Entwicklung und Inbetriebnahme einer Sicherheitseinrichtung für die Versuchseinrichtung Druckalgometer

Status:

abgeschlossen 12/2011

Zielsetzung:

In der neu entwickelten Versuchseinrichtung zum Messen von Schmerzschwellen des Menschen - Druckalgometer - wird eine Beanspruchung eines einzelnen Körperpunktes des Probanden mit einem speziellen Stößel bis zur Schmerzschwelle erzeugt. Die Beanspruchung wird mit einem Linearmotor so aufgebracht, dass ein linear geregelter Kraftanstieg am Körperpunkt bis zur Schmerzschwelle erfolgt. Zur Überwachung dieses Belastungsverfahrens wurde eine Sicherheitseinrichtung entwickelt und in Betrieb genommen; sie verhindert sicher eine Überbelastung des Probanden. Hierfür ist das höchste Sicherheitsniveau, dass es für Maschinen gibt, zu gewährleisten. Vom Untersucher muss je nach Proband und belasteter Körperstelle eine Grenzkraft bestimmt werden, die in keinem Fall überschritten werden darf. Die Sicherheitseinrichtung wird mit dieser individuell einzustellenden Grenzkraft parametrisiert. Die Grenzkraft wird während des eingeschalteten Zustandes der Anlage immer überwacht. Im Falle der Grenzüberschreitung sollen in der Sicherheitseinrichtung Abschaltfunktionen wirksam werden, die den Probanden sofort von der Belastung befreien. Der gesamte Belastungsbereich zur Schmerzschwellenmessung soll 500 N betragen. Die Grenzkraft kann innerhalb dieses Bereiches festgelegt werden. Mit der Sicherheitseinrichtung sollen nach jedem Einschalten der Anlage und bei längerem Betrieb alle zehn Stunden Tests durchgeführt werden, mit denen die Sicherheitsfunktionalität der Einrichtung überprüft wird.

Aktivitäten/Methoden:

Das Kraftmesssystem zur Erfassung der Kraft bei der Schmerzschwellenmessung wurde redundant ausgeführt. Die Kräfte werden mit einer Sicherheitssteuerung laufend erfasst und das Überschreiten des momentanen Kraftwertes gegenüber der eingestellten Grenzkraft überwacht. Zwischen dem Stößel zur Aufbringung der mechanischen Belastung am Körperpunkt und der Schubstange des Linearmotors wurde ein technisches Federmodul adaptiert, an dem die gewünschte Grenzkraft eingestellt werden kann. Der Vorspannweg wird mit einem redundanten Laserdistanzmesssystem von der Sicherheitssteuerung gemessen. Die Grenzkraft wird so über die Messung des Vorspannweges und der erfassten Kraft-Weg-Kennlinie der Feder ermittelt. Sie wird am Stößelkopf mechanisch über eine Skala eingestellt und an der Sicherheitssteuerung digital angezeigt. Wird diese Grenzkraft bei der Schmerzschwellenmessung überschritten, kommt es zum sofortigen Abschalten des Linearmotors und Lösen der Kraftkopplung des Druckalgometers auf einer Führungsschiene. Das Druckalgometer kann während der Anwendung bestimmte Positionen einnehmen, die ebenfalls laufend überwacht werden. Die gesamte Versuchseinrichtung Druckalgometer wurde nach Maschinenrichtlinie bewertet. Die sicherheitsbezogene Steuerung wurde dabei nach DIN EN ISO 13849 geprüft.

Ergebnisse:

Für die Versuchseinrichtung "Druckalgometer" wurde eine Sicherheitseinrichtung entwickelt und in Betrieb genommen, die eine Überbelastung des Probanden bei Schmerzschwellenmessungen sicher verhindert. Mit dieser Einrichtung wurde das höchste Sicherheitsniveau realisiert, das bei einer Zertifizierung nach Maschinenrichtlinie (MRL) möglich ist. Als Hersteller der Sicherheitseinrichtung wurde die Konformität mit der MRL vom Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) mittels Eigenerklärung dokumentiert und ein CE-Zeichen vergeben. Zentraler Sicherheitsparameter, der vom Anwender vor einer Schmerzschwellenmessung festgelegt und eingestellt werden muss, ist eine Grenzkraft für die maximal zumutbare Belastung des Probanden am jeweiligen Körperpunkt, an dem eine Schmerzschwellenmessung erfolgen soll. Dieser Wert wird vom Anwender festgelegt und kann vorher, z. B. durch manuelles Austesten mit einem Handalgometer, ausreichend genau ermittelt werden. Die Grenzkraft kann im Bereich bis 500 N eingestellt werden. Größere Belastungskräfte werden von der Sicherheitseinrichtung nicht zugelassen. Die Einstellung der Grenzkraft wird vom Anwender über eine manuelle Skala vorgenommen und an einem Digitaldisplay kontrolliert. Sie wird im eingeschalteten Zustand der Anlage immer, d. h. in allen Betriebsarten, überwacht. Die Überwachung aller sicherheitsrelevanten Parameter wird mit einer Sicherheitssteuerung durchgeführt. Wenn die Grenzkraft bei einer Schmerzschwellenmessung überschritten wird, werden Abschaltfunktionen wirksam, die eine sehr schnelle Reversierbewegung des Druckstößels in eine sichere Position weg vom Probanden auslösen und ihn sofort von der zu groß werdenden Belastung befreien. Das Druckalgometer kann aus dieser sicheren Position leicht wieder in Bereitstellung gebracht werden, um eine erneute Schmerzschwellenmessung durchzuführen. Die zur Auslösung der Sicherheitsreaktion führenden Parameter müssen vorher auf einem Display erkannt, verstanden und nach Beurteilung und evtl. durchgeführten Maßnahmen quittiert werden. Damit die Abschaltfunktionen jederzeit wirksam werden können, müssen sie nach jedem Anschalten der Versuchseinrichtung und dann im Betrieb alle zehn Stunden geprüft werden. Dieser Prüfmodus wird durch die Sicherheitssteuerung erzwungen und die Versuchseinrichtung wird nur bei positivem Verlauf der Tests für die Durchführung von Schmerzschwellenversuchen freigegeben. Alle elektrischen Systeme sind redundant ausgeführt. Die Sicherheitseinrichtung kann vom Anwender nicht manipuliert werden. Die Einrichtung muss einmal pro Jahr gewartet werden.

Stand: