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Passive und aktive Exoskelette
im Vergleich
Wer ein Exoskelett einführen möchte, steht oft vor einer grundlegenden Frage: Soll es ein passives oder ein aktives Modell sein? Beide Technologien können Mitarbeitende bei körperlich anspruchsvollen Tätigkeiten unterstützen, haben jedoch unterschiedliche Stärken. Welche Lösung am besten geeignet ist, richtet sich nach den Anforderungen des Arbeitsplatzes und den ergonomischen Zielen.
Kurz erklärt
- Passive Exoskelette benötigen keine externe Energieversorgung und nutzen mechanisch gespeicherte Energie zur Unterstützung.
- Aktive Exoskelette erzeugen zusätzliche Unterstützung durch Motoren oder andere Aktoren.
- Passive und aktive Exoskelette eignen sich für unterschiedliche Anwendungsbereiche.
- Die Wahl des Exoskeletts hängt von der Arbeitsaufgabe, dem Belastungsprofil, dem Ergonomieziel und den individuellen Anforderungen der Nutzer:innen ab.
passive systeme
Wie funktionieren passive Exoskelette?
Passive Exoskelette nutzen z.B. Federmechaniken oder Gummizüge, um den Körper bei bestimmten Bewegungen zu unterstützen. Die Nutzer:innen spannen das System durch ihre eigene Bewegung vor. Die dabei gespeicherte Energie wird bei der nächsten Bewegung teilweise wieder abgegeben. Dadurch wird ein Teil der körperlichen Belastung umverteilt und bestimmte Muskelgruppen werden entlastet. Passive Exoskelette können jedoch nur die zuvor eingebrachte Energie speichern und umverteilen. Eine zusätzliche Kraftunterstützung erzeugen sie nicht.
Ein typisches Anwendungsbeispiel ist ein passives Schulterexoskelett bei Überkopfarbeiten in Industrie oder Produktion. Hebt eine Person die Arme an, unterstützt das Exoskelett die Bewegung durch die darin verbaute Feder. Beim Absenken der Arme wird die Feder durch die Kraft des Nutzers erneut gespannt und somit für die Unterstützung beim nächsten Anheben der Arme vorbereitet.
Die Vorteile passiver Exoskelette
- keine externe Energiequelle erforderlich
- geringes Eigengewicht
- einfache und robuste Konstruktion
Die Nachteile passiver Exoskelette
Da passive Exoskelette keine eigene Energiequelle besitzen, müssen Nutzer:innen das System durch ihre eigene Energie vorspannen. Bei repetitiven Arbeitsaufgaben erfordert das wiederkehrende Spannen zusätzliche Muskelarbeit. Dadurch kann die tatsächliche Entlastungswirkung geringer ausfallen als erhofft.
Darüber hinaus können passive Exoskelette nur bei bestimmten Bewegungen und Belastungen unterstützen. Wenn die Aufgaben häufig wechseln, sind ihre Möglichkeiten begrenzt. Zudem bieten sie meist weniger Unterstützung als aktive Exoskelette. Bei schweren Lasten oder besonders anstrengenden Tätigkeiten reicht die Entlastung daher manchmal nicht aus.
Wie hilfreich ein passives Exoskelett empfunden wird, hängt auch von der jeweiligen Person ab. Faktoren wie Körperkraft, Arbeitsweise oder das persönliche Belastungsempfinden spielen dabei eine Rolle.
Ein weiterer Nachteil ist, dass die Unterstützung fest eingestellt ist. Das System kann sich nicht automatisch an unterschiedliche Lasten oder Arbeitssituationen anpassen.
Wann sind passive Exoskelette besonders sinnvoll?
Passive Systeme sind vor allem dann besonders geeignet, wenn Werkzeuge, Bauteile oder Arme über längere Zeit in einer bestimmten Position gehalten werden müssen. In solchen Situationen kann das Exoskelett so eingestellt werden, dass es einen Teil des Gewichts dauerhaft kompensiert. Weil weniger Vor- und Nachspannbewegungen erforderlich sind, entsteht eine spürbare und nachhaltige Entlastung.
aktive systeme
Wie funktionieren aktive Exoskelette?
Aktive Exoskelette verfügen über eine externe Energiequelle und können dadurch gezielt zusätzliche Unterstützung bereitstellen. Dafür kommen je nach System beispielsweise Elektromotoren, pneumatische Aktoren oder andere Antriebstechnologien zum Einsatz.
Außerdem verfügen sie über eine intelligente Steuerung: Sensoren erfassen die Bewegungen und den Unterstützungsbedarf der Nutzer:innen. Auf dieser Grundlage passt das System die Kraftunterstützung während der Tätigkeit gezielt an. Dadurch können aktive Exoskelette auch bei wechselnden Anforderungen unterstützen.
Die Vorteile aktiver Exoskelette
- zusätzliche Kraftunterstützung unabhängig von der Muskelvorspannung
- hohe Entlastung bei schweren oder häufig wiederkehrenden Tätigkeiten
- Unterstützung kann an unterschiedliche Lasten angepasst werden
- geeignet für dynamische und komplexe Arbeitsprozesse
- bedarfsgerechte Unterstützung durch Sensorik und Steuerung
Die Nachteile aktiver Exoskelette
Die zusätzliche Technik bringt auch Herausforderungen mit sich. Da aktive Exoskelette mit Motoren arbeiten, benötigen sie eine externe Energieversorgung, meist über einen Akku. Deshalb müssen Aspekte wie Akkulaufzeit, Ladezeiten und die Bedingungen am Einsatzort berücksichtigt werden. Außerdem sind aktive Exoskelette aufgrund ihrer Antriebe und Steuerungstechnik meist komplexer und häufig schwerer als passive Systeme.
Wann sind aktive Exoskelette besonders sinnvoll?
Aktive Exoskelette eignen sich besonders für Arbeitsplätze mit wechselnden Anforderungen. Dazu zählen beispielsweise Montagearbeiten mit unterschiedlichen Arbeitshöhen, das Handling variierender Lasten oder komplexe Wartungs- und Instandhaltungsaufgaben. Sie bieten vor allem bei schweren Lasten und körperlich anspruchsvollen Tätigkeiten Vorteile.
tabelle
Passive und aktive Exoskelette im direkten Vergleich
auswahl
Wie finde ich das richtige Exoskelett?
Ob ein passives oder aktives Exoskelett besser geeignet ist, hängt nicht von der Technologie allein ab. Entscheidend sind vielmehr die Anforderungen des jeweiligen Arbeitsplatzes. Dabei helfen folgende Fragestellungen:
- Wie groß sind die Lasten, die bewegt werden müssen?
- Wie hoch ist der erforderliche Unterstützungsgrad?
- Sind die Bewegungsabläufe eher gleichförmig oder stark variierend?
- Müssen Lasten gehalten, geschoben, gezogen oder gehoben werden?
- Welche Körperbereiche sind besonders belastet?
- Ist eine flexible Anpassung der Unterstützung notwendig?
- Welche Rolle spielen Gewicht, Bewegungsfreiheit?
- Was bevorzugen die Nutzer:innen?
Welches System den größten Nutzen bietet, lässt sich durch eine sorgfältige Arbeitsplatzanalyse beurteilen. Die BG BAU empfiehlt zudem, Exoskelette vor dem Kauf unter realen Arbeitsbedingungen zu testen. Ein Praxistest gibt Aufschluss und wird sogar mit einem Zuschuss von bis zu 1.500 € gefördert.
Kurz zusammengefasst
Passive Exoskelette können bei klar definierten und gleichförmigen Tätigkeiten eine wirksame Entlastung bieten.
Aktive Exoskelette ermöglichen darüber hinaus eine flexible Kraftunterstützung bei wechselnden Lasten, komplexen Bewegungsabläufen und hohen körperlichen Anforderungen.
Welche Lösung die bessere Wahl ist, hängt von den konkreten Arbeitsbedingungen und ergonomischen Zielen ab.