Ergonomisches Arbeiten bei BMW: Exoskelett am Arbeitsplatz

BMW nutzt Exoskelette bereits in der Serienfertigung im US-amerikanischen Werk in Spartanburg. Sie unterstützen die Werker bei Überkopf-Arbeiten in der Montage. - Bild: BMW

Sie machen stark, sparen Kräfte, entlasten oder unterstützen: Exoskelette – eine Art Roboter zum Anziehen – reduzieren die Körperbelastung von Werkern bei vielen Tätigkeiten und sorgen für mehr Ergonomie.

„Es gibt Arbeitsbereiche, in denen das Heben schwerer Lasten nicht vermieden werden kann“, erläutert Ralf Schick von der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV). Ein solches Außenskelett kommt seiner Ansicht nach aber nur dort infrage, wo andere technische Hilfsmittel wie Gabelstapler, Kran oder Vakuumheber nicht zum Einsatz kommen können. Dies sei in der Regel der Fall bei nicht stationären Arbeitsplätzen.

Auf dem Weg zu ergonomischer Arbeit

Bei BMW nutzen Arbeiter im US-amerikanischen Werk in Spartanburg Exoskelette bei der Überkopf-Montage. Die am Oberkörper befestigte Exoskelett-Weste verstärkt die Bewegung der Oberarme bei stark ermüdenden Arbeiten. In den Gelenken der Weste ist eine mechanische Federunterstützung integriert, die die Kraft der Arme erhöht. In Spartanburg sind derzeit 24 Exoskelett-Westen in Arbeitsplätzen der Serienfertigung im Einsatz und weitere 44 werden noch in diesem Jahr hinzukommen.

„Die Nachfrage der Mitarbeiter im Werk Spartanburg nach den Außenskeletten ist sehr hoch, die Rückmeldungen sind positiv“, sagt Christian Dahmen, Exoskelett-Spezialist bei BMW. Viele Mitarbeiter bestätigten, dass ein solches System helfe, ein Ermüden über den Tag zu vermeiden. Die Assistenzsysteme sollen in Zukunft auch  das Leben der Werker an Arbeitsplätzen in Deutschland erleichtern. „Wir sind zuversichtlich, dass wir auch Exoskelette für Überkopfarbeiten bis Jahresende in den deutschen Automobilwerken im Serieneinsatz haben werden“, verrät Dahmen.

Industrie 4.0 - So arbeiten wir in Zukunft

  • Mensch-Roboter-Interaktion Kollaboration mit dem Großroboter: In einem offenen Arbeitsraum können Werker sicher mit einem Schwerlastroboter von Kuka zusammenarbeiten. Hierdurch können das Fachwissen und die Geschicklichkeit des Menschen mit der Kraft und Ausdauer des Roboters kombiniert werden. Die Resultate sind ein Arbeitsplatz mit besserer Ergonomie, höherer Produktivität und Qualität. Möglich macht dies das sicherheitszertifizierte Kamerasystem Safetyeye der Firma Pilz, das von oben über den Arbeitsraum des Roboters wacht. Das System erkennt, wenn sich Menschen dem Arbeitsraum des Roboters nähern. In diesem Fall reduziert der Roboter seine Geschwindigkeit oder stoppt, um die Sicherheit des Menschen zu gewährleisten. Des Weiteren kann der Roboter in einen Handführmodus geschaltet werden. - Bild: Fraunhofer

    Mensch-Roboter-Interaktion - Kollaboration mit dem Großroboter: In einem offenen Arbeitsraum können Werker sicher mit einem Schwerlastroboter von Kuka zusammenarbeiten. Hierdurch können das Fachwissen und die Geschicklichkeit des Menschen mit der Kraft und Ausdauer des Roboters kombiniert werden. Die Resultate sind ein Arbeitsplatz mit besserer Ergonomie, höherer Produktivität und Qualität. Möglich macht dies das sicherheitszertifizierte Kamerasystem Safetyeye der Firma Pilz, das von oben über den Arbeitsraum des Roboters wacht. Das System erkennt, wenn sich Menschen dem Arbeitsraum des Roboters nähern. In diesem Fall reduziert der Roboter seine Geschwindigkeit oder stoppt, um die Sicherheit des Menschen zu gewährleisten. Des Weiteren kann der Roboter in einen Handführmodus geschaltet werden. - Bild: Fraunhofer

  • Mensch-Roboter-Interaktion Einfache Roboterprogrammierung: Mit der vom Fraunhofer IPA entwickelten Lösung drag&bot lassen sich Roboterprogramme einfach parametrieren und konfigurieren. Im Future Work Lab kann dies an einem sensitiven Leichtbauroboter geübt werden. Die Software baut aus sogenannten ‚Building Blocks‘, in denen bestimmte Fähigkeiten beziehungsweise Roboterskills wie beispielsweise eine Bewegung oder das Schließen eines Greifers hinterlegt sind Ablaufprogramme auf. An einem Touchscreen lassen sich diese Blöcke einfach kombinieren, sodass ein Roboterprogramm entsteht. - Bild: Fraunhofer

    Mensch-Roboter-Interaktion - Einfache Roboterprogrammierung: Mit der vom Fraunhofer IPA entwickelten Lösung drag&bot lassen sich Roboterprogramme einfach parametrieren und konfigurieren. Im Future Work Lab kann dies an einem sensitiven Leichtbauroboter geübt werden. Die Software baut aus sogenannten ‚Building Blocks‘, in denen bestimmte Fähigkeiten beziehungsweise Roboterskills wie beispielsweise eine Bewegung oder das Schließen eines Greifers hinterlegt sind Ablaufprogramme auf. An einem Touchscreen lassen sich diese Blöcke einfach kombinieren, sodass ein Roboterprogramm entsteht. - Bild: Fraunhofer

  • Assistierte Montage Personalisierter Arbeitsplatz: Das Future Work Lab präsentiert eine Montagestation mit dem modular aufgebauten und flexibel anpassbaren Montageassistenzsystem Active-Assist von Bosch Rexroth. Diese aus Hard- und Software bestehende Lösung verbindet einen realen Montagearbeitsplatz mit der virtuellen Welt der Informationstechnologie. Anwender können je nach Aufgabenstellung eine Vielzahl verschiedener digitaler Assistenten miteinander kombinieren. Im Future Work Lab identifiziert Active-Assist das jeweilige Werkstück und ruft den zugehörigen Arbeitsplan ab. Danach führen digitale Assistenten die Mitarbeiter durch die Montage und projizieren per Beamer die Arbeitsanweisungen auf einen Arbeitstisch. Leuchtdioden an Bauteilbehältern, sogenannte ‚Pick-to-Light-‚ und ‚Pick-to-Beamer-Module‘, markieren eindeutig, welche Bauteile der Mitarbeiter als nächstes greifen soll. Kameras und Ultraschallsensoren überprüfen die Arbeitsschritte und helfen den Mitarbeitern, bei Fehlern Korrekturmaßnahmen einleiten zu können. Ein integrierter Funkakkuschrauber von Bosch Rexroth überwacht zusätzlich in Echtzeit, ob er in der richtigen Position ist, und vermeidet zu festes oder zu lockeres Schrauben.

    Assistierte Montage - Personalisierter Arbeitsplatz: Das Future Work Lab präsentiert eine Montagestation mit dem modular aufgebauten und flexibel anpassbaren Montageassistenzsystem Active-Assist von Bosch Rexroth. Diese aus Hard- und Software bestehende Lösung verbindet einen realen Montagearbeitsplatz mit der virtuellen Welt der Informationstechnologie. Anwender können je nach Aufgabenstellung eine Vielzahl verschiedener digitaler Assistenten miteinander kombinieren. Im Future Work Lab identifiziert Active-Assist das jeweilige Werkstück und ruft den zugehörigen Arbeitsplan ab. Danach führen digitale Assistenten die Mitarbeiter durch die Montage und projizieren per Beamer die Arbeitsanweisungen auf einen Arbeitstisch. Leuchtdioden an Bauteilbehältern, sogenannte ‚Pick-to-Light-‚ und ‚Pick-to-Beamer-Module‘, markieren eindeutig, welche Bauteile der Mitarbeiter als nächstes greifen soll. Kameras und Ultraschallsensoren überprüfen die Arbeitsschritte und helfen den Mitarbeitern, bei Fehlern Korrekturmaßnahmen einleiten zu können. Ein integrierter Funkakkuschrauber von Bosch Rexroth überwacht zusätzlich in Echtzeit, ob er in der richtigen Position ist, und vermeidet zu festes oder zu lockeres Schrauben. -Bild: Fraunhofer

  • Assistierte Montage Mobiler Arbeitsplatz: Von der Firma Elabo präsentiert das Future Work Lab ein wandlungsfähiges Systemkonzept und Montagelayout, was sich für die Kompensation volatilitätsbasierter Kapazitätsschwankungen eignet. Konkret handelt es sich um Arbeitssysteme für die manuelle Montage, die auf Basis von Portalen und flexibel kombinierbaren Tischen realisiert wurde. Das System ermöglicht zudem die Individualisierung des Arbeitsbereichs durch Beleuchtungssituation, Tischhöhe, Informationsbereitstellung für den Mitarbeiter und die jeweilige Arbeitssituation. Arbeitstische, Werkzeuge und Materialien werden flexibel per mobilem Roboter zum Mitarbeiter transportiert. Der mobile Roboter kann sowohl frei durch den Raum navigieren und Hindernissen ausweichen als auch per Mobilgerät durch den Mitarbeiter gesteuert werden. -Bild: Fraunhofer

    Assistierte Montage - Mobiler Arbeitsplatz: Von der Firma Elabo präsentiert das Future Work Lab ein wandlungsfähiges Systemkonzept und Montagelayout, was sich für die Kompensation volatilitätsbasierter Kapazitätsschwankungen eignet. Konkret handelt es sich um Arbeitssysteme für die manuelle Montage, die auf Basis von Portalen und flexibel kombinierbaren Tischen realisiert wurde. Das System ermöglicht zudem die Individualisierung des Arbeitsbereichs durch Beleuchtungssituation, Tischhöhe, Informationsbereitstellung für den Mitarbeiter und die jeweilige Arbeitssituation. Arbeitstische, Werkzeuge und Materialien werden flexibel per mobilem Roboter zum Mitarbeiter transportiert. Der mobile Roboter kann sowohl frei durch den Raum navigieren und Hindernissen ausweichen als auch per Mobilgerät durch den Mitarbeiter gesteuert werden. -Bild: Fraunhofer

  • Assistierte Montage - Qualifizierung mit Lernvideos: Integriert ins Elabo Arbeitssystem wurde ein Screen, auf dem Videofilme eingeblendet werden, die den Anlernprozess neuer Mitarbeiter oder die Ausführung diffiziler Arbeiten unterstützen. Das System der Firma Memex passt sich dabei den Fähigkeiten des Werkers an, zeigt zu Beginn lange Videos und blendet später, wenn der Werker mehr Erfahrung hat und daher weniger Informationen braucht, nur noch Bilder oder kurze Mitteilungen ein. Ausgedruckte, schriftliche Arbeitsanweisungen sind so nicht mehr notwendig

    Assistierte Montage - Qualifizierung mit Lernvideos: Integriert ins Elabo Arbeitssystem wurde ein Screen, auf dem Videofilme eingeblendet werden, die den Anlernprozess neuer Mitarbeiter oder die Ausführung diffiziler Arbeiten unterstützen. Das System der Firma Memex passt sich dabei den Fähigkeiten des Werkers an, zeigt zu Beginn lange Videos und blendet später, wenn der Werker mehr Erfahrung hat und daher weniger Informationen braucht, nur noch Bilder oder kurze Mitteilungen ein. Ausgedruckte, schriftliche Arbeitsanweisungen sind so nicht mehr notwendig. - Bild: Fraunhofer

  • Intelligente Sensorik  Mobile Mehrmaschinenbedienung: Das Start-up Aucobo zeigt hier, wie moderne Anlagen oder Bestandslagen mit dem Aucobo-System verbunden werden können. Dadurch lassen sich zum Beispiel Fehlermeldungen oder der Anlagenstatus über eine Smartwatch an den Instandhalter kommunizieren. Dazu generiert Aucobo auf Basis der Daten, die bestimmte Sensoren an den Maschinen liefern, Kontext und leitet daraus Handlungen wie beispielsweise Benachrichtigungen ab. Diese Nachrichten werden anschließend an die Smartwatch des Instandhalters versendet, der schnell und gezielt eingreifen kann. -Bild: Fraunhofer

    Intelligente Sensorik - Mobile Mehrmaschinenbedienung: Das Start-up Aucobo zeigt hier, wie moderne Anlagen oder Bestandslagen mit dem Aucobo-System verbunden werden können. Dadurch lassen sich zum Beispiel Fehlermeldungen oder der Anlagenstatus über eine Smartwatch an den Instandhalter kommunizieren. Dazu generiert Aucobo auf Basis der Daten, die bestimmte Sensoren an den Maschinen liefern, Kontext und leitet daraus Handlungen wie beispielsweise Benachrichtigungen ab. Diese Nachrichten werden anschließend an die Smartwatch des Instandhalters versendet, der schnell und gezielt eingreifen kann. -Bild: Fraunhofer

  • Intelligente Sensorik Retrofitting mit Sense&Act: Das Fraunhofer IPA bietet den Service, beliebig alte Bestandsanlagen über eine Cloud zu vernetzen. Im Future Work Lab wird das Ganze anhand einer alten Fräsmaschine (Baujahr 1957) gezeigt, die mit Sensoren ausgestattet ist und dadurch Signale an die Cloud schicken kann. In der Cloud kann dann zum Beispiel eine E-Mail mit dem Anlagenstatus erzeugt werden. Als IT-Plattform wird für dieses Projekt ‚Virtual Fort Knox‘ vom Fraunhofer IPA genutzt. - Bild: Fraunhofer

    Intelligente Sensorik - Retrofitting mit Sense&Act: Das Fraunhofer IPA bietet den Service, beliebig alte Bestandsanlagen über eine Cloud zu vernetzen. Im Future Work Lab wird das Ganze anhand einer alten Fräsmaschine (Baujahr 1957) gezeigt, die mit Sensoren ausgestattet ist und dadurch Signale an die Cloud schicken kann. In der Cloud kann dann zum Beispiel eine E-Mail mit dem Anlagenstatus erzeugt werden. Als IT-Plattform wird für dieses Projekt ‚Virtual Fort Knox‘ vom Fraunhofer IPA genutzt. - Bild: Fraunhofer

  • Sichere Produktionsarbeit  Aktive Unfallprävention: Gezeigt wird eine Bandsäge, die Bescheid weiß, ob sich ein Werker in einem bestimmten, gefährlichen Arbeitsraum aufhält. Radar- oder Funksensoren erfassen dazu die Bewegungen des Werkers. Fällt beispielsweise eine Person um oder tritt in den gefährlichen Bereich der Bandsäge ein, stoppt die Säge sofort. Das Gefahren-Erkennungssystem ist dabei mit dem Not-Aus-Mechanismus der Maschine verbunden. So lassen sich Arbeitsunfälle zuverlässig verhindern. - Bild: Fraunhofer

    Sichere Produktionsarbeit - Aktive Unfallprävention: Gezeigt wird eine Bandsäge, die Bescheid weiß, ob sich ein Werker in einem bestimmten, gefährlichen Arbeitsraum aufhält. Radar- oder Funksensoren erfassen dazu die Bewegungen des Werkers. Fällt beispielsweise eine Person um oder tritt in den gefährlichen Bereich der Bandsäge ein, stoppt die Säge sofort. Das Gefahren-Erkennungssystem ist dabei mit dem Not-Aus-Mechanismus der Maschine verbunden. So lassen sich Arbeitsunfälle zuverlässig verhindern. - Bild: Fraunhofer

  • Sichere Produktionsarbeit Szenenanalyse zur Unfallerkennung: Das Fraunhofer IPA hat ein Sensorsystem entwickelt, mit dem Notfälle in Räumen erkannt werden können. Es eignet sich beispielsweise zur Überwachung von Lagerräumen oder Silos in der Lebensmittelindustrie. Die Sensorbox erkennt, wenn Personen länger als ein paar Sekunden am Boden liegen und startet in diesem Fall ein eskalierbares Alarmsystem. Die Sensorbox sendet keine personenbezogenen Daten, sondern meldet nur, ob ein Notfall vorliegt. - Bild: Fraunhofer

    Sichere Produktionsarbeit - Szenenanalyse zur Unfallerkennung: Das Fraunhofer IPA hat ein Sensorsystem entwickelt, mit dem Notfälle in Räumen erkannt werden können. Es eignet sich beispielsweise zur Überwachung von Lagerräumen oder Silos in der Lebensmittelindustrie. Die Sensorbox erkennt, wenn Personen länger als ein paar Sekunden am Boden liegen und startet in diesem Fall ein eskalierbares Alarmsystem. Die Sensorbox sendet keine personenbezogenen Daten, sondern meldet nur, ob ein Notfall vorliegt. - Bild: Fraunhofer

  • Optimierte Ergonomie Live-Visualisierung von Belastung: Mit diesem Lösungsansatz kann haltungsbedingte Belastung sichtbar gemacht werden, um ein besseres und eindrücklicheres Verständnis von nicht ergonomischen Haltungen und Bewegungen zu vermitteln. Die betroffenen Gelenke werden zu Analyse- und Schulungszwecken in Echtzeit direkt mit einem farblichen Overlay auf den betroffenen Gelenken hervorgehoben.  - Bild: Fraunhofer

    Optimierte Ergonomie - Live-Visualisierung von Belastung: Mit diesem Lösungsansatz kann haltungsbedingte Belastung sichtbar gemacht werden, um ein besseres und eindrücklicheres Verständnis von nicht ergonomischen Haltungen und Bewegungen zu vermitteln. Die betroffenen Gelenke werden zu Analyse- und Schulungszwecken in Echtzeit direkt mit einem farblichen Overlay auf den betroffenen Gelenken hervorgehoben. - Bild: Fraunhofer

  • Stuttgarter Exo-Jacket: Sind Tätigkeiten an sich unergonomisch, kann ein Exoskelett Abhilfe schaffen. Mit dem ‚Stuttgart Exo Jacket‘ haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA ein Oberkörperexoskelett entwickelt, das den Träger mit zusätzlicher Kraft unterstützt, dabei aber auch schnelle und intuitive Bewegungen zulässt. Um das Gewicht des Exoskeletts möglichst gering zu halten, setzen die Wissenschaftler leichte Motoren mit hohen Drehzahlen ein. Das Antriebsmodul ist direkt an Schulter und Ellenbogen angebracht und kann daher direkte Kraftunterstützung liefern. Eine mechanische Freilaufkupplung gewährleistet die Sicherheit des Trägers selbst bei stillstehendem Antrieb. Da der Motor nur dann arbeitet, wenn er tatsächlich benötigt wird, sinkt zusätzlich der Energieverbrauch. An der Schulterpartie ist eine Gelenkkette mit fünf Rotationsachsen angebracht, die der Schultergelenkgruppe in jede Position folgen. Auf diese Weise werden komplexe Bewegungen in drei Richtungen ermöglicht, nach oben, hinten und innen. Sogar Überkopfmontagen lassen sich realisieren. Erprobt wird das Exoskelett derzeit in der Kabelmontage bei einem Bushersteller. - Bild: Fraunhofer

    Optimierte Ergonomie - Stuttgarter Exo-Jacket: Sind Tätigkeiten an sich unergonomisch, kann ein Exoskelett Abhilfe schaffen. Mit dem ‚Stuttgart Exo Jacket‘ haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA ein Oberkörperexoskelett entwickelt, das den Träger mit zusätzlicher Kraft unterstützt, dabei aber auch schnelle und intuitive Bewegungen zulässt. Um das Gewicht des Exoskeletts möglichst gering zu halten, setzen die Wissenschaftler leichte Motoren mit hohen Drehzahlen ein. Das Antriebsmodul ist direkt an Schulter und Ellenbogen angebracht und kann daher direkte Kraftunterstützung liefern. Eine mechanische Freilaufkupplung gewährleistet die Sicherheit des Trägers selbst bei stillstehendem Antrieb. Da der Motor nur dann arbeitet, wenn er tatsächlich benötigt wird, sinkt zusätzlich der Energieverbrauch. An der Schulterpartie ist eine Gelenkkette mit fünf Rotationsachsen angebracht, die der Schultergelenkgruppe in jede Position folgen. Auf diese Weise werden komplexe Bewegungen in drei Richtungen ermöglicht, nach oben, hinten und innen. Sogar Überkopfmontagen lassen sich realisieren. Erprobt wird das Exoskelett derzeit in der Kabelmontage bei einem Bushersteller. - Bild: Fraunhofer

  • Digital Industrial Engineering: Augmented-Reality-Brillen wie die Microsoft HoloLens werden die Industriearbeit verändern. Die Technologie bietet die Möglichkeit, beliebige virtuelle Inhalte für den Menschen sichtbar frei im Raum zu positionieren. Vorgestellt wird ein Szenario aus der Fertigungsplanung. Shopfloor-Mitarbeiter werden dazu befähigt, bei der Fertigungsplanung zu unterstützen oder diese gar zu übernehmen. Die realitätsgetreue Darstellung von umzuplanenden Anlagen vor Ort verringert das für die Aufgabe benötigte Abstraktionsvermögen, da die Planung nicht mehr nur über Skizzen am Bürotisch durchgeführt wird. Diese aktive Partizipation der Mitarbeiter am Veränderungsprozess steigert sowohl die Akzeptanz der Maßnahme als auch deren Kommunikation. Im Beispiel werden ein virtuelles Modell eines Roboterarms in einer bestehenden Fertigung positioniert und die geplanten Bewegungen des Arms durchgespielt. Mitarbeiter aus der Entwicklung, Produktion und Fertigung diskutieren zusammen die für alle sichtbare virtuelle Planung. Die Interaktion mit dem Modell geschieht dabei völlig natürlich über Blickrichtung, Gesten- und Sprachsteuerung. - Bild: Fraunhofer

    Virtual Engineering - Digital Industrial Engineering: Augmented-Reality-Brillen wie die Microsoft HoloLens werden die Industriearbeit verändern. Die Technologie bietet die Möglichkeit, beliebige virtuelle Inhalte für den Menschen sichtbar frei im Raum zu positionieren. Vorgestellt wird ein Szenario aus der Fertigungsplanung. Shopfloor-Mitarbeiter werden dazu befähigt, bei der Fertigungsplanung zu unterstützen oder diese gar zu übernehmen. Die realitätsgetreue Darstellung von umzuplanenden Anlagen vor Ort verringert das für die Aufgabe benötigte Abstraktionsvermögen, da die Planung nicht mehr nur über Skizzen am Bürotisch durchgeführt wird. Diese aktive Partizipation der Mitarbeiter am Veränderungsprozess steigert sowohl die Akzeptanz der Maßnahme als auch deren Kommunikation. Im Beispiel werden ein virtuelles Modell eines Roboterarms in einer bestehenden Fertigung positioniert und die geplanten Bewegungen des Arms durchgespielt. Mitarbeiter aus der Entwicklung, Produktion und Fertigung diskutieren zusammen die für alle sichtbare virtuelle Planung. Die Interaktion mit dem Modell geschieht dabei völlig natürlich über Blickrichtung, Gesten- und Sprachsteuerung. - Bild: Microsoft

  • Fraunhofer IPA und Fraunhofer IAO bieten im Rahmen des Future Work Labs auch Qualifizierungsmaßnahmen in der sogenannten ‚Future Lern-Welt‘. Hier gibt es zum Beispiel Seminare zum Thema Industrie 4.0. Das Gelernte kann dabei direkt an den Demonstratoren im Future Work Lab angewendet werden. - Bild: Fraunhofer

    Qualifizierung 4.0: Fraunhofer IPA und Fraunhofer IAO bieten im Rahmen des Future Work Labs auch Qualifizierungsmaßnahmen in der sogenannten ‚Future Lern-Welt‘. Hier gibt es zum Beispiel Seminare zum Thema Industrie 4.0. Das Gelernte kann dabei direkt an den Demonstratoren im Future Work Lab angewendet werden. - Bild: Fraunhofer

  • Station 8: Digitalisierte Produktionsplanung Kabellose Arbeitsplätze: Das Fraunhofer IAO hat die sogenannte ‚Wirefree Workstation‘ entwickelt, die komplett ohne Verkabelung auskommt. Laptop, Handy usw. erhalten ihren Strom per Induktion. So bleibt der Arbeitsplatz lean und clean. Docking-Stationen werden beispielsweise nicht mehr benötigt. Dies sorgt für einen flexiblen Übergang von einer Arbeitssituation in eine andere, da hierfür nur das eigene Endgerät mitgebracht werden muss und sämtliche andere Infrastruktur bereit steht. - Bild: Fraunhofer

    Digitalisierte Produktionsplanung - Kabellose Arbeitsplätze: Das Fraunhofer IAO hat die sogenannte ‚Wirefree Workstation‘ entwickelt, die komplett ohne Verkabelung auskommt. Laptop, Handy usw. erhalten ihren Strom per Induktion. So bleibt der Arbeitsplatz lean und clean. Docking-Stationen werden beispielsweise nicht mehr benötigt. Dies sorgt für einen flexiblen Übergang von einer Arbeitssituation in eine andere, da hierfür nur das eigene Endgerät mitgebracht werden muss und sämtliche andere Infrastruktur bereit steht. - Bild: Frauehofer

Motor und Sensor als Unterstützung

Aktuell ist noch nicht festgelegt, welche rechtlichen Regelwerke bei einem Exoskelett zum Einsatz kommen. Wie die DGUV mitteilt, dürfen in Euriopa und Deutschland nur sichere Produkte verkauft werden. „Deshalb sind zuerst die Hersteller in der Pflicht“, sagt Schick von der DGUV.

Aus Sicht von Schick müssen Exoskelett-Hersteller an erster Stelle die Bedingungen und Anforderungen der EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG erfüllen. „In Deutschland erfolgte die Umsetzung dieser EG-Richtlinie durch das Produktsicherheitsgesetz und die darauf gestützte Maschinenverordnung – kurz 9. ProdSV“, erläutert Schick.

Wie Dahmen von BMW berichtet, steht beim Einsatz neuer Assistenzsysteme der konkrete Nutzen im Vordergrund. „Wir binden in unsere Bewertung die betroffenen Mitarbeiter ein“, sagt der Exoskelett-Experte. Grundsätzlich wird geprüft, ob ein Assistenzsystem dem Menschen hilft, den analysierten Arbeitsumfang in ergonomisch günstigerer Haltung zu erfüllen.

Nur wenn die Mitarbeiter mit einem klaren ‚ja‘ grünes Licht geben, starte man in eine Pilotphase mit ausgiebigem Testbetrieb. „Unsere Arbeitssicherheitsexperten prüfen gemeinsam mit dem Hersteller, ob die Voraussetzungen zur CE-Kennzeichnung erfüllt sind“, berichtet Dahmen. Nach einer Sicherheitsbeurteilung dokumentiere man detailliert die Einsatzbedingungen und unterweise die Mitarbeiter für jeden Arbeitsplatz.

Eine aktuelle Studie von ABI Research prognostiziert dem Exoskelett bereits für das Jahr 2025 ein Marktvolumen von 1,9 Mrd US-Dollar. „Das Exoskelett ist die technologische Weiterentwicklung, um Mensch und Maschine in der Industrie 4.0 sinnvoll und produktiv zusammenzuführen“, sagt Dr. Peter Heiligensetzer, CEO von German Bionic Systems.

Signifikant ist aus seiner Sicht aber vor allem der gesamtgesellschaftliche Nutzen, der durch die Reduzierung von Kosten im Gesundheitswesen bei gleichzeitiger Steigerung der Produktivität erzielt werde. Als erster deutscher Hersteller bringt die Firma nun mit GBS Cray ein Exoskelett für  Arbeiten in der Industrie auf den Markt.

Christian Dahmen, Spezialist für Exoskelette
"Wir sind zuversichtlich, dass wir auch Exoskelette für Überkopfarbeiten bis Jahresende in den deutschen Automobilwerken im Serieneinsatz haben werden", sagt Christian Dahmen, Spezialist für Exoskelette bei der BMW Group. - Bild: BMW

Kein Problem für das Skelett mehr

Bereits im Industrieeinsatz ist der sogenannte Airframe des US-amerikanischen Herstellers Levitate. „So weit wir wissen, bieten wir das leichteste Oberkörper-Exoskelett weltweit“, sagt Joseph Zawaideh, VP Marketing & Business Development. Das Device sei für den Menschen komfortabel und leicht genug, um es am Arbeitsplatz den ganzen Tag zu tragen.

Das An- und Ausziehen dauert nur ein paar Sekunden. Die Kraftunterstützung für die Muskeln wird mit dem Airframe nur aktiviert, wenn der Nutzer die Arme hebt. Senkt man die Arme, entfällt der Support automatisch wieder. „Wir sind überzeugt, dass die Werker vergessen, dass sie das Exoskelett tragen“, so Zawaidehs Fazit.

Ein weiteres Beispiel ist das Exoskelett von Laevo aus den Niederlanden, das auch in der Industrie genutzt wird. Die tragbare Rücken- und Bruststütze verringert das Oberkörper-Gewicht und somit die Belastung auf den unteren Rücken.

Seine flexible Struktur bietet gute Unterstützung bei vorgebeugten Haltungen, lässt für den Träger jedoch Laufen, Drehen, Strecken und in Kombination mit einem federnden Scharnier Bücken bis zur Erde zu. Rund 400 Exoskelette hat Laevo laut CEO Boudewijn Wisse bereits verkauft.   Anwender kommen etwa aus den Branchen Automotive und Logistik.

4 Beispiele:

Diese Exoskelette erleichtern die Arbeit und schonen die Gesundheit

Beispiel 1: CBS Cray
German Bionic Cray
Das Exoskelett GBS Cray stammt von German Bionic Systems aus Augsburg. Es unterstützt den unteren Rücken und entlastet den Menschen speziell beim Heben von Lasten mit mehr als acht Kilogramm. Es eignet sich aktuell für Mitarbeiter zwischen 1,60 Meter und zwei Meter Körpergröße. - Bild: GBS
Beispiel 2: Laevo V2
Laveo V2
Laevo ist eine tragbare Rücken- und Bruststütze, die vorgebeugtes Arbeiten und das Ausführen vieler Hebebewegungen unterstützt. Die tragbare Struktur verringert das Gewicht des Oberkörpers und somit die Belastung auf den unteren Rücken. - Bild: Laveo
Beispiel 3: Chairless Chair
Chairless Chair
Nonee aus der Schweiz hat mit dem Chairless Chair ein Exoskelett für den Unterkörper entwickelt. BMW hat die ‚Sitzhilfe zum Anschnallen‘ bereits in deutschen Werken getestet. - BIld: BMW
Beispiel 4: Airframe
Airframe
Das Exoskelett des US-amerikanischen Herstellers Levitate senkt die muskulären Anstrengungen im Bereich Schulter, Nacken und Rücken. Es eignet sich zum Beispiel für die Überkopf-Montage. - Bild: Levitate

Exoskelett: Das müssen Sie beim Einsatz beachten

Ralf Schick, DGUV: „Grundsätzlich hat der Arbeitgeber laut Arbeitsschutzgesetz die Pflicht, an allen Arbeitsplätzen im Unternehmen auftretende Gefährdungen für die Beschäftigten zu ermitteln, zu beurteilen und Schutzmaßnahmen abzuleiten. Daher ist eine Gefährdungsbeurteilung immer notwendig.

Im Arbeitsschutzgesetz steht auch, dass individuelle Maßnahmen nachrangig zu anderen Maßnahmen sind. Da wir Exoskelette als personengebundene Maßnahmen einordnen und damit als individuelle Maßnahmen, stehen sie an letzter Stelle des im Arbeitsschutz geltenden ‚TOP-Prinzips‘. Das heißt, zunächst sind alle technischen und organisatorischen Maßnahmen auszuschöpfen, um die Handhabung schwerer Lasten zu vermeiden. Sollte dies nicht möglich sein, ist der Einsatz eines Exoskeletts als personengebundene Maßnahme durchaus sinnvoll.

Hierbei sind dann die Anforderungen der Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Benutzung persönlicher Schutzausrüstungen bei der Arbeit zu erfüllen. Sie ist die Umsetzung der europäischen Richtlinie 89/656/EWG über Mindestvorschriften für Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Benutzung persönlicher Schutzausrüstung in deutsches Recht. Die PSA-Benutzungsverordnung regelt die Auswahl, Bereitstellung, Wartung, Reparatur, den Ersatz sowie die Lagerung von persönlichen Schutzausrüstungen durch den Arbeitgeber für alle Tätigkeitsbereiche.

Der Arbeitgeber wird ferner verpflichtet, die Beschäftigten über die sicherheitsgerechte Benutzung der PSA zu unterweisen.“