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Exoskelette

Roboter zum Anziehen
Exoskelette

Tragbare pneumatisch oder motorisch betriebene Hebe- und Montagehilfen, sogenannte Exoskelette, erleichtern den Handwerkeralltag. Welche Systeme gibt es und was können sie? 

Behaneck

Überkopf-Arbeiten sind anstrengend und mühsam, oft aber unvermeidlich – etwa, wenn Deckenverkleidungen oder raumhohe Schrankwände montiert werden müssen. Auch der Transport und Einbau von Fenstern oder anderen schweren Bauteilen beansprucht Schulter, Rücken, Muskeln und Gelenke. Eine wiederholte, unzumutbare Belastung dieser Körperpartien kann sich langfristig negativ auf die Gesundheit und Produktivität von Mitarbeitern auswirken und zu krankheitsbedingten Fehlzeiten führen. So genannte Exoskelette („Außenskelette“) versprechen Abhilfe.

Welche Exoskelette gibt es, was können sie?

Exoskelette sind künstliche Hebe- und Tragehilfen, die man sich wie einen Rucksack umschnallen kann. Sie verstärken, stützen und entlasten das Skelett und den Muskelapparat mechanisch, pneumatisch oder motorisch und verhindern eine Überbelastung. Je nach System und zu unterstützender Tätigkeit werden unterschiedliche Körperteile wie Finger, Handgelenke, Ellenbogen, Schulter, Rücken oder auch die Beine unterstützt. Unterschieden werden passive und aktive Exoskelette, sowie Kombination daraus (Hybridsysteme).

Passive Systeme funktionieren mit mechanischer Feder- oder Gasdruckfederkraft auch ohne Energiezufuhr. Aktive Exoskelette werden elektrisch oder pneumatisch angetrieben, den Strombedarf decken Akkus. Die Stärke der Unterstützung lässt sich manuell oder automatisch regeln. Die künstlichen Hebehilfen wiegen zwischen 2 und 5 kg und sind für 10 bis 30 kg schwere Lasten ausgelegt. Je nach Hersteller und System werden sie über Gurte mit Armen, Schultern, Brust und Rücken sowie den Oberschenkeln verbunden und lassen sich an unterschiedliche Körpergrößen anpassen. Polster sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Lasten.

Einige aktive Exoskelette sind auch IoT-fähig (z. B. Cray X). Die Verknüpfung mit dem Internet der Dinge (IoT) ermöglicht Auswertungen von Belastungswerten und Aktivitäten für statistische Zwecke, zur Analyse geleisteter Arbeit oder für die Abrechnung von Tätigkeiten. Auch eine Einbindung in Industrie-4.0-Umgebungen ist möglich, etwa um sich mit Maschinen oder Anlagen zu vernetzen und mit ihnen zu interagieren. Eingesetzt werden Exoskelette in der Medizin für Reha-Maßnahmen oder in der Automobilindustrie, um Fabrikarbeiter bei wiederholenden und anstrengenden Arbeiten zu unterstützen. Auch im Bauhandwerk kommen Exoskelette zum Einsatz – beispielsweise um Trockenbauer, Elektro- oder SHK-Handwerker, Fenster-, Möbel-, Messe- oder Treppenbauer bei Überkopfarbeiten und beim Transport schwerer Lasten zu unterstützen.

Produktbeispiele

Zahlreiche Hersteller aus dem In- und Ausland offerieren auch für Handwerker geeignete Exoskelette (siehe Produkt- und Herstellerübersicht). Die folgenden Absätze stellen einige davon beispielhaft vor. Die Preise liegen zwischen 4000 und 5000 Euro (zzgl. MwSt.) und mehr. Auch Geräte-Mieten sind teilweise möglich.

Cray X von German Bionic: Mit der vierten Generation des aktiven Exoskeletts Cray X bietet German Bionic ein IoT-fähiges Exoskelett für den Einsatz im Industrie-4.0-Umfeld. Die aus leichten Karbonfasern bestehende Konstruktion unterstützt Arbeiter beim Heben schwerer Lasten bis zu 28 kg, indem es aktiv deren Bewegungen verstärkt und so den unteren Rücken vor Überlastungen schützt.

Chairless Chair von Noonee: Eine Entlastung bei Tätigkeiten in ungünstiger Höhe und Körperhaltung verspricht der Chairless Chair. Die passive Exoskelett-Konstruktion wird um Hüfte, Beine und Füße geschnallt und ermöglicht einen jederzeitigen Wechsel zwischen einem aktiven Sitzen, Stehen und Gehen. Ausgelegt ist die Konstruktion für Gesamtlasten bis 130 kg, die Entlastung des Nutzers liegt bei 25 %.

MATE von Comau: MATE (Muscular Aiding Tech Exosceleton) besteht aus einer individuell einstellbaren Tragstruktur, die repetitive Tätigkeiten erleichtern und den Kraftaufwand durch einen Federmechanismus bei anstrengenden Bewegungen mindern soll. Das passive, rund 4 kg schwere Exoskelett überträgt den Großteil der Last von den Armen auf das Becken und unterstützt damit dynamische Schulter- und Armbewegungen bei ergonomisch ungünstigen, wiederkehrenden Arbeiten.

Paexo von Ottobock: Paexo Shoulder unterstützt Arme und Schultern bei Überkopfarbeiten, indem das Gewicht durch Armschalen mit einer mechanischen Seilzugkonstruktion auf die Hüfte umgelenkt wird. Die Entlastung beträgt bis zu einem Gewicht von rund 10 kg etwa 50 %, das Eigengewicht beträgt 2 kg. Zur Paexo-Serie gehören auch Stützvorrichtungen für den Nacken, das Handgelenk, die Wirbelsäule, den Rücken und mit Paexo Thumb das kleinste Exoskelett für den Daumen.

BackX von US Bionics: Die modularen Exoskelette BackX, ShoulderX und LegX liegen eng am Körper an und behindern weder beim Treppensteigen noch bei Arbeiten auf Leitern oder Gerüsten. BackX kann Belastungen bei hebenden Tätigkeiten im unteren Rückenbereich eines Trägers um durchschnittlich 60 % reduzieren und dadurch Rückenverletzungen vorbeugen. BackX kann zusammen mit den schulter- und beinstützenden Systemen ShoulderX und LexX getragen werden.

Exoskelette in der Praxis

Praktische Erfahrungen aus dem Bereich Holzbau/Möbelbau gibt es bereits, so hat der Küchenmöbelhersteller Rotpunkt mittlerweile fünf Exoskelette im Einsatz. Die Erfahrungen sind durchweg positiv. Entscheidend für die Akzeptanz von Exoskeletten in der Praxis sind ein geringes Gewicht, kompakte Abmessungen und eine einfache Handhabung. Die unmittelbar am Körper getragenen Systeme müssen schnell an- und ausgezogen werden können, sich an individuelle Körperproportionen und Anforderungen des Nutzers anpassen lassen und eine gute, individuell dosierbare Unterstützung bieten. Beim Gehen, Treppensteigen, beim Heben und Arbeiten sowie auf Leitern oder Gerüsten sollten sie den Träger nicht stören und auch durch eine Tür oder enge Lagergänge passen, ohne ständig anzuecken. Bei aktiven Systemen mit elektrischer oder pneumatischer Unterstützung sollte der Akku möglichst einen vollen Arbeitstag durchhalten. IoT-fähige Geräte sind nur dann sinnvoll, wenn eine entsprechende Umgebung und entsprechende Schnittstellen zu Maschinen oder Anlagen vorhanden sind.

Fazit und Ausblick

Andauernde Belastungen durch Überkopfarbeiten oder schwere Lasten können die Gesundheit von Mitarbeitern beeinträchtigen. Auch wenn ein einzelner Gegenstand nur wenige Kilogramm wiegt, kommen nicht selten schnell Lasten von mehreren Tonnen pro Tag zusammen. Exoskelette können dazu beitragen, die Arbeitskraft und Produktivität der Mitarbeiter zu erhalten, insbesondere beim Heben schwerer Lasten oder bei sich dauernd wiederholenden Arbeiten in ergonomisch ungünstiger Zwangshaltung. Zuvor sollte jedoch geprüft werden, ob man Tätigkeiten auch mit anderen Maßnahmen ergonomischer gestalten kann, etwa mit Hubwagen, Hubtischen, Vakuumhebern, höhenverstellbaren Arbeitstischen und so weiter (siehe zum Beispiel BM 01/2019 ab Seite 100). Auch damit lassen sich körperliche Belastungen reduzieren. Interessant könnten Entwicklungen in Richtung Digitalisierung und Werkstatt 4.0 werden. Mit der Buchhaltungs-, Lagerverwaltungs- oder ERP-Branchensoftware sowie mit CNC-gesteuerten Maschinen und Anlagen vernetzte Exoskelette könnten Rationalisierungseffekte steigern und die digitale Transformation weiter voranbringen.

Produkt- und Herstellerübersicht:


Verletzungen vorbeugen …

… Arbeitskraft erhalten

Laut einer aktuellen Statistik der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) kommen in der Baubranche Verletzungen vor allem an Schultern und Oberarmen, Rumpf, Rücken und Wirbelsäule vor. Körperliche Fehlbelastungen beim Heben und Tragen im Beruf führen laut Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) zu Muskel- und Skeletterkrankungen und sind für 23 % aller krankheitsbedingten Fehlzeiten in Deutschland verantwortlich. Exoskelette können dem vorbeugen und dafür sorgen, dass arbeitsbedingte Muskel-Skelett-Erkrankungen erst gar nicht entstehen, krankheitsbedingte Ausfallzeiten minimiert werden und Beschäftigte gesund bleiben. Außerdem bieten technische Assistenzsysteme Arbeitnehmern mit Handicaps, nach Krankheiten oder Unfällen Chancen für eine (Wieder-)Eingliederung ins Berufsleben. Da es auch aktive Exoskelette gibt, die den Träger befähigen, mehr zu leisten – beispielsweise schwerere Lasten zu heben – warnen Berufsgenossenschaften aber auch vor einer Ausbeutung von Arbeitskräften durch Exoskelette. Eine weitere Gefahr bestehe darin, dass Fehlfunktionen Nutzer schädigen und bei Stürzen durch die zusätzliche Masse schwerer verletzen könnten. Auch vor einem Abbau der Muskulatur durch eine Dauernutzung von Exoskeletten wird gewarnt, allerdings gibt es dazu derzeit noch keine Praxiserfahrungen oder Forschungsergebnisse.


Der Autor

Dipl.-Ing. Marian Behaneck ist freier Journalist mit den Schwerpunkten Software, Hardware und IT im Baubereich.

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