Untersuchungen zur komplexen Optimierung des Arbeitssystems "motormanuelle Waldarbeit":
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Chemnitz
IBF
1997
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| Schriftenreihe: | Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme <Chemnitz>: Wissenschaftliche Schriftenreihe des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme
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Abbildungsverzeichnis v
Tabellenverzeichnis ix
Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen xi
0 Motormanuelle Waldarbeit als Arbeitssystem 1
1 Gesundheitsrisiken beim Einsatz von Motorkettensägen 4
1.1 Allgemeines 4
1.2 Ätiologie und Pathogenese des vibrationsbedingten vasospastischen
Syndroms 5
1.3 Auswirkungen auf den Knochenapparat 10
1.4 Physische Belastung und Beanspruchung des Motorsägenführers 11
1.5 Verletzungsgefahren beim Einsatz von Motorkettensägen 14
1.6 Lärm 21
1.6.1 Aurale Belastung 22
1.6.2 Extraaurale Belastung 24
1.7 Schadstoffe 25
1.7.1 Belastung der Umwelt 30
1.7.2 Belastung des Sägenführers 31
1.7.2.1 Toxische Stoffe im Abgas 32
1.7.2.2 Kanzerogene Stoffe im Abgas 35
1.7.2.3 Ölaerosole 37
1.8 Komplexe Belastung des Motorsägenführers 38
2 Lösungsansätze zur Minimierung der einzelnen Gesundheitsrisiken
anhand von Labor und Felduntersuchungen 42
2.1 Allgemeines 42
2.2 Vibrationsbedingtes vasospastisches Syndrom 43
2.2.1 Maßnahmen zur Vibrationsminderung 43
2.2.2 Verringerung der Greifkräfte 54
2.2.3 Erhöhung der Hauttemperatur 56
2.3 Auswirkungen auf den Knochenapparat 57
2.4 Physische Belastung des Motorsägenführers 58
— i —
2.5 Maßnahmen zur Minderung von Verletzungsgefahren bei der Arbeit
mit der Motorkettensäge 59
2.5.1 Automatische Kettenbremse 59
2.5.2 Auslaufbremse 62
2.5.2.1 Auslaufbremse bei Kettensägen mit Elektroantrieb 62
2.5.2.1.1 Elektrodynamische Auslaufbremse 62
2.5.2.1.2 Mechanische Auslaufbremse 64
2.5.2.2 Auslaufbremse bei Kettensägen mit Verbrennungsmotor 64
2.5.3 Gestaltung der Schneidgarnitur 69
2.5.3.1 Gestaltung der Schiene 69
2.5.3.2 Gestaltung der Kette 69
2.5.4 Sicherheitskleidung 71
2.5.5 Sonstiges 71
2.6 Maßnahmen zur Geräuschreduzierung 72
2.6.1 Grenzwerte 72
2.6.1.1 Gehörschädlichkeit 72
2.6.1.2 Nachbarschaftsbelästigung 74
2.6.2 Konzeption einer lärmarmen Motorsäge mit
Verbrennungsmotor
2.6.2.1 Auspuff Schalldämpfer 76
2.6.2.2 Ansaugsystem 77
2.6.2.3 Gaswechselgeräusche 2.6.2.4 Zylinder 77
2.6.2.4.1 Einbauspiel 78
2.6.2.4.2 Desachsierung 78
2.6.2.4.3 Nenndrehzahlabsenkung 78
2.6.2.4.4 Dämpfung der Kühlrippen 80
2.6.2.4.5 Flüssigkeitskühlung 80
2.6.2.4.6 Zylinderhaube 80
2.6.2.5 Werkstoffe 81
2.6.2.6 Schneidgarnitur 81
2.6.2.7 Perspektiven 81
82
2.6.3 Konzeption einer lärmarmen Motorsäge mit Elektromotor 2.6.4 Gehörschutz 83
2.7 Maßnahmen zur Emissionsreduzierung 2.7.1 Magerkonzept 2.7.2 Katalysator 85
2.7.3 Einspritzung 88
2.7.4 Viertaktmotor 92
2.7.5 Alternative Antriebskonzepte 94
2.7.6 Sonderkraftstoffe 95
2.8 Kombination der Losungsansätze 96
3 Untersuchung zum Anwenderverhalten von Motorkettensägenf tihrern... 99
3.1 Durchführung der Untersuchung 100
3.2 Charakterisierung und Abgrenzung der Benutzergruppen 101
3.2.1 Definition der Benutzergruppen 101
3.2.2 Arbeitsinhalte und Arbeitsfunktionen 102
3.2.3 Arbeitszeiten 103
3.2.4 Arbeitsorte 104
3.2.5 Sicherheitsbewußtsein der Anwender 104
3.2.6 Subjektive Bewertung der wichtigsten Belastungsfaktoren 106
3.2.7 Anforderungsprofil der Benutzergruppen an die Motorsäge 109
3.3 Ermittlung der Belastung durch Arbeitslärm 110
3.3.1 Methodik 110
3.3.2 Äquivalenter Dauerschallpegel für Hobbyanwender 113
3.3.3 Äquivalenter Dauerschallpegel für Profianwender 114
3.4 Ermittlung der Belastung durch Nachbarschaftslärm 115
3.5 Beurteilung der Sozial und Umweltverträglichkeit von
Motorkettensägen bezüglich des Lärms 118
3.5.1 Arbeitslärm 118
3.5.2 Nachbarschaftslärm 120
4 Komplexe Lösungen 122
4.1 Optimale Lösung für den professionellen Anwendungsfall 122
4.1.1 Maßnahmen zur Abgasreduzierung 122
4.1.2 Maßnahmen zur Vibrarionsreduzierung 123
4.1.3 Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit 123
4.1.4 Zielkonflikt Lärm/Leistungsgewicht 123
4.2 Optimale Lösung für den Hobbyanwender 124
4.2.1 Maßnahmen zur Abgasreduzierung 124
4.2.2 Maßnahmen zur Vibrationsreduzierung 125
4.2.3 Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit 125
4.2.4 Zielkonflikt Lärm/Leistungsgewicht 126
— iii —
4.2.5 Überführung der gefundenen komplexen Lösung in eine
serienreife Version 126
4.2.5.1 Beschreibung der technischen Änderungen 126
4.2.5.2 Verifizierung der geforderten Randbedingungen im
Versuch 129
5 Zusammenfassende Bewertung und Ausblick 132
6 Anhang 137
6.1 Richtlinien und Normen zur Lärmbewertung 137
6.2 Ermittlung des äquivalenten Dauerschallpegels 139
6.3 Zeitanteile der Arbeitsverrichtungen aus den Feldstudien 154
7 Literatur 156
Abbildungsverzeichnis
1. Arbeitssystem 1
2. Belastungen der Umwelt und des Sägeführers durch die motormanuelle
Waldarbeit mit der Motorkettensäge 4
3. Symptome des vibrationsbedingten vasospastischen Syndroms 5
4. Mittlere Latenzdauer (Jahre) in Abhängigkeit der frequenzbewerteten Be¬
schleunigung 9
5. Körperliche Belastung bei manueller, motormanueller und maschineller
Holzernte 12
6. Belastungs und Beanspruchungshöhe bei der Arbeit mit der Motorsäge in
Abhängigkeit von der Aufgabe 13
7. Arbeitsausfall nach einem Motorsägenunfall in Wochen 15
8. Verletzte Körperteile bei Unfällen von Waldarbeitern (einschl. Motorsä¬
genunfällen) und bei reinen Motorsägenunfällen 15
9. Entwicklung der Motorsägenunfälle in Schweden 16
10. Bewegungszustand der Kette beim Unfall 18
11. Unfallhergang nach STADLMANN 19
12. Motorsägenarbeitsvorgang beim Unfall 20
13. Verletzungsverursachende Segmente der Schneidgarnitur 20
14. Entwicklung des Schalldruckpegels von Motorsägen seit 1970.
Dargestellt ist der Schalldruckpegel am rechten Ohr des Sägeführers beim
Sägen 21
15. Tonaudiogramm verschiedener Stadien der Lärmschwerhörigkeit 22
16. Typische Abgaszusammensetzung eines konventionellen Zweitakt
Ottomotors in Abhängigkeit vom Luftverhältnis X bei Vollastbetrieb 25
17. Haftölverteilung im Sägebetrieb 29
18. Überblick über den Kennrnisstand der CO Wirkung (humanmedizinische
Befunde im Bereich 0 10% CO Hb) anhand der veröffentlichten Literatur 34
19. Ãœbersicht der komplexen Umweltfaktoren bei der Entstehung des
vibrationsbedingten vasospastischen Syndroms 39
— v —
20. Primäre, sekundäre und individuelle Maßnahmen am Beispiel des Lärms.42
21. Darstellung der ISO Meßstellen am Griff röhr (GR) und Handgriff (HG) des
Griffsystems (GS) einer Motorkettensäge. Das Erregersystem ist mit ES be¬
zeichnet 43
22. Meßaufbau zur Messung der gewichteten Beschleunigungsresultierenden
(WAS) an Motorsägen nach ISO 7505 44
23. Typische Vibrationspegel einer Benzin 2 Takt Motorkettensäge bei 8000
U/min. Einfluß der Isolierelemente und des Schneidprozesses 45
24. Vibrationsspektrum einer Elektro Kettensäge als Beispiel für eine masse
kraftfreie Antriebseinheit bei 8000 U/min ohne Last bzw. beim Sägen 46
25. Aufstellvorgang eines Schneidezahns im Schneidprozeß 48
26. Schneidezahnform Langzahn zur Verringerung der Vibrationswerte aus
dem Schneidprozeß 49
27. Gegenüberstellung der Vibrationswerte der Langzahn und Serienkette
beim Sägen in Buche 5
28. Darstellung des Beschleunigungsverlaufes an der Meßstelle am Griffrohr
eines Griffsystems bei konstanter sinusförmiger Erregung von 3g (RMS) auf
demShaker 51
29. Stand der Technik bei Motorkettensägen mit AV System als Übersicht der
wichtigsten am Weltmarkt angebotenen Typen. Dargestellt ist die gewich
tete Beschleunigungsresultierende (WAS) am Griffrohr und am Handgriff
mit Vollast beim Sägen 53
30. Entwicklung des Leistungsgewichts bei benzingetriebenen Motorket¬
tensägen von 1976 bis 1992 55
31. Entwicklung des Vorschubkraftbedarfs und der erforderlichen Antriebs¬
leistung bei konstanter Schnittleistung von 1928 bis 1992 55
32. Schnittleistungsvergleich unterschiedlicher Schneidezahnformen bezogen
auf die Hochleistungskette Rapid Super (RS) 56
33. Kickbackauslösung durch Kontakt des kritischen Schienenspitzenbereichs
mit Holz mit unterschiedlichen Rückschlagsrichtungen. Der kritische
Schienenspitzenbereich ist schraffiert °
34. Auslöseschwelle für automatische Kettenbremsen bei Beschleunigung der
Schienenspitze nach oben und hinten durch einen definierten Impuls 61
35. Hilfserregerschaltung für die elektrodynamische Auslaufbremse 63
36. Lüften und Auslösen der Kettenbremse über den hinteren Handgriff und
den Handschutz 66
37. Schematische Darstellung der Funktion der Auslaufbremse. Zustand 1:
Bremse ist gelüftet; Zustand 2: Bremse wird ausgelöst; Zustand 3: Bremse
wird vom ausgelösten in den gelüfteten Zustand überführt 67
38. Ausführung der Bauteile der Auslaufbremse in einer Zusammenbauzeich¬
nung 68
39. Sicherheitskette des Typs Picco Micro 1, bestehend aus Niedrigprofilzahn
und Sicherheitsverbindungsglied 70
40. Schalldruckpegel der Triebwerksgeräusche in Abhängigkeit der Drehzahl
bei total gedämpften Gaswechselgeräuschen 79
41. Abmagerungskurven bei n = 10.000 min . CO, HC und NOx bei einer Mo¬
torsäge 044 mit und ohne Wasserkühlung 84
42. Aufbau eines Metallträgerkatalysators für Motorsägen 85
43. HC und CO Emission eines Sägenmotors in Abhängigkeit von der Drehzahl
mit und ohne Katalysator 86
44. Prinzipschaltbild der pneumatischen Einspritzanlage für hochdrehende
Zweitaktmotoren 90
45. Vergleich der HC und CO Emission zwischen Einspritzung und Vergaser
über dem Verbrauch. Abmagerungskurve bei n = 10.000 min ¦ 91
46. Mögliche Schadstoffreduzierung bei der Kombination unterschiedlicher
Technologien 91
47. Prinzipskizze eines 4 Takt Ottomotors mit Kurbelgehäuseaufladung 93
48. Druckentwicklung der Kurbelgehäuseaufladung während eines
Arbeitstaktes (schematische Darstellung) 93
49. Einsatzorte der Profi und Hobbyanwender für Befragung und
Feldstudien 100
50. Ergebnis der Befragung zur Erfahrung mit der Motorsäge 102
— vii —
51. Häufigkeit der Arbeitsfunktionen bei Profi und Hobbyanwendern 102
52. Räumlich differenzierte Einsatzbereiche 104
53. Angaben zur Schutzausrüstung im Besitz der Befragten 105
54. Häufigkeit der Nutzung von Gehörschutzmitteln 106
55. Subjektive Angaben zu den wichtigsten Belastungsfaktoren bei der Arbeit
mit der Motorsäge, unterteilt nach den Benutzergruppen 107
56. Subjektive Angaben zum Kraftaufwand bei der Motorsägenarbeit, unterteilt
nach Benutzergruppen 107
57. Subjektive Angaben zum Zeitraum der erträglichen Belastung bei der
Arbeit mit der Motorsäge 108
58. Aus den Benutzerangaben ermittelte Konstruktionskriterien 109
59. Ermittlung des äquivalenten Dauerschallpegels 112
60. Äquivalenter Dauerschallpegel Le^ bei Hobby und Profianwendern mit
variablen operativen Betriebszeiten pro Woche 114
61. Äquivalenter Dauerschallpegel in Abhängigkeit der Entfernung zum
nächsten Gebäude (8 h Tag) 117
62. Äquivalenter Dauerschallpegel in Abhängigkeit der Entfernung zum
nächsten Gebäude (1 Arbeitstag pro Woche) l17
63. Äquivalenter Dauerschallpegel einer MS mit 92 dB(A) Schalldruckpegel im
Nennleistungspunkt 120
64. Maßnahmen zur Schallpegelreduktion für eine leise Hobbysäge 127
65. Konstruktiv veränderte Teile des Prototyps einer leisen Hobbysäge 128
66. Vergleich des Schalldrucks der geräuschreduzierten Säge mit dem Stand
der Technik in Abhängigkeit vom Hubraum 129
67. Terzspektrum der geräuschreduzierten Säge beim Sägen bei Drehzahl
7.000 min1 130
68. Schematische Darstellung der Teilschallquellen der geräuschreduzierten
Säge. Gemessen ist der Schalldruckpegel Lp am Meßpunkt Ohr in dB(A).
Meß Höchstdrehzahl gasreguliert 9.300 min i 131
— viii —
Tabellenverzeichnis
1. Ergebnisse von PYYKKÖ (109). Bestimmung der Vasokonstriktion durch
Erlöschen der Pulswellen im Fingerplesmythogramm in verschiedenen
Frequenzbereichen 7
2. Entwicklung vibrationsbedingter Berufskrankheiten bei Waldarbeitern 9
3. Arbeitsenergieumsatz (kj/min) bei manueller, motormanueller und ma¬
schineller Holzernte 12
4. Schwerpunkte des Unfallherganges in der Forstwirtschaft bei der
Holzernte 14
5. Verletzte Körperteile bei Motorsägenunfällen 18
6. Abgasemissionen von Motorsägen während eines simulierten Arbeitsab¬
laufs. Durchschnittswerte der Abgaskonzentration pro m3 für 7 neue Ket¬
tensägen verschiedener Hersteller 26
7. Abgasemission beim Fahren im Bremsprüf stand. Durchschnittswerte der
zeitbezogenen Emission für 7 neue Sägenmodelle im simulierten Arbeits¬
ablauf 27
8. Max. Kettenölnebelausbreitung in Abhängigkeit von der Außentemperatur,
gemessen an einer mittelschweren Profisäge 29
9. Ergebnis einer Befragung von 138 schweizerischen Forstarbeitern im Alter
von 35 65 Jahren bezüglich störender Arbeitseinflüsse 32
10. Toxische Stoffe im Abgas der Motorsäge mit den wichtigsten
Wirkungen 35
11. Bedingungen zur Vermeidung von Gehörschäden nach ISO 1999 73
12. Bedingungen zur Gewährleistung unbeträchtlicher Auswirkungen auf das
Gehör 73
13. Die zukünftigen Grenzwerte des Californian Air Resource Board (CARB)
für kleine Zweitaktmotoren 94
14. Vergleich der Zusammensetzung von bleifreiem Normalbenzin zu
Motomix 96
15. Betriebszeiten pro Jahr von Hobby und Profianwendern 103
16. Arbeitstage pro Jahr von Hobby und Profibenutzern 103
— ix —
17. Äquivalenter Dauerschallpegel im 8 h Tag; LeqB (8 h) 111
18. Äquivalenter Dauerschallpegel Leqlj und Leqw bei Hobbyanwendern 114
19. Äquivalenter Dauerschallpegel Leq^ bei Profianwendern 115
20. Korrelation zwischen äquivalentem Dauerschall und
Schalleistungspegel 115
21. Mindestentfernungen bei Hobbyanwendern zum nächsten Gebäude
(Expositionszeit 2,5 h/Tag und Woche) 116
22. Mindestentfernungen bei Hobbyanwendern zum nächsten Gebäude (1 Ar¬
beitstag pro Woche mit 2,5 h) 116
23. Äquivalente Dauerschallpegel in Abhängigkeit von der Entfernung zum
Wohngebiet bei Hobbyanwendern (Schallbelastung 2,5 h/Woche) 118
24. Ergebnisse der Befragung zur Lästigkeit des durch Motorkettensägen ver¬
ursachten Lärms 119
25. Abgaswerte der leisen Hobbysäge im Vergleich mit den Grenzwerten
CARB 95 130
— x —
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