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Ergonomie

Exoskelette: Hilfe bei körperlich anstrengender Arbeit

| Autor/ Redakteur: Gerald Scheffels / Thomas Günnel

Wer im Sekundentakt und Überkopf arbeitet, wird kurzfristig ermüden – und langfristig gesundheitliche Beschwerden riskieren. Vermeiden lässt sich dieses Risiko mit Exoskeletten, die viele Autohersteller bereits erproben.

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Exoskelette entlasten Werker bei körperlich anstrengenden Arbeiten. Inzwischen sind aus den Hilfsmitteln echte High-Tech-Werkzeuge geworden.
Exoskelette entlasten Werker bei körperlich anstrengenden Arbeiten. Inzwischen sind aus den Hilfsmitteln echte High-Tech-Werkzeuge geworden.
(Bild: Ottobock)

Die Vielfalt der Anbieter in einem so jungen Markt ist erstaunlich. Der weltgrößte Hersteller von Prothesen (Ottobock) ist vertreten, ein führender Roboterhersteller (Comau) und zahlreiche, vor allem amerikanische und deutsche Start-ups sowie diverse Forschungsinstitute. Es geht um sogenannte Exoskelette, ergonomische Montagehilfen, die die Mitarbeiter in der Fertigung bei körperlich anstrengenden Arbeiten unterstützen.

Eine grobe Systematik lässt sich auf zwei Ebenen vornehmen: Die Exoskelette oder Ergoskelette, wie Audi sie zutreffend nennt, entlasten den Werker entweder am oberen Rücken, wie beim eingangs genannten Beispiel. Oder sie unterstützen ihn beim Tragen und anderen gebückten Tätigkeiten und wirken damit auf den unteren Rücken.

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Beide Arten von Exoskeletten gibt es jeweils in angetriebenen Varianten. Ähnlich wie beim E-Bike verstärken Elektroantriebe selbsttätig die Bewegung des Werkers. Diese Exoskelette sind vergleichsweise voluminös, weil sie mit E-Motoren und Batterien ausgestattet sind.

Einfacher und kompakter sind passive, rein mechanische Systeme mit Federn oder Seilen. Sie lenken die Krafteinleitung um und sind zwar deutlich leichter und kompakter, aber auch wirkungsvoll und, im besten Fall, tragbar wie eine „zweite Haut“ – so die Aussage von Comau zum Tragekomfort des „Mate“.

Entlastung um 20 bis 30 Prozent

Einige Anwendungsbeispiele: Audi testet schon seit Ende 2017 das passive Exoskelett „Laevo“ in den Werken Ingolstadt und Neckarsulm. Diese Hebehilfe besteht aus einem Metallrahmen mit Teilen am Oberkörper, am unterem Rückenbereich und Oberschenkeln, die über eine Stützstruktur verbunden sind. Zum Anlegen zieht der Mitarbeiter das rund drei Kilogramm schwere Exoskelett im ersten Schritt wie einen Pullover über den Kopf und schnallt es mit Gurten an der Hüfte fest. Dann platziert er zwei faustgroße Platten auf seinen Oberschenkeln, die die Belastung entsprechend verteilen.

Das Exoskelett unterstützt den Mitarbeiter insbesondere bei Tätigkeiten, die ein Vorbeugen des Oberkörpers erfordern, um Bauteile aufzunehmen oder abzulegen. Es entlastet dabei die Rückenmuskulatur um 20 bis 30 Prozent und fördert zugleich eine gesunde Körperhaltung. Die Tests – so Vinzent Rudtsch, Logistikplaner und Leiter des Projekts „Ergoskelett“ – hatten zum Ziel, zunächst die Rückmeldungen der Mitarbeiter auszuwerten und gemeinsam mit Laevo das Ergoskelett so weiterzuentwickeln, dass es den Anforderungen der Mitarbeiter gerecht wird. Nun sammeln die Beteiligten in arbeitsphysiologischen Untersuchungen auch objektive, belastbare Daten, um bei künftigen Serieneinsätzen negative Begleiterscheinungen ausschließen zu können.

Außerdem testet Audi den „Chairless Chair“ von Noonee, der den Wechsel vom Stehen zum Sitzen ermöglicht. Er ist – im Rahmen einer „Ergonomie-Offensive“ – auch bei Daimler in Bremen im Einsatz. BMW hat unter anderem Erfahrungen mit einem Exoskelett von Levitate Technologies gesammelt.

Gewicht und Komfort zählen

Ford hat bereits an insgesamt 15 Standorten in sieben Ländern rund 15 Exoskelette getestet – unter anderem die „Ekso Vest“ von Ekso Bionics, die den Werker speziell bei der Überkopfarbeit unterstützt. Israel Benavides, Ergonomie-Spezialist bei Ford, hat den Test im Werk Valencia betreut. Seine Erkenntnis: „Die Exoskelette dürfen nicht zu viel wiegen. Drei Kilogramm sind die Grenze, alles darüber ist zu schwer für einen dauerhaften Einsatz.

Smart Factory Day

Wie vernetzen Automobilzulieferer und -hersteller ihre Werke? Welche Rolle spielen die Ausrüster – und welche grundlegenden Schritte sind dafür wichtig? Beim dritten Smart Factory Day treffen sich Produktionsexperten der Branche am 7. November in der Continental-Arena, um gemeinsam Antworten zu finden.

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Außerdem wissen wir jetzt, dass wir nur passive Exoskelette einsetzen können. Und die Mitarbeiter müssen sich frei bewegen können: Modelle, die keine natürliche Bewegung zulassen, testen wir gar nicht erst mehr. Die Skelette müssen auch leicht an- und auszuziehen sein. Es darf nicht länger als 20 Sekunden dauern, bis der Mitarbeiter einsatzbereit ist.“

Volkswagen kooperiert mit Ottobock und testet unter anderem im Werk Bratislava den „Paexo“, der ebenfalls die Schultern entlastet und als passives, über Seilzüge wirkendes System nur rund 1,9 Kilo wiegt. Über Armschalen wird hier das Gewicht der erhobenen Arme auf die Hüfte abgeleitet. Das schont die Muskeln und Gelenke im Schulterbereich spürbar. Drei Fraunhofer Institute – IPA, IPK und IZM – arbeiten bereits an unterschiedlichen Konzepten für die nächste Exoskelett-Generation.

Die Exoskelette dürfen nicht mehr als drei Kilogramm wiegen.

Israel Benavides

Der „CareJack“ von IPK und IZM unterscheidet sich durch eine Bewegungserkennung von anderen Exoskeletten und warnt den Benutzer zudem per Vibrationsalarm vor Zwangshaltungen. Das Exo-Jacket des IPA ist ein aktives System, das gezielt den Oberkörper unterstützt. Über eine Funkschnittstelle kann es in Zukunft auch als „Ergonomiewerkzeug 4.0“ genutzt werden.

Hohe Markterwartungen

Warum sich die Autohersteller – und nicht nur sie – mit Exoskeletten anfreunden, hat einen einfachen Grund: Die Hilfsmittel können arbeitsbedingte Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE) im Schulterbereich reduzieren – sie sind in Deutschland und Europa der häufigste Grund für Arbeitsunfähigkeit. Auch deshalb sind die Markterwartungen hoch.

Das Marktforschungsinstitut ABI Research schätzt das aktuelle Umsatzvolumen (2018) für Exoskelette, die in der Industrie genutzt werden, auf 104 Millionen US-Dollar. Im Jahr 2028 sollen es schon 2,9 Milliarden Dollar sein. Das entspricht rund 40 Prozent Umsatzzuwachs pro Jahr. Einen Gesamtüberblick zum Thema gibt die Messe „Exoberlin“ mit begleitendem Kongress, die am 22. und 23. Oktober 2019 in Berlin-Adlershof stattfindet.

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