Hochschule Mittweida University of Applied Sciences Fachbereich Wirtschaftswissenschaften Arbeitswissenschaft Prof. Dr. H. Lindner 53 3. Gestaltung der

Hochschule Mittweida

University of Applied Sciences

Fachbereich Wirtschaftswissenschaften

Arbeitswissenschaft

Prof. Dr. H. Lindner53

3. Gestaltung der Arbeitsumwelt

Faktoren der Arbeitsumwelt wirken leistungsfördernd bzw. leistungshemmend

Belastungen = Stressoren

Beanspruchungen

Aktivationsniveau

Stressoren Arbeitsumwelt

SchallSchall LichtLicht KlimaKlima Luftverun-Luftverun-reinigungenreinigungen




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3.1 Schall,Lärm Hören3.1.1 Physikalische Grundlagen

Elastische Körper lassen sich in Schwingungen versetzen

Masseteilchen pendeln um ihre Ruhelage

Energie breitet sich in Form von Schall- bzw. Longitudinalwellen aus

Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles

E

v Dichte in kg /m3

E Elastizitätsmodul in Pa1. Feste Stoffe (dünne Stäbe)

2. Flüssige Stoffe

1v

Kompressibiölität in 1/MPa

Bsp.: Schallgeschwindigkeit in Wasser, = 0,00051 1/mPa

smmkgNm

v /14003/1000/2111051

1




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3. Gasförmige Stoffe

p

v p Druck in kPa (N/m2)

Bsp.: Schallgeschwindigkeit in Luft; = 1,41 1/Mpa, = 1,239 kg/m3, p (Normal)= 101,235 kPa

smkgms

mkgmv /2,331

239,122

31013254,1

ausgewählte Schallgeschwindigkeiten in m/s

Stahl 5000 Luft 331 (0o C)Granit 3950 CO2 258Blei 1300 H 1261Glas 5500 He 971Mauerwerk 3480 Luft 312 (-30oC)Holz 3000Kork 500Gummi 54




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3.1.2 Physiologie des Hörens

Hörbereich des MenschenHörbereich des Menschen

16 Hz - 20 000 Hz16 Hz - 20 000 Hz

< Infraschall > Ultraschall

Optimaler HörbereichOptimaler Hörbereich1000 Hz - 4000 Hz1000 Hz - 4000 Hz

Normales Hörvermögen (Hörfelder Musik- und Sprachbereich)

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Obere Hörgrenzenin Hz

Delphin 150 000

Fledermaus 90 000

Ratte 60 000

Katze 50 000

Hund 35 000

Mensch 18 000

Heuschrecke 12 000

Uhu 8000




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Schnittbild des Ohres

Trommelfell (Durchmesser 10 mm, d=0,1 mm)

Hammer

Amboß

Steigbügel

Hörnerv

Schnecke

Gleichgewichtsorgan

f < 2000 Hz : verzerrungsfreie Übertragung mittels Gehörknöchelchen

f > 2000 Hz: Übertragung Schädelknochen auf Innenohr

Außenohr




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Schnittbild Schnecke

• erbsengroß, 2,5 Windungen• zweigeteilt, dazwischen Corti-Organ (30 000 Haarzellen)

Physiologie des Hörens

• Schwingungen werden in ovales Fenster über Gehörknöchelchen geleitet• biomechanischer Wandler; Flüssigkeitswellen wandern an Membran

Auslenkung Haarzellen; bioelektrischer Reiz wird über Hörnervabgegriffen

Lärmempfinden




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Ohr besitzt gegenüberOhr besitzt gegenüberLärm keinen natürlichenLärm keinen natürlichenFilterFilter

Ohr ist Tag und Nacht Lärm ausgesetzt

Zu hoher Schalldruck überlastet Corti -Organ (Stoffwechsel)

Haarzellen sterben ab = Lärmschwerhörigkeit

Berufskrankheit 1998 Nr.1 in DeutschlandBerufskrankheit 1998 Nr.1 in DeutschlandLärmschwerhörigkeit (BK-Nr. 2301)Lärmschwerhörigkeit (BK-Nr. 2301)

1998 : 18 000 angezeigte Fälle1998 : 18 000 angezeigte Fälle10800 entschädigt10800 entschädigt

seit 1929 anerkannte Berufskrankheitseit 1929 anerkannte Berufskrankheitseit 1961 übergreifend auf alle Wirtschaftszweige seit 1961 übergreifend auf alle Wirtschaftszweige




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Berufskrankheiten (Anteil % ,Stand 1999)

33Lärm 28

Atemwege

24Haut

15sonstige

Umfrage Schallbelästigung (GesundheitsministeriumSachsen 1998)

66%Straßenverkehr

53Flugverkehr

Nachbarn 31

27Schienenverkehr

18Industrie

8Sport




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Richtskale zur Bewertung von Geräuschen (Schalldruckpegel in dB(A)

180 Düsentriebwerk (Kampf-Jet)140 Verkehrsflugzeug130 Motorprüfstand

120 Trennschleifer110 Kolbenkompressor100 Bohrhammer 90 Baumaschinen,Werkzeugmaschinen,Rasenmäher

80 Vortrag in 3 m Entfernung70 PKW60 Laserdrucker,Lüfter Computer50 leises Gespräch in 1m Entfernung (Kommunikation Klausur letzte Reihe)30 Flüstern (kommunikation Klausur 1. Reihe)10 Blätterrauschen

GEHÖRGEFÄHRDUNG

GEFÜHLS- SCHMERZSCHWELLE




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Schallstärke 9n dB(A) und signifikant nachweisbare psychophysische Reaktionen

Psychische Reaktionen

• Konzentrationsschwächen• Reaktionsschwächen• Ablenkungs- und Blockiereffekte• Störungen Motorik

Vegetative Reaktionen

• Verengung Blutgefäße• Verminderung Herzschlagvolumen• Blutbildveränderung• Pupillenerweiterung

SchwerhörigkeitSchwerhörigkeit ++verstärkte Wirkungverstärkte Wirkung

vegetativer Reaktionenvegetativer Reaktionen

SchmerzgrenzeSchmerzgrenze

0 - 30

ab 60

ab 85ab 85

ab 120




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Arbeitsmedizinische Praxis

•19 % der 20-Jährigen hören wie 50-Jährige (Jahrgang 1948)•10 % aller Berufsanfänger haben Hörvermögen wie Arbeiterdie 10 Jahre unter Industrielärm gearbeitet habennahezu alle Rockmusiker der 60er sind schwerhörig

Disco : 110 - 130 dB(A)

Open-air: 140 dB(A)walk-man : 100 dB(A)

Moltorlärm Cesna 120 dB

Disco-Besuch : maximal 5 Minutenwalk-man : maximal 30 min. täglich




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Gehörschadensrisiko in Abhängigkeit von Dauer und Intensität (nach ISO 19999)


3.1.3 Schallbelastung des Menschen

SchallbelastungSchallbelastung

Belastungshöhe Belastungsdauer

Schalldruck



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FrequenzZeitlicher Verlauf

Einwirkungs-dauer




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Hörschwelle und Kurven gleicher Lautstärkeempfindung (Phonlinien)

dB(A)




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4.1.4 Das Schallfeld und seine Bestimmungsgrößen

Schallenergiedichte Quotient vorhandene Schallenergie/Raumvolumen

Vm

undVmvWsichergibtmv

KinEEVEWnBeziehungedenMit

2

2

2

2;

2

2vW W : Energiedichte : Dichte

V: Schallgeschwindigkeit im Medium

Schallstrahlungsdruck Druck, der auf alle Körper im Schallfeld wirkt, bei voll-ständiger Absorption identisch mit Schallenergiedichte

2

2vW

Schallstärke = Schallintensität

2

2cvJ

in W/m2

C : Ausbreitungsgeschwindigkeit der Teilchen mit Energie E

V : Schallgeschwindigkeit im Medium

Schallintensität des OhresSchallintensität des Ohres1010-12-12- 200 W/m- 200 W/m22

Alarmsirene 50m Abstand 10-2

Sprache: 10-8




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3.1.5 Schall- und Lautstärkepegel

Menschliches Gehör nimmt nicht tatsächliche Schallintensitäten war !Menschliches Gehör nimmt nicht tatsächliche Schallintensitäten war !Menschliches Gehör nimmt nicht tatsächliche Schallintensitäten war !Menschliches Gehör nimmt nicht tatsächliche Schallintensitäten war !

Die absolute Änderung des Empfindens ist proportionalder relativen Änderung des Reizes

Bsp.:

• Wägestück von 100 g in ausgestreckte Hand;

Es müssen noch 5 g dazugelegt werden,um Gewichts-Unterschied zu spüren

• Wägestück von 200 g in ausgestreckte Hand

Es müssen noch 10 g dazugelegt werden,um GewichtsUnterschied zu spüren

• bei 1000 g müssen noch 50 g dagelegt werden um Gewichtsunterschied zu spüren

Für Lautstärkebereiche oberhalb 30 dB gilt mit guter Näherung dasWeber- Fechner‘sche gesetz




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Pegelmaße

Nehmen Bezug auf gerade noch wahrnehmbare schalltechnische Größen die mitdem Sensor Ohr registriert werden können

1. Schallintensitätspegel

0

lg10J

JiL

In dB

J0= 10-12 W/m2

2. Schalldruckpegel

0

lg20p

ppL

Po = 0,0002 ubar




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Lärmpegelmesser

• objektiv anzeigende Meßgeräte • Mikrofo-Verstärker- Gleichrichter- Anzeige• es wird berücksichtigt,daß Pegel mit tieferen Frequenzen weniger laut empfunden werden als hohe Frequenzen (Filtereinbau)• Schalldruckpegel immer frequenzbewertet (Simulation Ohr)

Dämpfungskennlinien

Dämpfungskennlinien von Filtern für die Bestimmung der Schall-druckpegel in dB(A), dB(B),und dB(C). Bei der Beurteilung vonGeräuschimmission wird überwiegend der Schalldruckpegel in dB(A) angegeben.




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Prinzip der Schalldruckpegelmessung nach DIN IEC 651

Quadrierstufe: Wechseln von Schalldruck p auf Schalleistung WMitteilungsstufe: energetischer Mittelwert über definierte ZeitspanneS (Slow) :1 sF (Fast : 125 msI (Impuls) : 35 ms




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3.1.6 Ausgewählte schalltechnische Berechnungsgrundlagen

1. Äquivalenter Dauerschalldruckpegel

Erfassung zeitlich unregelmäßig schwankender Lärmpegel innerhalb einesdefinierten Meßintervalles

itn

i

qiL

TqeqL

1

103

101lg3

10

In dB(A)

• q Äquivalentparameter Verkehrs-Baulärm q = 4 Industrielärm q= 3•Li gemessener i-ter Schalldruckpegel• ti Einwirkungszeit i-ter Schalldruckpegel• T Gesamtbeobachtungszeit

Bsp.: Ermitteln Sie den äquivalenten Dauerschalldruckpegel nachfolgend aufge-zeigter Schallquellen und deren Abstrahlungsdauer

L1 60 dB(A) t1 75 min

70 dB(A) 200 min

80 dB(A) 150 min

65 dB(A) 60 min

75 dB(A) 40 min

q=3 ; T=480 min

Leq = 10/3 . 3 lg 1/480 ( 106 .75 + 107 . 200 + 108 . 150 + 106,5 . 50 + 107,5 . 40 )

Leq = 10 . lg 108/480 ( 0,75 + 20 + 150 + 10 + 100,5 . 0,6 + 101,5 . 0,4)

Leq = 10 . lg 108/480 (1885,3)

Leq = 75,86 dB(A)




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2. Addition von Schallpegeln

1. Pegeldifferenz > 10 dB(A) Vernachlässigung des kleineren Pegels

2. Pegeldifferenz = 0 Resultierender Pegel 3 dB über Einzelpegel

3. Addition mehrere Schalldruckpegel gleicher Intensität




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4.2 Lärmminderungsmaßnahen

Ansatz

LärmquelleLärmquelle LärmübertragungLärmübertragung

Lärmentstehung Lärmemission Lärmausbreitung Lärmimmission

• Konstruktion• Verfahren• Wartung• keine extreme Belastung

• Vermeidung Resonanz• Dämpfung

• räumliche Unterteilung• raumkustische Maßnahmen

• Lärmpausen• persönlicher Schallschutz

BeispieleBeispiele




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Zu Konstruktion/Verfahren

• Gleitlager statt Wälzlager

• Schrägverzahnung statt Geradverzahnung

• Prinzip Drosselmotoren Hubraumvergrößerung senkt n ; 1960 : 850 cm3, 1980 : 1200 cm3, Drehzahlredu- zierung um 1000 1/min; Pegelsenkung von 82 auf 74 dB(A)

• Werkstoffeinsatz - Reifenlärm =Abrollgeräusche steigen bei Geschwindigkeits- erhöhung bezogen auf Motorlärm mit 4. Potenz

- günstige Materialpaarung Kunsttoff-Stahl

• gute Oberflächenbeschaffenheit (Riemenantriebe

• Schweißen statt Nieten

• Elektromotor statt Verbrennungsmotor

• strömungsgünstige Austrittöffnungen

• geringes Lagerspiel

• Reduzierung bewegter Massen• stetige statt stoßartige Bewegungen• Schrägschliff bei Stempeln an Stanzen




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Zu Vermeidung von Resonanz

• dynamisches Auswuchten von Maschinenteilen • Vermeidung von schwingungsfähigen Flächen

- exakte Verschraubung von Blechkonstruktionen, Antidröhnlacke, Sandwich- Bauweise, Dämpfungsbeläge, Biegesteifigkeit durch Formgebung

•Schwingungsisolatoren

Trafo-Lager




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Zu Lärmausbreitung

VDI 2720• Schallschutzschirme,Schallschutzwände

- Deckenvariante,Stellvariante,Verkehrswesen - Lärmdämmung 4-15 dB




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Zu Kapselung VDI 2711

- Schalldämmung bis 30 dB- einschalige Kapseln 5 - 25 dB- zweisxchalige Kapseln > 25 dB- Schalldämmatten




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Kapselung Lüfter




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• Schalldämpfer- bis 70 dB




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Schallpegelminderungmit Rohrschalldämpfer

Neues Verfahren Lärmbekämpfung




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Zu Lärmausbreitung

- raumakustische Maßnahmen Schallabsorptionsgrad (Dämmung in %)




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- zu räumliche Untertteilung

Schalldruckpegel nimmt mit Entfernungsverdopplung um die Hälfte ab

Konzentration von Hauptlärmerzeugern im Raum

zu persönlicher Schallschutz

• Gehörschutzwatte : 8 - 20 dB(A) • Gehörschutzstöpsel : 10 - 25 dB(A)

• Gehörschutzkapsel : 6 - 30 dB(A)




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Schallschutzhelme,Schallschutzwesten,Schallschutzanzüge




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Zu Lärmpausen

Verkürzung der Expositionszeit

Zeitweise andere Tätigkeit > 75 dB(A) = Organisationsproblem

Zeit

Zeit in min

dB(A)

480

90

240

93

120

96

60

99

30

102

15

105

8

108




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Arbeitspädagogik




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3.1.7 Lärmschutzrecht

1. Arbeitsplatz-Lärmschutzrichtlinie VDI 2058

• Schallpegelmessung• Gehörschutzprüfung,arbeitsmedizinische Überwachung• Gehörschutz, Arbeitsgestaltung

2. Unfallverhütungsvorschrift Lärm nach VGB 21

U.a. : Lärmbereiche >dB(A) kennzeichnen > 85 dB(A) Ausgabe persönlicher Körperschallschutz (> 120 dB(A) Schallschutzhelme) Arbeitnehmer müssen bei > 85 dB(A) Körperschallschutz tragen !!!Arbeitnehmer müssen bei > 85 dB(A) Körperschallschutz tragen !!!

Regelungen zur Gestaltung akustischer Gefahrensignale

- Signale 15 dB(A) über Maximalpegel- pulsierende Signale zwischen 0,2 und 5 Hz- Frequenz: 3000 - 5000 Hz- Gefahrensignal muß sich in Pegel und Frequenz von Umgebungslärm unterscheiden- Signaldauer äquivalent zur Gefahrendauer

3. Bundesimmissionsschutzgesetz- TA Lärm3. Bundesimmissionsschutzgesetz- TA Lärm

Regelt Verkehrslärm,Baulärm,Sportanlagen,Lärmimmission Haushaltgeräte,Industrielärm usw. - Gewerbegebiete : 69 dB(A) Tag - 59 dB(A)Nacht- reine Wohngebiete:59 dB(A)Tag - 49 dB(A) Nacht- Rasenmäher (Verbrennungsmotor ) : Schnittbreite < 50 cm 96 dB(A) >120 cm 105 dB(A)




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Arbeitsstättenverordnung 1974 § 15Arbeitsstättenverordnung 1974 § 15

Prinzipiell sind Lärmpegel so niedrig wie möglich anzustreben

Überwiegend geistige Tätigkeiten : 55 dB(A)Überwiegend geistige Tätigkeiten : 55 dB(A)

einfache, überwiegend mechanisierteeinfache, überwiegend mechanisierteTätigkeiten 70 dB(A)Tätigkeiten 70 dB(A)

Industriearbeitsplätze max. 85 dB(A) Industriearbeitsplätze max. 85 dB(A)

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