Exoskelett-Arme: Was sie sind und wie Sie wählen

Was „Exoskelett-Arme“ in der Industrie bedeutet

Arbeitsexoskelette konzentrieren sich bisher auf zwei Körperregionen. Laut veröffentlichter Forschung zu einem semiaktiven Überkopfgerät unterstützen sie hauptsächlich die oberen Extremitäten, besonders die Schulter bei Überkopfarbeit, oder den Rücken bei vorgebeugter Haltung und beim Heben. Exoskelett-Arme gehören zur ersten Gruppe. Denken Sie an Elektriker bei Deckeninstallationen, Montagepersonal, das Bauteile von unten einbaut, Maler oder Instandhaltungsteams, die einen großen Teil der Schicht über Kopfhöhe arbeiten.

Ein Wort zur Begrifflichkeit. Manche Anbieter verkaufen auch Werkzeughalterarme, die das Gewicht einer Bohrmaschine oder eines Schleifers auf einem Ausleger oder einer Gelenkstütze tragen. Das ist eine andere Produktklasse als ein tragbares Gerät, das die eigenen Arme der Beschäftigten stützt. Beide können helfen, lösen aber unterschiedliche Probleme, und eine Verwechslung führt zum falschen Kauf. Dieser Leitfaden behandelt die tragbare Variante.

Zwei getrennte Fragen bestimmen jede Wahl. Die erste: Woher kommt die Unterstützungskraft – aus der eigenen Bewegung der Person, aus einem Motor oder aus einer Mischung? Die zweite: Wie ist das Gerät gebaut – mit starrem Rahmen oder mit weichen, textilen Bauteilen? Beide sind unabhängig voneinander, und wer sie getrennt hält, überblickt den Markt viel leichter.

Passiv, semiaktiv und aktiv: die Achse der Energiequelle

Arbeitsexoskelette werden in der Regel als passiv, aktiv oder semiaktiv eingeordnet. Der Unterschied liegt darin, wie die Unterstützung erzeugt wird.

Bei einem passiven Gerät stammt die Energie allein aus der Bewegung der tragenden Person. Wie die Federation of the European Ergonomics Societies erklärt, speichern und geben Federn und Dämpfer Energie ab, während die Person sich bewegt. Es gibt weder Akku noch Motor. Aktive Geräte dagegen nutzen Aktuatoren wie Elektromotoren, Hydraulik oder Pneumatik.

Passive Bauarten haben offensichtliche praktische Vorteile. Sie sind leichter und günstiger als aktive Gegenstücke sowie zuverlässig und intuitiv zu bedienen, wie derselbe Fachbeitrag zum semiaktiven Exoskelett festhält. Es gibt nichts zu laden und am ersten Tag wenig zu erklären. Der Nachteil liegt im Prinzip selbst: Weil das nach oben wirkende Stützmoment immer vorhanden ist, muss die Person beim Absenken der Arme gegen das System arbeiten. Bei Aufgaben, die Überkopfarbeit mit häufigem Greifen nach unten mischen, ist das von Bedeutung.

Vollaktive Systeme haben das gegenteilige Problem. Im Prinzip können sie die Unterstützung an die Aufgabe anpassen, sind aber tendenziell schwerer und komplexer. Dieselbe Forschung beschreibt semiaktive und aktive Schultersysteme als noch weitgehend Forschungsthema, mit vorhandenen Systemen, die schwer sind oder in Leistung und Unterstützung begrenzt. Semiaktive oder quasi-passive Geräte liegen dazwischen. Ein kleiner Motor passt die Federvorspannung oder den Hebelarm an, während die Unterstützung selbst passiv bleibt. In dem oben genannten Beitrag berichten die Autoren von einem maximalen Stützmoment von 12 Nm, vergleichbar mit den stärksten passiven Systemen auf dem Markt.

Das heißt nicht, dass es auf dem Markt keine angetriebenen Optionen gäbe. Einige handelsübliche Schultergeräte nutzen pneumatische Unterstützung mit einem akkubetriebenen Kompressor, gedacht für Montage- und Handhabungsaufgaben vor der Brust und in Überkopfhöhe. Wenn Sie ein solches Gerät erwägen, behandeln Sie die Leistungsangaben des Herstellers als Behauptungen, bis Sie das Gerät in Ihrem eigenen Prozess haben arbeiten sehen.

Für viele Betriebe ist ein passives Gerät der sinnvolle Ausgangspunkt – wegen Gewicht, Robustheit und Einfachheit. Eine angetriebene oder semiaktive Option wird erwägenswert, wenn Aufgaben in Last und Haltung stark variieren und das Team bereit ist, Akkus, Laden und zusätzliche Wartung zu managen.

Starr oder weich: die Achse der Bauweise

Die zweite Achse betrifft die Bauweise. Starre Exoskelette nutzen einen Rahmen, meist aus Metall oder Verbundwerkstoff, um Lasten vom Arm zum Rumpf oder zur Hüfte zu leiten. Weiche Exoskelette, manchmal Exosuits genannt, verzichten auf den harten Rahmen und setzen auf Textilien, elastische Elemente oder aufblasbare Bauteile nah am Körper.

Jeder Ansatz tauscht einen Vorteil gegen einen anderen. Weiche Geräte sind nachgiebig und leichter und fühlen sich oft weniger störend an. Ihr Hauptnachteil ist die Kehrseite dieser Stärke: Ohne starren äußeren Rahmen gibt es nichts Festes, über das Last geleitet werden kann. Starre Rahmen können höhere Kräfte leichter liefern.

Bei direkten Vergleichen ist die Evidenzbasis dünn. Bei Schultern ist das Bild nicht klarer. Behauptet ein Anbieter, weich sei einfach besser als starr oder umgekehrt, fragen Sie, an welcher Aufgabe, Haltung und Personengruppe die Aussage getestet wurde.

Für Käufer lautet die Frage nicht, welche Philosophie gewinnt, sondern welcher Kompromiss zur Aufgabe passt. Starre Geräte eignen sich eher für anhaltende Überkopfarbeit, bei der vorhersehbare, wiederholbare Unterstützung zählt. Weichere Bauarten können zu Aufgaben passen, die einen großen Bewegungsumfang brauchen oder bei denen Sperrigkeit ein Problem ist, etwa in engen Räumen. Auch Komfort zählt. Ein Gerät, das mechanisch funktioniert, aber die Haut reizt, landet im Spind, und der nächste Abschnitt zeigt, warum das subjektive Empfinden nicht ignoriert werden darf.

Was die Evidenz für Schulter- und Überkopfarbeit zeigt

Laborergebnisse schwanken stark je nach Gerät, Haltung und Messmethode; keine einzelne Zahl sollte daher als Versprechen gelesen werden. Einer der nützlicheren Befunde betrifft die Reichweite. Eine Studie zu einem passiven Exoskelett für die obere Extremität fand, dass die Unterstützung über klassische Überkopfaufgaben hinausreichte, aber nur bei Haltungen mit abduzierter Schulter, also wenn der Arm seitlich angehoben ist. Finden Ihre Aufgaben überwiegend vor dem Körper statt, prüfen Sie sorgfältig, ob die Stützkurve eines Geräts zu Ihren Haltungen passt.

Derselbe Beitrag berichtet über einen Zielkonflikt zwischen der Unterstützung, die ein Gerät gibt, und der Wahrnehmung der tragenden Person. Mehr Unterstützung fühlt sich nicht automatisch besser an. Sie lässt außerdem eine zusätzliche Rückenmuskelaktivität bei Überkopfarbeit und bei gespannten Federn möglich erscheinen. Die Entlastung einer Körperregion kann die Belastung anderswohin verlagern.

Eine Ermüdungsstudie in Applied Ergonomics fügt eine weitere Ebene hinzu. Sie fand, dass die Unterstützung durch ein passives Schulterexoskelett ermüdungsbedingte Effekte nur teilweise abmilderte und dass die wahrgenommene Belastung der Überkopfarbeit unverändert blieb, obwohl die Aktivität in den Muskeln, die den Arm heben, sank. Geringere Muskelbelastung heißt nicht immer, dass sich die Arbeit für die ausführende Person leichter anfühlt.

Die praktischen Folgen für Entscheidende liegen auf der Hand. Erwarten Sie nicht, dass ein Gerät jeden Laborvorteil in Ihrem Werk liefert, und beurteilen Sie den Erfolg nicht allein anhand von Muskelaktivitätswerten des Herstellers. Ein großer Teil der veröffentlichten Arbeiten stammt aus dem Labor, mit kurzen Aufgaben und kleinen Stichproben. Felddaten zu langfristigen Ergebnissen, etwa Beschwerderaten oder Krankenstand über viele Monate, sind deutlich seltener. Genau deshalb hat ein strukturierter Test im eigenen Betrieb mehr Gewicht als jedes Datenblatt.

EU-Regeln und Tests eines Geräts im eigenen Betrieb

Die Regulierung ist weniger geklärt, als viele Käufer annehmen. Das Diskussionspapier der EU-OSHA zu Exoskeletten hält fest, dass es in der EU noch keine einheitliche Regulierung oder Zertifizierung von Exoskeletten gibt. Je nach vorgesehenem Einsatz kann ein Gerät unter die Maschinenrichtlinie, unter PSA-Vorschriften oder unter Medizinprodukterecht fallen. Der Überblick der FEES zum Rechtsstatus sagt dasselbe. Fragen Sie in der Praxis jeden Lieferanten, unter welchem Regime er das Produkt in Verkehr gebracht hat, und verlangen Sie die passende Erklärung und Dokumentation. Gehen Sie nicht davon aus, dass eine CE-Kennzeichnung jede Frage zur Eignung am Arbeitsplatz klärt. Ihre eigene Gefährdungsbeurteilung gilt weiterhin, einschließlich der Wirkung des Geräts auf Haltung, Bewegung und andere Tätigkeiten in der Umgebung.

Bei dünner Felddatenlage und ungeklärten Regeln ist der Test im eigenen Betrieb der sinnvolle Weg. Ein guter Test ist kurz, strukturiert und an messbare Fragen geknüpft:

• Wählen Sie ein bis zwei konkrete Aufgaben und die Beschäftigten, die sie tatsächlich ausführen, statt einer allgemeinen Einführung.
• Erfassen Sie vor dem Test eine Ausgangsbasis durch Beobachtung, eine Haltungsbeurteilung wie RULA und Rückmeldungen der Beschäftigten. Unsere kostenlose Ergonomie-Analyse arbeitet mit einem kurzen Video der Aufgabe.
• Fragen Sie die Beschäftigten nach Komfort, Passform und empfundener Anstrengung, nicht nur danach, ob das Gerät getragen wurde.
• Legen Sie im Voraus fest, was als Erfolg gilt und wer die Entscheidung freigibt.

Wenn Sie noch klären, welcher Typ zu welcher Aufgabe passt, kann der Exoskelett-Berater die Auswahl eingrenzen, und die Schulter- und Armgeräte in unserem Katalog lassen sich nebeneinander vergleichen. Unser Leitfaden zum Testen von Exoskeletten vor dem Kauf erklärt, warum Tests vor Ort das Risiko eines Fehlkaufs verringern, und so funktioniert eine Ryggo-Bestellung beschreibt den Ablauf von Deploy & Decide Schritt für Schritt. Welchen Weg Sie auch wählen: Testen Sie das Gerät an der echten Aufgabe, mit den echten Beschäftigten, und beurteilen Sie es anhand von Belegen aus Ihrer eigenen Halle.