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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung und eine Handwerkzeugmaschine
mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Vibrationsbelastung von
Personen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Vom
europäischen Parlament und vom Rat der Europäischen
Kommission wurde die Einführung von Maßnahmen
zum Schutz von Arbeitnehmern vor den durch Vibrationen von Arbeitsmitteln
verursachten Gefahren aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Gesundheit
und die Sicherheit der Arbeitnehmer als notwendig erachtet und daher
in der EU-Richtlinie EU 2002/44 Mindestvorschriften festgelegt,
die für den Arbeitgeber oberhalb eines täglichen
Auslösewerts bzw. eines täglichen Expositionsgrenzwerts
bestimmte Maßnahmen vorschreiben. Die Bewertung des Ausmaßes
der Exposition kann gemäß der Richtlinie entweder
mittels einer Schätzung anhand der Herstellerangaben zum
Ausmaß der von den Arbeitsmitteln verursachen Vibrationen
und mittels Beobachtung der spezifischen Arbeitsweisen oder durch Messung
vorgenommen werden. Jedoch sind Schätzungen häufig
sehr ungenau und für die Arbeitnehmer selbst schwer nachvollziehbar,
während Messungen verhältnismäßig
aufwendig sind, da sie eine Ermittlung der Effektivwerte der frequenzbewerteten Beschleunigung
in drei orthogonalen Richtungen notwendig machen, was zudem bei
beidhändig gehaltenen oder geführten Geräten
an jeder Hand erforderlich ist. Dazu ist ein verhältnismäßig
komplizierter und für jedes Arbeitsmittel unterschiedlicher
Messaufbau erforderlich, der im Einklang mit der Norm 5349-2:2001
den besonderen Merkmalen der zu messenden Vibrationen, den Umweltfaktoren
und den technischen Merkmalen des Messgeräts angepasst
sein muss, so dass die Bewertung des Ausmaßes einer individuellen
Exposition vor Ort im Feld mit Hilfe eines solchen Verfahrens sehr
schwierig ist.
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Aus
der
EP 1 586 875 A1 ist
eine gattungsgemäße Einrichtung zur Ermittlung
der Vibrationsbelastung von Personen in Gestalt eines Vibrationsdosimeters
bekannt, das an die Hand einer Bedienungsperson eines Arbeitsgerätes
angepasst ist und mit einem Sensor zur Messung der auftretenden
Vibrationspegel, denen die Bedienungsperson ausgesetzt ist, einer
Einrichtung zum Berechnen der kumulativen Exposition, sowie einer
Einrichtung zum Übermitteln der aufgenommenen Daten zur
Bedienungspersonausgestattet ist.
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Weiter
ist aus der
DE 101
19 252 A1 eine Einrichtung zur personengebundenen Messung
von Kennwerten der Hand-Arm- und der Ganzkörper-Schwingungsbelastung
an Arbeitsplätzen (Schwingungsdosimeter) bekannt, die neben
einer Erfassung von Schwingungsmesswerten auch eine Erfassung von
anderen physikalischen Messgrößen gestattet, die
für die Beurteilung der Einwirkung von Schwingungen auf
den menschlichen Körper als relevant angesehen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Mit
der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ermittlung
der Vibrationsbelastung von Personen wird eine einfache und preiswerte
Möglichkeit gegeben, mit Einsatz mehrdimensional arbeitender,
aus anderen Anwendungsbereichen bekannter Beschleunigungsaufnehmer
die tägliche Vibrationsbelastung durch ein am Arbeitsplatz
eingesetztes Arbeitsmittel bzw. das Überschreiten der in
der EU-Richtlinie 2002/44 festgesetzten Auslöse- bzw. Expositionsgrenzwerte
aufgrund des Einsatzes des Arbeitsmittels festzustellen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde,
Grundsätzlich
kann die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ermittlung
der Vibrationsbelastung von Personen an jedem Arbeitsplatz eingesetzt
werden, an dem ein Arbeitnehmer Hand-Arm- oder Ganzkörper-Vibrationen
ausgesetzt ist, zum Beispiel auf Baustellen, auf denen Arbeitnehmer
im Laufe eines Tages häufig an verschiedenen, Vibrationen
erzeugenden Arbeitsmitteln, wie Handwerkzeugmaschinen, beschäftigt
sind.
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Der
Begriff "effektive tägliche Betriebsdauer" umfasst im Rahmen
der vorliegenden Anmeldung im Wesentlichen nur die Arbeitszeit des
Arbeitsmittels, in denen dieses stärkere Vibrationen erzeugt,
also keine Leerlaufzeit.
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Bei
dem arbeitsmitteltypischen Vibrationswert handelt es sich wie bei
dem Auslösewert und dem Expositionsgrenzwert der EU-Richtlinie
2002/44 vorzugsweise um einen Beschleunigungswert, der in der Einheit
m/s2 angegeben wird.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung
zur Ermittlung der Vibrationsbelastung von Personen eine Anzeigeeinrichtung,
die das Überschreiten des vorgeschriebenen Auslösewerts
bzw. Expositionsgrenzwerts der Vibrationsbelastung anzeigt, wenn
die ermittelte effektive tägliche Betriebsdauer des oder
jedes Arbeitsmittels im Arbeitszustand die berechnete Arbeitszeit
bis zum Erreichen des vorgeschriebenen Auslösewerts bzw.
Expositionsgrenzwerts der Vibrationsbelastung übersteigt.
Die Anzeigeeinrichtung könnte dazu ein kleines Display,
zum Beispiel ein LCD-Display umfassen, jedoch wird wegen der Vibrationsbelastung
des Dosimeters selbst eine robustere Anzeigeeinrichtung bevorzugt,
die mindestens zwei und vorzugsweise drei unterschiedlich gefärbte Leuchtdioden
umfasst. Zum Beispiel kann eine grüne Leuchtdiode verwendet
werden, die durch Leuchten anzeigt, dass die ermittelte effektive
tägliche Betriebsdauer die berechnete Arbeitszeit bis zum
Erreichen des vorgeschriebenen Auslösewerts noch nicht übersteigt,
während eine orange Leuchtdiode eingeschaltet wird, wenn
die ermittelte effektive tägliche Betriebsdauer zwar die
berechnete Arbeitszeit bis zum Erreichen des vorgeschriebenen Auslösewerts, nicht
jedoch die berechnete Arbeitszeit bis zum Erreichen den Expositionsgrenzwerts übersteigt.
Eine rote Leuchtdiode kann benutzt werden, um ein Überschreiten
der berechneten Arbeitszeit bis zum Erreichen den Expositionsgrenzwerts
anzuzeigen.
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Wenn
die Betriebsdauer der Handwerkzeugmaschine länger unterbrochen
wird, zum Beispiel mehr als 8 Stunden, wird die ermittelte effektive
tägliche Betriebsdauer des oder jedes Arbeitsmittels vorzugsweise
selbsttätig auf Null zurückgesetzt.
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Vorzugsweise
wird die Erfindung in Verbindung mit elektrisch angetriebenen Arbeitsmitteln,
wie zum Beispiel handgeführten Handwerkzeugmaschinen eingesetzt.
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Alternativ
kann die Einrichtung zur Ermittlung der Vibrationsbelastung so ausgebildet
sein, dass sie vom Benutzer entweder als Armbanduhr getragen oder
auf dem jeweiligen Gerät befestigt werden kann. In diesem
Fall wird zweckmäßig mittels des Beschleunigungssensors
durch eine Referenzmessung der Beschleunigungspegel des Geräts
im Leerlauf und im Arbeitszustand ermittelt und im Dosimeter abgespeichert.
Das Dosimeter zeichnet dann während des gesamten Arbeitstages
auf, ob sich das Gerät im Arbeits-, Leerlauf- oder Aus-Zustand
befindet, und vergleicht die daraus ermittelte effektive Betriebsdauer
des Geräts mit der aus dem arbeitsmitteltypischen Vibrationswert
berechneten täglichen Arbeitszeit bis zum Erreichen des
Auslösewerts bzw. des Expositionsgrenzwerts.
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Um
einen Nachweis für die Einhaltung der EU-Richtlinie 2002/44
zu liefern und/oder um eine genauere Analyse der Vibrationsbelastung
vorzunehmen, kann das Vibrationsdosimeter zweckmäßig eine
Schnittstelle aufweisen, wie einen USB-Port oder eine Speicherkarte,
so dass die Arbeits-, Leerlauf- oder Aus-Zeiten des Geräts
zusammen mit dem arbeitsmitteltypischen Vibrationswert zu einem
Rechner übertragen werden können.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend in vier Ausführungsbeispielen
anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung von Komponenten einer in einen Bohrhammer
integrierten Einrichtung zur Ermittlung der Vibrationsbelastung
von Personen
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2 eine
perspektivische Ansicht des Bohrhammers
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Steckdose mit eingebauter Einrichtung
zur Ermittlung der Vibrationsbelastung von Personen
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4 eine
schematische Darstellung von Komponenten der in die Steckdose eingebauten
erfindungsgemäßen Einrichtung
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5 eine
vergrößerte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Einrichtung zur lösbaren Befestigung an einem Arbeitsmittel;
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6 eine
schematische Darstellung von Komponenten der erfindungsgemäßen
Einrichtung aus 5;
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7 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Einrichtung aus 5 nach der Befestigung an einem
Akkubohrhammer;
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Armbanduhr mit einer integrierten
erfindungsgemäßen Einrichtung
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9 eine
schematische Darstellung von Komponenten der erfindungsgemäßen
Einrichtung aus 8 und
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10 eine
schematische Darstellung der Sensor-Struktur der erfindungsgemäßen
Einrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die
Zeichnung zeigt mehrere Einbauvarianten für eine erfindungsgemäßen
Einrichtung in Gestalt eines Vibrationsdosimeters 2, das
zur Ermittlung der täglichen Vibrationsbelastung eines
Benutzers mit einem motorisch angetriebenen, in der Zeichnung beispielhaft
als netzabhängigen Bohrhammer 4 (2)
bzw. eines Akkubohrhammers 6 (7) dargestellten
Arbeitsmittel dient.
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Da
der Benutzer beim Gebrauch dieser Elektrowerkzeuge 4, 6 insbesondere
im Schlagbohr- oder Hammerbetrieb beträchtlichen Hand-Arm-Vibrationen
ausgesetzt ist, die bei anhaltender Exposition Auswirkungen auf
die Gesundheit des Arbeitnehmers haben können, ist der
Arbeitgeber verpflichtet, die in der EU-Richtlinie 2002/44 angegebenen
Maßnahmen zu ergreifen, wenn die Vibrationsbelastung des
Arbeitnehmers im Fall von Hand-Arm-Vibrationen einen täglichen
Auslösewert von 2,5 m/s2 bzw. eine
täglichen Expositionsgrenzwert von 5 m/s2 übersteigt.
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Die
nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung
in Gestalt eines Vibrationsdosimeters 2 erlaubt es, diese
Vibrationsbelastung bzw. das Überschreiten des Auslöse-
bzw. Expositionsgrenzwert einfach und kostengünstig zu
ermitteln.
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Das
in den 1 und 2 dargestellte, in den Bohrhammer 4 integrierte, über
dessen Stromkabel 8 und einen Transformator 10 aus
dem Netz gespeiste Dosimeter 2 umfasst dazu mindestens
einen Messwertaufnehmer 12 zur Aufnahme der relevanten
Geräteschwingungen sowie einen internen Zeitmesser 16,
aus deren Messwerten die effektive tägliche Vibrationssumme
des Geräts 4 ermittelbar ist. Das Dosimeter 2 oder
die Auswerteelektronik 18 umfasst weiter einen Speicher 20,
in dem der Vibrationswert gespeichert ist, der wie der Auslösewert und
der Expositionsgrenzwert die Einheit m/s2 besitzt.
Die Auswerteelektronik 18 umfasst weiter einen Prozessor 22,
der aus dem in der EU-Richtlinie festgesetzten täglichen
Auslöse- bzw. Expositionsgrenzwert und der Vibrationssumme
die Überschreitung des Auslösewerts bzw. des Expositionsgrenzwerts berechnet.
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Der
Prozessor 22 umfasst einen Komparator 24, der
das Überschreiten des Auslösewerts bzw. des Expositionsgrenzwerts
auf einer Anzeige 26 anzeigt. Die Anzeige 26 umfasst
eine grüne, eine orange und eine rote Leuchtdiode 28, 30, 32,
von denen die grüne 28 leuchtet, solange der Auslösewert
durch den Betrieb des Geräts im Arbeitszustand nicht überschritten
wird. Die orange Leuchtdiode 30 leuchtet auf, sobald der
Auslösewert überschritten wird. Die rote Leuchtdiode 32 wird
eingeschaltet, wenn der Expositionsgrenzwert überschritten
ist.
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Die
Auswerteelektronik 18 umfasst noch eine Rückstellschaltung 34,
welche die ermittelten Vibrationswerte des Geräts 4 auf
Null zurücksetzt, wenn sich das Gerät 4 länger
als 8 Stunden im Aus-Zustand befindet. Außerdem ist ein
Rückstellknopf (nicht dargestellt) zum manuellen Zurücksetzen
vorgesehen.
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Bei
dem in den 3 und 4 dargestellten,
in eine Steckdose 36 integrierten Dosimeter 2 misst
der Messwertaufnehmer 12 den Vibrationswert des angeschlossenen
Geräts 4, 6.
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Das
Dosimeter 2 besitzt eine zusätzliche Schnittstelle 44,
zum Beispiel einen USB-Port, womit die effektive tägliche
Betriebsdauer und ggf. zusätzlich Aus- und Leerlauf-Zeiten
des angeschlossenen Geräts 4, 6 zur genaueren
Auswertung durch den Arbeitgeber und als Nachweis für die
Einhaltung der EU-Richtlinie 2002/44 zum Beispiel auf einen PC übertragen
werden können.
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Bei
dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten,
durch eine Batterie 46 gespeisten Dosimeter 2,
das außen am Gerät 6 befestigt wird,
wie in 7 dargestellt, umfasst der Messwertaufnehmer 12 einen
Beschleunigungssensor 48, wie als Einzelheit in 10 gezeigt,
mit dessen Hilfe die Vibrationen erfasst und im Speicher 20 gespeichert
werden. Durch Vergleich der gespeicherten Beschleunigungspegel mit
dem Auslösewert bzw. dem Expositionsgrenzwert wird sichergestellt,
dass der Benutzer des betreffenden, vibrationsrelevanten Gerätes rechtzeitige
Signale erhält, die ihm ein Erreichen oder Überschreiten
der kritischen Vibrationsdosis mitteilt.
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Wenn
mit einem anderen Arbeitsgerät gearbeitet wird, wird das
Dosimeter 2 vom Akkubohrhammer 6 abgenommen und
auf dem anderen Arbeitsgerät befestigt. Seine gespeicherten
Vibrationssummen werden zuvor codiert und ggf. ein neuer Speicherplatz
für die Erfassung der neuen Vibrationen geöffnet.
Wahlweise kann die Auswerteelektronik 18 aktuellen mit
den zuvor ermittelten Vibrationen des anderen Geräts addieren.
Wie zuvor beschrieben, kann eine Schnittstelle 44 zur Datenübertragung
auf einen PC vorgesehen sein.
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Das
in den Figuren 8 und 9 dargestellte,
in eine Armbanduhr 50 eingebaute Dosimeter 2 arbeitet
in entsprechender Weise wie das zuvor beschriebene, am Gerät 4, 6 befestigbare
Dosimeter 2, außer dass die vom Beschleunigungssensor 48 gemessenen
Beschleunigungen am Arm des Arbeitnehmers statt direkt am Gerät 4, 6 gemessen
werden, die Anzeige 26 als LCD-Display ausgebildet ist und
der Zeitmesser 16 von einem Uhrwerk der Uhr 50 gebildet
wird.
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Das
in 10 gezeigte Sensor-System basiert auf einem handelsüblichen
Low-Cost-Inertial-Navigationssystem (INS). Dieses System ist entweder
in die Handwerkzeugmaschine integrierbar oder als Zusatzmodul adaptiert.
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Bei
diesem System sind die inertialen Sensoren (INS) 48 direkt
an dem zu untersuchenden Objekt befestigt bzw. darin integriert
und erfassen jede Bewegung, und damit auch Vibrationen des Objektes. Das
System eines INS 48 besteht aus bis zu drei Beschleunigungs- 481, 482, 483 und
drei Drehratensensoren 484, 485, 486 (Gyroskope),
die jeweils in x-y-z-Achsrichtung orthogonal zueinander angeordnet
sind und jeweils in Achsrichtung bzw. dazu drehend arbeiten.
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Damit
erfolgt die Nutzung von Beschleunigungsinformationen zur Erfassung
der Gesamtvibration einer Arbeitsmaschine. Durch Verwendung von Low-Cost-Miniatursensoren,
beispielsweise des Sensortyps SMB360, kann das System vollständig
in die Arbeitsmaschine integriert werden und die Daten zur Erfüllung
der DIN-Vorschrift EN ISO 5349-1 für den Anwender optisch
erkennbar machen. Dies kann beispielsweise durch drei LEDs geschehen,
wobei eine erste LED aktivierbar ist, d. h. leuchtet, wenn die Tagesdosis
unterhalb der zugelassenen Höchstdosis liegt, dass eine
zweite LED leuchtet, wenn die Tagesdosis die zugelassene Höchstdosis
erreicht hat und dass eine dritte LED leuchtet, wenn die zugelassene Höchstdosis überschritten
ist. Dadurch kann die Handwerkzeugmaschine dem Anwender visualisieren,
dass das Gerät seine Gesundheit nicht gefährdet.
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Die
Tageshöchstdosis ist durch einen Mikrocontroller unter
Berücksichtigung des Frequenzspektrum der Schwingungen,
der Amplitude der Schwingungen, der Einwirkungsdauer je Arbeitstag
und die auf einen Gesamtzeitraum bezogene kumulierte Einwirkungsdauer
berechenbar.
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Der
Sensor SMB 360 ist ein dreidimensionaler Beschleunigungsmesser,
hat einen schaltbaren Beschleunigungsbereich von 2 g bis 10 g. Er
hat eine Grundfläche von 6 × 6 mm2 und
eine Höhe von 1.45 mm. Sein Auflösevermögen
beträgt 4 mg bei 50 Hz Bandbreite. Er hat einen Energiebedarf
von 600 μA bei VDD2.5 V. Er hat
ein SPI-Interface und einen Unterberecher für mobile Weck-Funktion
oder Null-Beschleunigung (freier Fall). Außerdem ist er selbst-test-fähig.
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Bisherige
typische Anwendung dieses kostengünstigen Sensortyps zur
Erfassung von Drehraten und Bewegungsrichtungen von Automobilen
sowie Schwingungen von Handys, PDAs, PC-Peripherie-Geräten
usw.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1586875
A1 [0003]
- - DE 10119252 A1 [0004]