Unbeschwingt arbeiten Der Schwingungsanalysehelm schont Bodo mit dem Bagger

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Wer schwere Baumaschinen fährt, ist fast pausenlos heftigen Schwingungen ausgesetzt. Bagger, Radlader oder Planierraupen generieren nämlich niederfrequente Vibrationen. Damit könnte bald Schluss sein ...

Die niederfrequenten Schwingungen, die bei der Arbeit mit schweren Baumaschinen entstehen, pflanzen sich im Körper des Fahrers fort. Auf Dauer führt das zu Gesundheitsschäden. Dazu zählen beispielsweise Sehstörungen oder Probleme an Wirbelsäule und Gehirn, wie Forscher vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF), erklären. Deshalb haben sie einen Schutzhelm mit integriertem Beschleunigungssensor entwickelt. Er registriert die auf den Körper treffenden Schwingungen und leitet die Informationen über einen Sender an einen externen Rechner weiter. Dort werden sie analysiert und visualisiert. So ließe sich jederzeit erkennen, wenn Belastungsgrenzen für den Menschen auf dem Fahrersitz erreicht seien. Ist das so, können Maßnahmen zur Entlastung des Baggerführers getroffen werden – also etwa eine bessere Dämpfung des Sitzes oder das rechtzeitige Einlegen einer Pause. Die Forscher präzisieren, dass die Ganzkörperschwingungen, denen die Führer von Baumaschinen ausgesetzt sind, im Durchschnitt Beschleunigungswerte von 0,2 bis 1,5 Metern pro Quadratsekunde erreichen. Spitzenwerte könnten deutlich höher liegen. Mit der Sensorik im Helm lässt sich der Gesundheitsschutz aber nun deutlich verbessern. Außer dem Darmstädter LBF war auch das Fraunhofer IIS aus Erlangen an der Entwicklung beteiligt. Übrigens kann man das gesundheitsfördernde System auf der Hannover Messe in Halle 2 erleben. Aber hier noch ein paar Details ...

Eine Piezo-Elektret-Folie dient als Beschleunigungssensor

Als Herzstück der Helmsensorik wird ein Piezo-Elektret-Wandler genannt, der als, wie es heißt, unscheinbare flexible Polypropylenfolie ausgeführt ist. Die PP-Folie ist im Inneren des Helms an der Kopfoberseite in einen Befestigungsriemen eingearbeitet. Schwingungen, die von der Baumaschine ausgehen und sich über den Körper fortpflanzen, treffen als Beschleunigungskräfte auf die Folie und verformen diese, wie die LBF-Forscher erklären. Je nach Grad der Verformung generiert die Piezo-Elektret-Folie eine elektrische Spannung. Diese wird als Signal an das Elektronikmodul weitergegeben. Dort werden die Signale aufbereitet, an eine am Körper befestigte Sendeeinheit geleitet und von dort aus drahtlos an den empfangenden Rechner geschickt. Die darauf installierte Software zeichnet die Signale auf und zeigt in Echtzeit die Vibrationen aus ausgewählten Frequenzbereichen an. Frequenzen zwischen 4 und 6 Hertz sind beispielsweise kritisch für die Wirbelsäule, im Bereich zwischen 20 und 30 Hertz sind Kopf und Augen besonders betroffen, wie es weiter heißt. Die Software ließe sich beispielsweise so konfigurieren, dass sie bei bestimmten Grenzwerten eine Warnmeldung ausgibt. Mithilfe der Datenanalyse könnte man auch feststellen, in welchem der relevanten Frequenzbereiche die Schwingungen besonders stark seien, um für jede Baumaschine eine Art Schwingungsprofil zu erstellen. Mit diesen Erkenntnissen könnten in Zukunft die Konstrukteure schwerer Baumaschinen von Anfang an geeignete Konzepte entwickeln, die die Schwingungen erst gar nicht aufkommen lassen.

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