Designwelt: So wählen Sie ein sicheres, effektives Gegengewichtsystem

Anstrengende Bewegungen wie schweres Heben, Schieben oder Stoßen sind für die meisten nicht-tödlichen Verletzungen am Arbeitsplatz in den Vereinigten Staaten verantwortlich. Tatsächlich werden 84 % der Verletzungen, die zu Abwesenheit von der Arbeit führen, durch Überanstrengung, Reaktionen (wie Ausrutschen oder Stürzen) oder gefährlichen Kontakt mit Gegenständen und Geräten verursacht.

Und übrigens: Arbeitnehmer zwischen 45 und 55 Jahren sind am anfälligsten für Verletzungen, die durch Überanstrengung und Arbeitsunfälle verursacht werden. Aufgrund der schweren Lasten, die gehoben werden müssen, sind Bau-, Transport- oder Lieferarbeiter am häufigsten betroffen, aber auch in anderen Branchen sind diese Risiken weit verbreitet.

Ein typisches Beispiel: Eine Laborantin in einer medizinischen Einrichtung klemmt sich den Finger in einer schweren Gerätetür ein, die sich unerwartet schließt. Sie zieht sich eine Schnittwunde und verursacht möglicherweise eine Kontamination des Labors. Oder denken Sie an die Zugangsklappe zu unterirdischen Infrastruktursystemen an einem Flughafen. Die Klappe muss schwer genug sein, um dem Gewicht eines Flugzeugs standzuhalten, und so zugänglich, dass sie ohne den Einsatz großer und teurer Hebezeuge geöffnet werden kann.

Stellen Sie sich nun weiter vor, eine Bedienperson verschafft sich mühelos Zugang zu den unterirdischen Anlagen, doch dann versagt die Haltevorrichtung der Klappe und die Person wird im Untergrund eingesperrt. In beiden Fällen sind die Sicherheit und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung fehlerhaft, und die Lösung ist ein sorgfältig ausgewähltes und ordnungsgemäß installiertes Gegengewichtssystem.

Die Bedeutung des Gegengewichts

Ein Gegengewicht ist ein Gewicht oder eine Kraft, die ein anderes Gewicht oder eine andere Kraft ausgleicht oder abschwächt. In der Regel sind Gegengewichtssysteme mit Federn oder Streben ausgestattet, um eine Abdeckung, eine Klappe, eine Tür oder eine andere Vorrichtung effektiv zu stützen. Innerhalb dieser Systeme gibt es mechanische, gasbetriebene und hydraulische Optionen. Die ideale Wahl hängt von der Anwendung und der Umgebung ab, in der sie eingesetzt wird.

In den oben genannten Beispielen würde die ideale Gegengewichtslösung eine Bedienperson zuverlässig dabei unterstützen, die Tür des Laborgeräts oder die Zugangsklappe am Flughafen sicher und ohne Verletzungsgefahr zu betätigen - unabhängig vom Gewicht der Tür oder Klappe.

„Bedenken Sie, dass bei Infrastrukturanwendungen eine scheinbar einfache Klappe oder Lukentür 300 oder 400 Pfund oder mehr wiegen kann“, erklärt Steve Rockow, Manager, Global Engineering. „Das eingesetzte Gegengewichtssystem muss eine vorgegebene Masse tragen und bei Bedarf offen halten, ohne dass ein plötzliches Versagen zu befürchten ist.“

„In vielen Branchen gelten außerdem bestimmte Gewichts- und Hebebeschränkungen für die Sicherheit der Arbeiter oder Angestellten, so dass ein ideales System so konstruiert ist, dass es unter diesen Beschränkungen bleibt, um die Auflagen angemessen zu erfüllen“, ergänzt Jeanne Bogre, Senior Director of Sales. „Oft ist es notwendig, bestimmte Lasten oder Gewichte auszugleichen, damit eine Person eine Klappe oder Tür ohne die Hilfe einer Maschine sicher öffnen kann.“

Glücklicherweise gibt es bei modernen Gegengewichtssystemen verschiedene Möglichkeiten. Selbstöffnende Mechanismen sind eine solche Möglichkeit.

„So kann eine Bodenluke eine geschlossene Verriegelungsposition haben, aber wenn die Verriegelung gelöst wird, öffnet sie sich von selbst“, sagt Rockow. „Das Gegengewichtssystem kann auch installiert werden, um bestimmte Geschwindigkeitsbegrenzungen einzuhalten, eine bestimmte Drehung beizubehalten und dergleichen mehr.“

Eine weitere wichtige Funktion für viele Anwendungen besteht darin, sicherzustellen, dass eine Verkleidung, Luke oder Tür nach dem Öffnen sicher verriegelt wird.

„Wenn Sie eine schwere Tür oder eine unterirdische Zugangsklappe öffnen, ist es entscheidend, dass ein Arbeiter nicht eingeklemmt, gequetscht oder in einem engen Raum eingesperrt wird“, erklärt er. „Die Klappe muss unbedingt offen bleiben, auch bei einer Windböe oder ähnlichem. Deshalb gibt es Verriegelungsmechanismen, so genannte Prop-Locks, die als zusätzlicher Sicherheitsmechanismus eingebaut werden können.“

Solche Verriegelungen können eine manuelle Entriegelung bieten, um sicherzustellen, dass sich die Klappe nur dann schließt, wenn eine Bedienperson sie manuell entriegelt. Dies ermöglicht ein sicheres, absichtliches Schließen der Klappe oder Luke und stellt sicher, dass keine Bedienperson versehentlich in einem Bereich eingeschlossen oder verletzt wird, wenn sich die Klappe oder Tür schließt.

Im obigen Beispiel ist die Gerätetür des Labors ein Fall, in dem das Gegengewichtsystem nicht lange genug geöffnet blieb, um einen sicheren Zugang zu ermöglichen.

Neben mechanischen Verriegelungsmechanismen gibt es heute auch elektromechanische Streben, die mit einer elektrischen Schalttafel verbaut und mit einem einfachen Schalter bedient werden können.

„Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die beste und sicherste Wahl zu treffen, je nach den Vorlieben der Benutzer und den Anforderungen eines Projekts", fügt Bogre hinzu.

Unabhängig von der Option ist die Wahl eines idealen Gegengewichtsystems eine kritische Entscheidung, die die Bedürfnisse der Arbeiter oder Bediener widerspiegeln und gleichzeitig die einzigartigen Merkmale der Anwendung erfüllen sollte.

Auswahl des richtigen Systems

Jede Anwendung hat ihre eigenen einzigartigen Anforderungen und möglichen Herausforderungen bei der Auswahl und Installation des idealen Gegengewichtsystems. Ziel ist es immer, das Gewicht eines Gegenstands (wie eine Tafel, eine Abdeckung oder eine Tür) zu reduzieren und dem Endbenutzer Kontrolle und ein Gefühl der Sicherheit zu geben. Idealerweise bietet das System auch Langlebigkeit und erfordert wenig bis keine Wartung.

Zu den Arten von Gegengewichtsystemen gehören:

1. Mechanisch. Eine dichtungslose, gas- und ölfreie Gegengewichtslösung, die keine Wartung erfordert und in der Regel über die gesamte Lebensdauer der Anwendung hält. Diese Wahl ist ideal für Umgebungen, die Korrosion oder veränderlichen Bedingungen ausgesetzt sind, und wo Ausfälle keine Option sind. Mechanische Streben können in unterschiedlichen Intervallen konsistente, wiederholbare Lasten erzeugen. Dies ist die umweltfreundlichste Option.

2. Gas. Gasdruckfedern bestehen aus einer Präzisionsstange, die an einem Kolben befestigt ist und sich in einem abgedichteten Zylinder bewegt, der unter Druck stehendes Stickstoffgas und Öl enthält. Sie unterstützen das Heben und wirken als Gegengewicht für Anwendungen, indem sie eine Druck- oder Zugkraft um eine Drehachse erzeugen.

„Diese werden auch als Gasdämpfer bezeichnet und sind eine praktikable Lösung, wenn die Umgebungstemperatur stabil ist. Da es sich um geschlossene Geräte handelt, die unter Druck stehen, kann sich der Druck beispielsweise bei heißem Wetter ändern, wodurch sich die Kraftausgabe verändert“, erklärt Rockow. „Korrosion kann ebenfalls ein Problem sein, aber es gibt auch Versionen aus Edelstahl, so dass es Lösungen gibt, um bestimmte Bedingungen zu entschärfen.

Es ist auch zu beachten, dass Gasfedern über Dichtungen verfügen, die das Öl im Inneren schützen, aber diese Dichtungen verschleißen mit der Zeit, sodass in der Regel eine Wartung erforderlich ist.

3. Hydraulisch. Hydraulische Systeme funktionieren und erledigen Aufgaben mit Hilfe von unter Druck gesetzter Flüssigkeit. Gegengewichtssysteme können eine effiziente Alternative zu herkömmlichen Hydraulikpumpen oder Hochdruckschläuchen sein, die kostspielig und problematisch sein können.

„Als Beispiel für ein hydraulisches System fällt mir der Bergbau ein“, sagt Rockow. „Dort werden oft riesige Kieslaster eingesetzt, deren Reifen 16 bis 20 Fuß hoch sind und die hinten eine große Schaufel für den Kies haben. Diese Lkw haben in der Regel große Zugangsklappen, für die eine elektromechanische Strebe ideal und weitaus kostengünstiger ist als eine Hydraulikpumpe, die zur Betätigung Flüssigkeit und Zylinder benötigt. Das elektromechanische Strebensystem arbeitet stattdessen mit niedriger Gleichspannung.“

Die richtigen Fragen stellen

„Es gibt mehrere Fragen, die man sich stellen sollte, bevor man sich für ein Gegengewichtssystem entscheidet“, fügt Rockow hinzu. „Zu berücksichtigen sind die Masse, der Schwerpunkt, die möglichen Befestigungsstelen der Streben oder Federn, die Bedingungen, denen die Anwendung ausgesetzt sein wird, und die Flexibilität, die wir innerhalb dieser Faktoren haben. All dies variiert je nach Kunde und Anwendung.“

Ein weiterer wichtiger Aspekt: die Langlebigkeit der Anwendung. Wie lange muss das Produkt arbeiten und wie oft wird das Gegengewichtssystem verwendet? Ist es nur alle paar Monate (wie eine Zugangsluke für die Wartung unterirdischer Rohre oder Infrastruktur), ein- oder zweimal täglich (wie bei einer Foodtruck-Tür) oder ein- oder zweimal pro Stunde (wie bei schweren Geräten)?

„Abgesehen von der Berechnung der Zyklen, die das Produkt jeden Tag, jede Woche oder jedes Jahr durchlaufen soll, ist es wichtig, an die Umgebung zu denken, bevor man ein Gegengewichtssystem auswählt“, sagt Bogre. „Gas kommt vielleicht nicht in Frage, wenn die Anwendung unterirdisch ist oder die Witterung ein Problem darstellt. Oder ein bevorzugtes hydraulisches System erfordert eine hydraulische Quelle - aber die Anwendung muss in sich geschlossen sein, also ist diese Option vom Tisch. Die richtigen Fragen zu stellen, hilft bei der Wahl des richtigen Systems.“

Um diese Faktoren richtig einschätzen zu können, ist eine Vielzahl von technischen Informationen erforderlich. Um den Prozess zu vereinfachen, bietet ASRaymond ein kostenloses Online-Konfigurationstool für Gegengewichte an.

„Dieses Tool übernimmt die komplizierten technischen Berechnungen und bietet Optionen. Es ist einfach und effizient in der Anwendung. Der Techniker kann die Parameter der spezifischen Anwendung eingeben und das Tool bestimmt einige der besten Gegengewichtsoptionen“, sagt sie.

Dazu gehören die Variablen der Anwendung (z. B. der Winkel, die Tiefe und die Höhe), die Last und die Spezifikationen der Streben, so dass im Wesentlichen kein Rätselraten mehr erforderlich ist.

„Mit diesem Tool lässt sich auch das Ausprobieren vermeiden, so dass man nicht fünf oder sechs Federn kaufen muss, um sie zu testen, in der Hoffnung, dass eine der Optionen funktioniert“, fügt Rockow hinzu. „Das ist kostspielig, denn man muss die Komponenten kaufen, die verschiedenen Befestigungsmöglichkeiten herausfinden, Löcher bohren, bei Bedarf Halterungen hinzufügen und möglicherweise alles umstellen und eine andere Komponente ausprobieren.“

Der Gegengewichts-Konfigurator berechnet die Ergebnisse und bietet in der Regel fünf oder sechs Optionen für Streben oder Federn an, einschließlich der besten Befestigungspunkte und Grifflasten für das betreffende Projekt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Auswahl eines Gegengewichtssystems Folgendes zu beachten ist:

• Die Masse oder Rotationsmasse
• Die Lage des Schwerpunkts
• Flexibilität und mögliche Befestigungsorte für die Streben
• Umgebung
• Ergonomie
• Überlegungen zur Wartung (z. B. leichter Zugang für die Reinigung, insbesondere in Branchen mit hohen Hygieneanforderungen wie dem medizinischen Sektor)
• Sonstige Präferenzen oder Einschränkungen

Sicherstellung der Zugänglichkeit

„Der typische Arbeitnehmer sieht heute anders aus als vor 50 Jahren,“, sagt Bogre. „In vielen Bereichen gibt es eine alternde Belegschaft. Außerdem gibt es in fast jeder Branche viel mehr Frauen. Es ist wichtig, bei der Gestaltung von Geräten und der Ergonomie ein größeres Sicherheitsbewusstsein an den Tag zu legen.“

Im Hinblick auf ein Gegengewichtsystem bedeutet dies, ein System auszuwählen und eine Anwendung zu entwerfen, die für alle Arten von Arbeitnehmern zugänglich ist, die sie nutzen könnten. Dabei kann es sich um die Entscheidung handeln, die zusätzliche Masse einer Zugangsklappe zu verringern, um den Zugang zu erleichtern, oder um die Installation eines elektrischen Steuerungssystems, das durch einen Schalter betätigt wird, um sicherzustellen, dass ein Mitarbeiter keine Verletzungen riskiert.

Idealerweise werden solche Entscheidungen bereits in der Entwurfsphase einer Anwendung getroffen.

„Allzu oft werden Gegengewichtsysteme erst in der Endphase der Produktentwicklung berücksichtigt, was alles andere als ideal ist“, sagt Rockow. „In solchen Fällen schränken Sie möglicherweise Ihre Auswahlmöglichkeiten ein und erhöhen den Zeit- und Kostenaufwand für die endgültige Anwendung.“

„Um dies zu verdeutlichen, ist es sinnvoll, die Gegengewichtslösung bereits in einem frühen Stadium des Entwicklungszyklus zu berücksichtigen“, fügt Bogre hinzu. „Wenn zum Beispiel eine Anwendung bereits entworfen ist und nur ein kleiner Einbauraum für die Installation der Streben zur Verfügung steht, hat man nur einen kleinen Hebel zur Verfügung. Es kann sein, dass man große Streben braucht, um effektiv arbeiten zu können, aber es gibt nicht genug Einbauraum, um die Anforderungen zu erfüllen. Es ist sehr wichtig, dass man sich darüber eher früher als später Gedanken macht.“

Aus diesem Grund sollten die für ein ideales Gegengewichtssystem erforderlichen Hub- und Grifflasten unbedingt so früh wie möglich in der Konstruktion einer Anwendung berücksichtigt werden, um die beste und kostengünstigste Lösung zu gewährleisten.

„In der Regel können wir für alle Gegengewichtsanforderungen eine Lösung empfehlen oder entwickeln, aber je früher im Prozess dies geplant wird, desto mehr Optionen stehen zur Verfügung - und oft auch Standardlösungen anstelle von teureren Sonderanfertigungen“, sagt Rockow. „Der Gewichtsausgleich sollte aus Gründen der Sicherheit und der Hebelwirkung eine wichtige frühzeitige Entscheidung sein und, wenn möglich, nicht erst am Ende des Konstruktionszyklus eines Projekts getroffen werden.“

Zusammen mit dem Gegengewichts-Konfigurator bietet ASRaymond die Möglichkeit, online eine Gegengewichtslösung für ein Produkt oder eine Anwendung zu entwerfen.

„Dies gibt den Ingenieuren die Möglichkeit, das endgültige Design zu visualisieren, verschiedene Optionen in Betracht zu ziehen und Teile oder Prototypen direkt online zu bestellen, wodurch der gesamte Prozess vereinfacht wird“, sagt ASRaymond, „Sie können die wichtigsten Merkmale auswählen, wie z. B. einen Verriegelungsmechanismus für zusätzliche Sicherheit. Wir wollen immer sicherstellen, dass die Kunden die besten verfügbaren Optionen haben und verstehen, um das sicherste und effektivste Gegengewichtssystem für ihre Anwendung zu gewährleisten."