungen hinsichtlich der Einwirkung auf den Menschen.
Ergonomics 15 (1972), 3, S. 237-265
/28/
Griffin, M. J., Whitham, E. M.
Discomfort produced by impulsive whole-body vibration. Journal of the Acoustical Society of America 68(1980)5, S. 1277-1284
Stichworte: Ganzkörper-Schwingungen, Stoßhaltige Schwingungen, Bewertung,
Gefährdungsbeurteilung, Gesundheitsrisiko
Autor:
Dr. Detlev Mohr
Landesinstitut für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Potsdam
PF 90 02 36
14438 Potsdam
Tel.: 0331/8683-178
Email: [email protected]