Ganzkörperschwingungen

Ganzkörperschwingungen sind mechanische Schwingungen, die im Frequenzbereich von 0,1 bis 80 Hz in den menschlichen Körper eindringen.

Eine typische Quelle für Ganzkörperschwingungen sind Fahrzeuge, bei denen die Schwingungen über Sitze oder Böden auf den menschlichen Körper übertragen werden. Die Ganzkörpervibration stellt insbesondere bei längerer Einwirkung eine mögliche Gesundheitsgefährdung dar.
In diesem Artikel erfahren Sie, was Ganzkörperschwingungen genau sind, wie man sie misst und wo die Grenzen für die Auswertung liegen.

Warum Ganzkörperschwingungen messen?

Ganzkörperschwingungen (Ganzkörpervibrationen, WBV) werden durch Maschinen und Fahrzeuge am Arbeitsplatz verursacht und über den Sitz oder Boden auf den menschlichen Körper übertragen. Die Einwirkung von Ganzkörpervibrationen kann zu gesundheitlichen Problemen führen. Beispielsweise kann die Einwirkung starker Stöße bei einer sitzenden Person zu Rückenverletzungen und bei einer stehenden Person zu Knieverletzungen führen. Die Risiken steigen mit höheren Schwingungsstärken und längeren Einwirkungszeiten. Der wirksame Weg, dem Risiko von Ganzkörpervibrationen am Arbeitsplatz vorzubeugen, ist die Identifizierung von Vibrationsquellen durch Messungen.

Woher kommt die Vibration?

Vibration ist eine oszillierende Bewegung um eine Referenzposition. Normalerweise werden Schwingungen in Größeneinheiten (m/s2) und Frequenzen (Hz) ausgedrückt. In Maschinen werden Vibrationen durch zahlreiche interne Komponenten erzeugt, die sich gleichzeitig mit unterschiedlichen Frequenzen bewegen oder drehen.

Die Schwingungsmessung ermöglicht die Darstellung der Schwingungsamplitude über der Frequenz und kann zur Identifizierung dieser Komponenten genutzt werden. In der Praxis wird ein Frequenzspektrogramm verwendet, um den Schwingungspegel als Funktion der Frequenz darzustellen.

Bei Maschinenvibrationsmessungen ermöglicht die Frequenzanalyse die Suche nach der Ursache unerwünschter Vibrationen. Bei der Ganzkörpervibration werden Frequenzbewertungsfilter auf ein Vibrationssignal angewendet, um Frequenzen hervorzuheben, die für den menschlichen Körper besonders schädlich sind.

Was sind die WBV-Quellen?

In Berufen wie dem Transportwesen, dem Baugewerbe, im Steinbruch oder in der Landwirtschaft kommt es häufig zu einer Ganzkörpervibrationsbelastung. Die bekanntesten Beispiele für Quellen sind Geländefahrzeuge, Jetboote, Hubschrauber und Jets. Oft sind auch die stehenden Bediener von Ganzkörpervibrationen betroffen, die von schweren Maschinen über den Boden übertragen werden.

Was sind die typischen Schwingungswerte von Fahrzeugen?

Die folgende Grafik zeigt typische Vibrationsbeschleunigungswerte, die von fahrenden Fahrzeugen erzeugt werden:

Bewertung der Ganzkörper-Vibrationsexposition

In Europa schützt die Vibrationsrichtlinie Arbeitnehmer vor Vibrationen

Die europäische „Vibrationsrichtlinie“ (2002/44/EG) legt Regeln fest, um die Risiken von Ganzkörpervibrationen zu reduzieren. Nach Einführung der Richtlinie haben die EU-Länder Gesetze erlassen, um Arbeitnehmer vor den Gefahren von Ganzkörpervibrationen zu schützen.

Grenzwerte für Ganzkörpervibrationen

Um das Expositionsrisiko zu verringern, wurden in der Vibrationsrichtlinie Grenzwerte für Ganzkörpervibrationen festgelegt:

ein täglicher Auslösewertgrenzwert von 0,5 m/s² (bzw. VDV-Vibrationsdosiswert von 9,1 m/s1,75);
ein täglicher Expositionsgrenzwert A(8) von 1,15 m/s² (oder ein VDV von 21 m/s1,75);

ein täglicher Auslösewert (m/s2)

ein täglicher Expositionsgrenzwert (m/s2)

Dauer der Belastungszeit

Zur Berechnung der täglichen Vibrationsexposition (A(8) oder VDV) werden zwei Werte benötigt: die Vibrationsstärke und die Zeitdauer, in der die Person Vibrationen ausgesetzt ist. Sofern die Schwingungsmessung nicht den gesamten Arbeitstag umfasst, erfolgt die Ermittlung der Expositionsdauer in der Regel in Gesprächen mit Arbeitnehmern und ihren Vorgesetzten.

Vibrationsstärke

Die Ganzkörperschwingungsgröße (aw) wird durch Messungen ermittelt. Der aw-Wert ist die frequenzgewichtete Beschleunigung, gemessen in drei Richtungen (Achsen X, Y, Z). Da die horizontalen Vibrationen schädlicher sind, werden die X- und Y-Richtungen der beiden Querachsen mit 1,4 multipliziert. Für die vertikale Z-Achsen-Vibration beträgt der Faktor 1,0. Um die A(8)-Vibrationsbelastung zu erhalten, wird das höchste aw der drei orthogonalen Achsen (1,4awx, 1,4awy oder awz) ausgewählt.

Die A(8)-Berechnung

Um A(8) zu erhalten, wird die maximale gewichtete Vibrationsgröße der drei Achsen mit der Quadratwurzel der Expositionsdauer dividiert durch die Referenzzeit von 8 Stunden multipliziert. Dabei wird folgende Formel verwendet:

A(8)= a_wmax*√(T_e/T₈)

Ganzkörper - Vibrationsmessungen

Gemäß ISO 2631-1 sollte die Messzeit der Ganzkörpervibration den repräsentativen Arbeitszeitraum abdecken. In der Praxis umfasst die Messung die Gesamtzeit jeder Tätigkeit, in der der Arbeiter Vibrationen ausgesetzt ist.

Die britische Norm BS EN 14253:2003 schlägt vor, Messungen mindestens zwei Stunden lang durchzuführen, bevorzugt jedoch nach Möglichkeit Messungen an einem halben oder ganzen Arbeitstag. Falls längere Messungen nicht möglich sind, werden mindestens 20-Minuten-Intervalle empfohlen.

Bei der Messung wird der a_w (in m/s²) ermittelt. Das aw ist ein Effektivwert der Schwingungsgröße, ausgedrückt als frequenzgewichtete Beschleunigung am Sitz einer sitzenden Person oder an den Füßen einer stehenden Person.

Eine alternative Methode zur Messung der Vibrationsexposition ist der Vibrationsdosiswert (oder VDV). Der VDV (in m/s1,75) ermöglicht eine genauere Bewertung der Risiken, die mit Vibrationen, zu denen auch Stöße gehören, verbunden sind. Ähnlich wie bei a_w, verwendet die A(8)-Auswertung den höchsten der drei orthogonalen Achsenwerte (1,4VDVwx, 1,4VDVwy oder VDVwz).

Unsicherheit von Schwingungsmessungen

Ähnlich wie andere Schwingungsmessungen unterliegen auch Ganzkörperschwingungsmessungen einer Bewertungsunsicherheit. Um die Unsicherheit zu minimieren, ist es wichtig, die In-situ-Kalibrierung mit einem Schwingungskalibrator durchzuführen.

Menschliches Vibrationsmessgerät

Das Humanvibrationsmessgerät ist ein spezielles Instrument zur Messung der täglichen Vibrationsexposition, die anhand einer oder beider der beiden Expositionsmessungen bewertet werden kann:

Tägliche Vibrationsexposition, A(8), oder
Vibrationsdosiswert, VDV.

Beide Maßnahmen sind abhängig von einem gemessenen Vibrationswert. Zusätzlich erfordert die A(8) eine Belichtungszeit. Die tägliche Vibrationsexposition wird in Metern pro Sekunde im Quadrat (m/s2) gemessen, ähnlich wie die Vibrationsstärke. Wenn der VDV über einen Messzeitraum gemessen wird, der kürzer als der gesamte Arbeitstag ist (was normalerweise der Fall ist), muss die resultierende Messung vergrößert werden.
Ganzkörperschwingungsmessgeräte sollten den Spezifikationen der ISO 8041:2005 für Ganzkörperschwingungsmessgeräte entsprechen.

SVANTEK SV 106 D – Humanschwingungsmessgerät und -analysator