„Ich könnte das Doppelte schaffen!“ – Ergebnisse des EXOWORKATHLONs an der SLV Nord

Höchste Konzentration in unserer Virtuellen Schweißwerkstatt – und maximale Verkabelung: Den Oberkörper in Exoskeletten arbeiten sich junge Probanden gewissenhaft durch die Aufgaben einer Über-Kopf-Schweißprüfung nach DIN EN ISO 9606-1. Neben jedem Testschweißer steht ein Laptop, der genauestens seine Biodaten aufzeichnet – jetzt wie auch im Durchlauf zuvor, als die Probanden dieselbe einstündige Prüfung ohne die Stützkonstruktion absolvierten. An der SLV Nord ist der EXOWORKATHLON in vollem Gang: Marco und Ines Schalk vom Fraunhofer IPA erforschen gemeinsam mit dem Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart, inwieweit Exoskelette Schweißer bei ihrer Arbeit entlasten können – vor allem in anstrengenden Positionen wie z. B. Über-Kopf, die sonst schnell Schmerzen und Verspannungen verursachen und damit Ursache für Schweißnahtfehler sind.

Testschweißer mit Exoskeletten in der virtuellen Schweißwerkstatt der SLV Nord

In wieweit können Exoskelette körperliche Belastung vermindern? Das ist Forschungsgegenstand der Experimentreihe EXOWORKATHLON

Probanden fühlen sich 20 Prozent weniger belastet

Über den Zeitraum von einer Woche haben im Februar 2022 insgesamt 27 Personen an dem Experiment an der SLV Nord teilgenommen. Zusätzlich zu den gemessenen Biodaten füllten die Probanden nach jedem Durchlauf einen Fragebogen aus, in dem sie ihre empfundene Belastung subjektiv einschätzten. Dabei bewerteten sie die Tätigkeit auf einer 10-stufigen BORG-Skala von „sehr, sehr leicht“ bis „sehr, sehr schwer“. Die Auswertung dieser Fragebögen liegt mittlerweile vor: „Mit Exoskelett empfanden die Probanden eine um durchschnittlich zwei Punkte geringere Belastung als ohne“, sagt Studienleiter Marco Schalk, Fachbereich Biomechatronische Systeme des Fraunhofer IPA. „Das ist ein tolles Feedback, das uns extrem beeindruckt hat.“ Wie Auswertungen der virtuellen Schweißdaten ergaben, schweißten die Probanden zudem über den gesamten Ablauf um 10,3 Prozent besser hinsichtlich der idealen Schweißgeschwindigkeit. Auf der anderen Seite konnte eine Beschleunigung des Schweißprozesses, wie sie sonst oft eintritt, wenn die Schulter zu ermüden beginnt, um 12 Prozent verringert werden. Eine detaillierte wissenschaftliche Publikation zu allen Ergebnissen des EXOWORKATHLONS – auch des ersten Experimentteils im Rahmen der WearRAcon Europe 2021 – wollen die Forscher in den kommenden Monaten veröffentlichen.

„Ich konnte mich endlich einmal ganz auf die Schweißnaht konzentrieren“

Die positive Bewertung auf den Feedback-Bögen entspricht auch den ersten Stimmen, die von Teilnehmern bereits direkt nach Ablegen des Exoskeletts zu hören waren. „Ich könnte das Doppelte ohne Ermüdung schaffen“, so z. B. das Fazit von Justin Gyimah, Auszubildender zum Behälter- und Apparatebauer bei Kliewe GmbH. „Statt mit der Stabilisierung der Arme beschäftigt zu sein, konnte ich mich endlich einmal ganz auf die Schweißnaht konzentrieren, die dadurch viel ruhiger wurde. Der Oberarm war quasi ‚abgelegt‘.“

Frühzeitige Rente durch Muskel-Skelett-Erkrankungen

Um die Technik bedarfsgerecht weiterentwickeln zu können, wurden die Teilnehmer auch nach Verbesserungsvorschlägen gefragt – zum Beispiel, ob das Exoskelett sie irgendwo gedrückt hat oder sie sich noch zusätzliche Unterstützung an weiteren Körperstellen wünschen würden. „Unser Ziel ist es, durch intensive Forschung zu dem Thema letztendlich Arbeitsverhältnisse verbessern zu können“, sagt Marco Schalk. „Wir beobachten, dass Menschen oft gezwungen sind, frühzeitig in Rente zu gehen, wenn sie in ihrem Beruf hohen körperlichen Belastungen ausgesetzt sind. Damit Muskel-Skelett-Erkrankungen erst gar nicht entstehen, ist es wichtig, möglichst früh Möglichkeiten zu finden, der Beanspruchung entgegenzuwirken. Die Vorteile entlastender Maßnahmen liegen dabei auf der Hand: Die Mitarbeiter können länger in ihrem Beruf verbleiben, liefern höhere Qualität, und die Zufriedenheit steigt.“

 

Exoskelette bald Normalität? Valide Messverfahren wichtig

Sind Exoskelette also bald das normale Bild in schweißtechnischen Werkstätten? Noch ist das Zukunftsmusik. „Damit eine solche Technik wirklich Fuß fassen kann, sind objektive Messmethoden extrem wichtig“, sagt Marco Schalk. „Hier genau sehen wir den Beitrag unserer Forschungen: Können wir die Effekte der Präventionsmaßnahme mit validen Verfahren nachweisbar machen, fällt Betriebsinhabern die Antwort auf die Frage ‚Bringt mir das wirklich etwas?‘ sehr viel leichter, als wenn sie allein auf die subjektiven Urteile ihrer Mitarbeiter angewiesen sind.“

Forschen ohne Funken – in der Virtuellen Schweißwerkstatt

Wir als SLV Nord verdanken es letztendlich unserer Virtuellen Schweißwerkstatt, dass wir Teil derart spannender, zukunftsweisender Experimente geworden sind: Marco Schalk und sein Team waren auf der Suche nach Möglichkeiten, das Experiment an Schweißsimulatoren durchführen zu können – ohne Lärm, Funken und Verletzungsgefahr. „Die Virtuelle Schweißwerkstatt kam uns daher wie gerufen“, so der Forscher. „Und natürlich benötigten wir ein Hochkompetenzzentrum für Fügetechnik, um Arbeitsplätze in Zwangshaltung in der Schweißtechnik bestmöglich nachzustellen und die konkreten Aufgaben für die Testschweißer zu definieren.“

Eine Win-Win-Situation, denn: „Als Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt haben wir den expliziten Auftrag, uns an Forschung und Entwicklung zu beteiligen“, so André Quedzuweit, Leiter des Fachbereichs Aus- und Weiterbildung an der SLV Nord. „Themen wie Arbeitssicherheit und Entlastung, der Erhalt der Fähigkeit zur Berufstätigkeit, stehen bei uns dabei sehr weit oben auf der Agenda. Wenn es durch Exoskelette möglich ist, dass ein Schweißer an einem Tag statt zwei Stunden vier Stunden lang schweißen kann, ist das wirklich eine enorme Verbesserung!“