Der Piezo-Elektret-Wandler ist unauffällig im inneren Befestigungsriemen des Helms eingearbeitet. Das Foto zeigt einen Demonstrator der Technik. – Bild: ©Ursula Raapke/Fraunhofer-Institut LBF 
Die Piezo-Elektret-Folie ist geschäumt und mit Aluminium als Kontaktschicht bedampft. Wird sie durch einwirkende Beschleunigungskräfte verformt, gibt sie Spannung ab, die vom System als Signal aufgenommen wird. – Bild: Fraunhofer-Institut LBF
Wer schwere Baumaschinen fährt, ist fast pausenlos heftigen Schwingungen ausgesetzt. Bagger, Radlader oder Planierraupen generieren niederfrequente Vibrationen, die sich im Körper des Menschen fortpflanzen und auf Dauer Gesundheitsschäden verursachen können. Dazu zählen beispielsweise Sehstörungen oder Schäden an Wirbelsäule und Gehirn.
Forschende am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben hierfür im Rahmen des Projekts Flexeras eine Lösung entwickelt: Ein Schutzhelm mit integriertem Beschleunigungssensor registriert die auf den Körper treffenden Schwingungen und leitet diese über einen Sender an einen externen Rechner weiter. Dort werden sie analysiert und visualisiert. Auf diese Weise lässt sich jederzeit erkennen, wenn Belastungsgrenzen für den Menschen auf dem Fahrersitz erreicht sind.
„Die Ganzkörperschwingungen, denen die Führer von Baumaschinen ausgesetzt sind, erreichen im Durchschnitt Beschleunigungswerte von 0,2 bis 1,5m/s², Spitzenwerte können deutlich höher liegen. Mit unserer Helm-Sensorik ist es auf einfache Art möglich, die Vibrationsbelastung im täglichen Betrieb exakt zu messen. Auf der Basis lässt sich der Gesundheitsschutz deutlich verbessern“, sagt Björn Seipel, Experte für Elektromechanik und Automatisierung am Fraunhofer LBF.
Herzstück der Technologie ist ein Piezo-Elektret-Wandler, der als unscheinbare flexible Polypropylen-Folie ausgeführt ist und als Sensor dient. Die Folie ist im Inneren des Helms an der Kopfoberseite in einen Befestigungsriemen eingearbeitet. Schwingungen, die von der Baumaschine ausgehen und sich über den Körper fortpflanzen, treffen als Beschleunigungskräfte auf die Folie und verformen diese. Je nach Grad der Verformung generiert die Piezo-Elektret-Folie eine Spannung. Diese wird als Signal an das Elektronikmodul weitergegeben. Dort werden die Signale aufbereitet, an eine am Körper befestigte Sendeeinheit geleitet und von da drahtlos an den empfangenden Rechner geschickt. Die darauf installierte Software zeichnet die Signale auf und zeigt in Echtzeit die Vibrationen aus ausgewählten Frequenzbereichen an. Werden bestimmte Grenzwerte überschritten kann die Software eine Warnmeldung ausgeben.
Als Projektpartner war das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen beteiligt, das seine Expertise im Bereich der Datenanalyse für medizinische Sensorsysteme einbrachte. www.lbf.fraunhofer.de