Ergonomie-Grundlagen: Anthropometrie

Autor: Dr.-Ing. Christiane Kamusella

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Begriff Anthropometrie

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(griech.):

Anthropos: Mensch

metron: Maß metrein: Ermittlung oder Bestimmung

Lehre von der Messung und den Maßverhältnissen des menschlichen Körpers

gemäß DIN EN ISO 15535:2008-05:

Untersuchung und Messung der physischen Maße und der Masse des menschlichen Körpers und seiner (äußeren) Einzelelemente

• Quantitative Erfassung und Beschreibung einzelner Körpermaße (anthropometrischer Daten) des Körpers (wie z. B. Dimension und Proportion) sowie demographischer Daten (z. B. Geschlecht, Alter, Wohnsitz, Beruf)
• Messung von Körpermerkmalen und statistische Aufbereitung von Daten
• Betrachtung von Maßentwicklungen zum Vergleich verschiedener Gruppen und Populationen
• Bereitsstellung von Maßen für eine Nutzerpopulation
• Teilgebiet (Messmethode) der Anthropologie

Population

Gruppe von Menschen, die Eigenschaften gemeinsam haben, die ihre anthropometrischen Verteilungen beeinflussen

Nutzpopulation

Bevölkerungsgruppe, für die eine technische Gestaltung vorgesehen ist (gemäß DIN EN ISO 15535:2008-05)

Anwendung:

• Bekleidungsindustrie (modische Kleidung, berufsgruppenspezifsche Bekleidung, Sicherheitsbekleidung und -ausrüstung)
• Ergonomie (maßliche Auslegung von Arbeitsplätzen, technischen Arbeitsmitteln, Verbraucherprodukten)

Quelle: DIN EN ISO 15535:2008-05: Allgemeine Anforderungen an die Einrichtung anthropometrischer Datenbanken (ISO 15535:2006); Deutsche Fassung EN ISO 15535:2006

Ordnungsschema für Körpermaße

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Wege anthropometrischer Gestaltung

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Möglichkeiten für die metrische Auslegung eines Produktes oder Arbeitsplatzes:

1. Bildung von Körpergrößenklassen (klein, mittel, groß)

Produkte unterschiedlicher Größenabstufungen (z. B. Wechselgriffe an Handwerkszeugen, Fahrräder in unterschiedlichen Rahmengrößen, Computermäuse für große und kleine Hände, Schuhgrößen, Konfektionsgrößen in der Textilindustrie, Schulgestühl)

2.Verstellbarkeit von Abmessungen an Gegenständen für die Nutzergruppe (z. B. Höhenverstellbarkeit von Tischen, Stühlen)

3. Hinzufügen von Anpassungshilfen bei wirtschaftlichen und technischen Zwängen (z. B. Fußstützen, Sitztiefenverlängerung über ausklappbare Auflagen)

4. Maßgerechte individuelle Auslegung von Produkten und Arbeitsplätzen (z. B. für kleinwüchsige Personen; wenn Nutzer bekannt ist; maßgerechte Küche)

Körpermaßverteilung - Körpergrößenklassen

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Körperlängenmaße: Einzelwerte symmetrisch um Mittelwert verteilt ⇒ Normalverteilung
Breiten-, Tiefen-, Körperumfangsmaße: Einzelwerte folgen keiner Normalverteilung
Verwendung von verteilungsunabhängigen statistischen Größen:
Berechnung von Häufigkeitswerten, d.h. von empirischen Perzentilwerten  

Perzentil

lat. „Hundertstelwerte“ ⇒ Prozentränge

Perzentilwert = relative Summenhäufigkeit einer Gruppe

Zerlegung der Verteilung in 100 gleich große Teile (n=100) mit 1%-Segmenten

Perzentil = besondere Form des Quantils

p-Quantil Qp: Merkmalswert, unterhalb dessen ein vorgegebener Anteil p aller Fälle der Verteilung liegt

p: Unterschreitungsanteil

z.B. Quantil Q69 = Perzentil P69

unterhalb dieses Punktes liegen 69% aller Fälle der Verteilung

Prozentrang von 50 = 50. Perzentil: = 0,5-Quantil: Median (Zentralwert)

Perzentilwerte geben für ein Körpermaß an, wie hoch der prozentuale Anteil der Personen einer Bevölkerungsstichprobe
ist, die kleiner sind als das angegebene Perzentil oder anders gesagt:
Sie zeigen jeweils den Messwert an, der von einem definierten Prozentsatz der gemessenen Menschen maximal erreicht wird:
5. Perzentil bedeutet z. B.: 5% sind in dem Maß kleiner oder so groß, wie hierdurch festgelegt

Die größte Verteilungsdichte der Individualwerte eines Körpermaßes liegt in der Mitte der Verteilungskurve.

Bei Normalverteilung gilt näherungsweise:

• 68,3% aller Messwerte haben eine Abweichung von höchstens 1xStandardabweichung vom Mittelwert,
• 95,4% aller Messwerte haben eine Abweichung von höchstens 2xStandardabweichung vom Mittelwert,
• 99,7% aller Messwerte haben eine Abweichung von höchstens 3xStandardabweichung vom Mittelwert.

Kumulative Häufigkeit der normalverteilten Körperhöhe in %:

Quelle: H. Greil: Wachstum und Variabilität im Körperbau und ihre Berücksichtigung bei industriellen Größensystemen. In: Brandenburgische Umwelt Berichte (BUB) 10 S. 62-76 (2001)

  

im 1 cm-Bereich von 160 cm bis 161 cm

bei Frauen: Anteil: 6,5%

bei Männern: Anteil: 0,9%

im 5 cm-Bereich von 175 cm bis 180 cm

bei Frauen: Anteil: 2,4%

bei Männern: Anteil: 26,7%

Körperhöhe größer als 170 cm

Anteil jüngerer Frauen gegenüber älteren doppelt so hoch

Körperhöhe kleiner als 170 cm

Anteil jüngerer Männer gegenüber älteren weniger als die Hälfte

Perzentilberechnung normalverteilter Körpermaße

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Standardnormalverteilung mit den statistischen Größen Mittelwert und Standardabweichung

[math]\displaystyle{ K_{Perzentil}=\bar{x}\cdot s }[/math]

K_Perzentil: gesuchtes Perzentil

[math]\displaystyle{ \overline x }[/math]: Körpermaßmittelwert

z_Perzentil: z-Wert aus Tabelle der Standardnormalverteilung

s: Körpermaßstandardabweichung

[math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{K_{Perzentil}-\bar{x}}{s}| }[/math]

z-Werte für die Berechnung einiger Perzentile:

1.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 2,33s     99.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 2,33s

2.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 1,88s     97.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 1,88s

5.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 1,65s     95.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 1,65s

10.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 1,28s     90.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 1,28s

20.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 0,84s     80.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 0,84s

25.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 0,67s     75.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 0,67s

50.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math]

Quelle: W.Lange; A. Windel: Kleine ergonomische Datensammlung.Tüv Media;Auflage 13., aktualisierte Auflage. (September 2009)

Beispiel 1: Hauptmaße der Führerräume von Schienenfahrzeugen nach DIN 5566-02:2006-09
Höhe in jedem aufrecht beschrittenen Punkt
Vorzugsmaß: ≥2000 mm

Überprüfung des Vorzugsmaßes

entscheidendes Körpermaß: Körperhöhe

Nutzergruppe: 25-65 Jahre

entscheidendes Perzentil: 99.Perzentil

entscheidendes Geschlecht, Alter: männlich (jüngere Nutzer: 25-29 Jahre, da akzelerierter)

Körpermaße aus B. Flügel; H.Greil; K.Sommer: Anthropologischer Atlas. Alters- und Geschlechtsvariabilität des Menschen - Grundlagen und Daten. Verlag Minerva edition Wissen, 1986

[math]\displaystyle{ K_{99}=1755mm\dotplus2,33\cdot72mm }[/math]

99. Perzentil = 1922mm (+ Schuhwerk 30 mm) = 1952 mm ⇒ + Bewegungszuschlag: Höhe >1952 mm

Beispiel 2: Hauptmaße der Führerräume von Schienenfahrzeugen nach DIN 5566-02:2006-09
Höhe des Fluchtweges
Mindestmaß: 1800 mm

Welchem Perzentil entspricht die Höhe des Fluchtweges von 1800 mm bei männlichen Nutzern?

entscheidendes Körpermaß: Körperhöhe

Überprüfung beispielhaft für Nutzergruppe: 18-59 Jahre, männlich

Körpermaße aus B. Flügel; H.Greil; K.Sommer: Anthropologischer Atlas. Alters- und Geschlechtsvariabilität des Menschen - Grundlagen und Daten. Verlag Minerva edition Wissen, 1986

[math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{K_{Perzentil}-\bar{x}}{s}| }[/math] ⇒ [math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{1800mm-1715mm}{66mm}| }[/math] ⇒ Z_Perzentil=1,287

s. Tabelle der Standardnormalverteilung (Ermittlung des Flächenanteils, der dieser Wahrscheinlichkeit entspricht)

Z_Perzentil = 1,28   ⇒ Fläche 0,8997   ≈ 90.Perzentil

Für etwa 10% der männlichen Nutzer ist die Fluchtweghöhe zu niedrig.

Beispiel 3: Hauptmaße der Führerräume von Schienenfahrzeugen nach DIN 5566-02:2006-09
Lichter Türdurchgang, Höhe innen
Mindestmaß: 1700 mm

Welchem Perzentil entspricht die Höhe des Türdurchganges von 1700 mm bei jüngeren männlichen Nutzern?

Nutzergruppe: 18-65 Jahre, männlich und weiblich

entscheidendes Körpermaß: Körperhöhe, männlich, 18-25 Jahre

Körpermaße aus DIN 33402-2:2007-05)

[math]\displaystyle{ s=|\frac{K_{50}-K_{5}}{z_{50}-z_{5}}| }[/math]   ⇒ [math]\displaystyle{ s=|\frac{1790mm-1685mm}{0-(-1,65)}| }[/math]   ⇒ s = 63,63 mm

s: Standardabweichung

K₅₀: Körpermaß 50.Perzentil

K₅: Körpermaß 5.Perzentil

z₅₀: z-Wert Standardnormalverteilung für 50.Perzentil

z₅: z-Wert Standardnormalverteilung für 5.Perzentil

[math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{K_{Perzentil}-K_{50}}{s}| }[/math]   ⇒ [math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{1700mm-1790mm}{63,63mm}| }[/math]

Z_Perzentil=1,414   ⇒ Fläche 0,9207   ⇒ (100-92) = 8.Perzentil

Für nur etwa 8% der männlichen Nutzer ist der Türdurchgang aufrecht passierbar, für 92% der männlichen Nutzer ist die Tür zu niedrig.

Datenbanken für Körpermaße

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hier geht es demnächst weiter...

Einflussfaktoren auf die Variation von Körpermaßen

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• Geschlecht
• Alter
• säkulare Akzeleration
• ethnische Unterschiede
• Proportionale Unterschiede
• Körperbautypen
• Tagesschwankungen
• Asymmetrien
• Abweichung von Körpermaßen in Standardmessposition

- bequeme Körperhaltung

- Bewegung

- Zuschläge für Frisuren, Kleidung, Ausrüstungsgegenstände

- Addition von Einzelkörpermaßen für Körpermaßketten versus Gesamtmaß

Geschlecht

Vergleich Frau zu Mann

ca. 13 cm geringere Körperhöhe

breiteres Becken

schmalere Schultern

kürzere Extremitäten, kleinere Hände und Füße

stärkere und anders verteilte Korpulenz

Proportionsunterschiede im Verhältnis Rumpf zu Extremitäten

längerer und tieferer Rumpf, breiterer Unterrumpf

Alter

Vergleich Erwachsene und Jugendliche (Jugendliche gemäß Jugendarbeitsschutzgesetz ab 15 Jahre)

Körpermaßendwerte noch nicht erreicht

Wachstumsschübe vorhanden

Längenwachstum im weiblichen Geschlecht bis ca. zum 18.Lebensjahr, im männlichen Geschlecht bis nach dem 20.Lebensjahr

Beachtung bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen für Auszubildende

Quelle 1: Körpermaße aus B. Flügel; H.Greil; K.Sommer: Anthropologischer Atlas. Alters- und Geschlechtsvariabilität des Menschen - Grundlagen und Daten. Verlag Minerva edition Wissen, 1986

Vergleich jüngere und ältere Erwachsene - Veränderung der Körpermaße bei älteren Menschen

Einfluss ontogenetischer Alternsprozesse auf Längen- und Korpulenzmaße

Abnahme von Körperhöhe und Stammlänge

Haltungsverlust, Dehydrierung der Zwischenwirbelscheiben, Alterskyphose der Wirbelsäule

Anschein relativer Langbeinigkeit aufgrund veränderter Proportionen von Rumpf zu Extremitäten)

kürzere Extremitäten

Zunahme von Brustkorbtiefe und –breite

Brustkorbtiefe nimmt stärker zu als Brustkorbbreite (Thorax tonnenförmiger)

Zunahme von Körperumfang, Körpersitzbreite, Körpersitztiefe, Unterkörpertiefe

z. B. Sitztiefe F95:   20-29 Jahre: 518 mm versus 60-69 Jahre: 539 mm

z. B. Körpersitzbreite F95:   20-29 Jahre: 427 mm versus 60-69 Jahre: 463 mm

Gewichtszunahme, Zunahme der Extremgruppen sehr schlank – stark adipös

Korpulenzzunahme mit zunehmendem Alter

im fortgeschrittenen Erwachsenenalter Körper wieder schlanker

z. B. Körpermasse M50: 20-29 Jahre:  75,4 kg   50-59 Jahre: 84,3 kg   60-69 Jahre: 82,9 kg

z. B. Körpermasse F50: 20-29 Jahre:  60,9 kg   50-59 Jahre: 67,6 kg   60-69 Jahre: 70,8 kg

Zunahme von Handdicke, Daumenbreite, Zeigefingerbreite

Zunahme von Ohrlänge und -breite

Abnahme der Handgelenkbeweglichkeit (Extension, Flexion, Pronation, Supination)

Abnahme der Beweglichkeit der Halswirbelsäule (Beugung, Streckung, Seitbeuge, Kopfdrehung mit und ohne Rumpfdrehung)

z. B. Kopfrotation nach rechts F50: 20-29 Jahre:  76°   50-59 Jahre: 68°   60-69 Jahre: 62°

z. B. Beugung des Kopfes nach vorn: M50: 20-29 Jahre:  69°   50-59 Jahre: 53,5°   60-69 Jahre: 51°

Quelle: H.Greil, A.Voigt, C.Scheffler: Optimierung der ergonomischen Eigenschaften von Produkten für ältere Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer – Anthropometrie. BAuA F1299 (2007)

Daten Bild rechts aus: http://www.sizegermany.de/pdf/SG_Abschlusspraesentation_2009.pdf, Abruf 28.10.2010

Säkulare Akzeleration (positiver säkularer Trend)

(lateinisch):

Saeculum: Jahrhundert

acellero: beschleunigen

Beschleunigtes und vermehrtes Größenwachstum einer jüngeren gegenüber einer früheren Generationen

Allg.: eine gegenüber dem Durchschnittswert beschleunigte Entwicklung Die Menschen erreichen eine größere Endhöhe, werden schneller groß

Ursachen

sozioökonomische Lebensbedingungen

verbesserte hygienische Verhältnisse

hochwertige Nahrung

Abnahme Erkrankungshäufigkeit und –schwere während des Wachstumsalters

• Akzelerationsprozess seit ca. 150 Jahren nur in Wohlstandsländern (europäische Staaten, Nordamerika, Australien, Neuseeland, Japan)

• allmähliche Stagnation des positiven säkularen Trends in den Längenmaßen (in Norwegen, USA; in Deutschland bei Schulanfängern seit ca. 1994, da keine nennenswerten Fortschritte mehr im Lebensstandard

s. Quelle H.Greil, A.Voigt, C.Scheffler: Optimierung der ergonomischen Eigenschaften von Produkten für ältere Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer – Anthropometrie. BAuA F1299 (2007))

• nahezu unveränderte Körperhöhen in den vergangenen hundert Jahren in Indien, der Türkei und Kolumbien
• Verringerung der Körperhöhe in Kenia und Chile

s. Prof. Georg Kenntner in: http://www.klm-hannover.de/medien/lexi-tv.pdf, Abruf 28.10.2010

• Indikator für die Lebensqualität einer Bevölkerung

biologischer Lebensstandard in den west- u. nordeuropäischen Wohlfahrtsstaaten höher als in den USA:

Quelle: John Komlos: Körpergröße und Wohlstand. in: Spektrum der Wissenschaft (9)2005, S. 90

• positiver säkularer Trend in den Längenmaßen bei der erwachsenen deutschen Bevölkerung noch andauernd

säkularer Trend besonders bei großen Menschen zu beobachten, kleine Personen bleiben eher klein

ältere Erwachsene im Mittel kleiner und korpulenter als gleichzeitig gemessene junge Erwachsene

Abnahme der Längenmaße bereits zwischen der Altersgruppe der unter 40-Jährigen und über 40-Jährigen, nicht erst zwischen älteren Erwachsenen

Abnahme der Körperhöhe im Alter durch altersbedingte Schrumpfung und verminderte Streckfähigkeit der Wirbelsäule und durch gleichzeitig überlagerten säkularen Trend

s. Quelle H.Greil, A.Voigt, C.Scheffler: Optimierung der ergonomischen Eigenschaften von Produkten für ältere Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer – Anthropometrie. BAuA F1299 (2007))

 

Daten aus: http://www.sizegermany.de/pdf/SG_Abschlusspraesentation_2009.pdf, Abruf 28.10.2010

• Zunahme der Körpermasse und damit in der Generationenfolge Zunahme des positiven säkularen Trends
• Zunahme der Korpulenz, z. B. Brust-, Taillen-, Hüftumgang bei beiden Geschlechtern

Daten aus: http://www.sizegermany.de/pdf/SG_Abschlusspraesentation_2009.pdf, Abruf 28.10.2010

Ethnische Differenzierung

Ethnische Gruppe: Gruppe von Individuen, welche eine geographische Region bewohnen und physiologische Gemeinsamkeiten aufweisen

einzelne Nationen ethnisch unterschiedlich stark vermischt, aber i. allg. in jeder Nation dominierende ethnische Gruppen

• Negroiden: dunkelhäutige Menschen in Afrika; kleinere Teile in Asien, Pazifikinseln
• Kaukasoiden: hell- und dunkelhäutige Menschen in Europa, Nordafrika, Kleinasien, Mittlerer Osten, Polynesien
• Mongoloiden: Zentral-, Ost-, Südostasien; Urbevölkerung Amerikas

Unterschiede:

in absoluten Körpermaßen

in Proportionen

Nordeuropäer > Südeuropäer (ca. 8 cm)

Greifraum Nordeuropäer > Greifraum Südeuropäer

Extremitäten Schwarzafrikaner > Extremitäten Europäer

Greifraum Asiaten < Greifraum Europäer

Ausprägung des Geschlechtsunterschiedes in den Körpermaßen in Nordeuropa geringer als in Südeuropa

Proportionale Unterschiede

• unterschiedliche Körperproportionen vorhanden
• Person mit Körperhöhe 95.Perzentil weist nicht zwangsläufig eine Stammlänge, Schritthöhe und Armreichweite des 95.Perzentils auf
• Verhältnis Stammlänge zu Schritthöhe oder auch Körperhöhe zu Körpersitzhöhe (Stammlänge) führt zur Variationsbreite: langbeinig, kurzbeinig (Sitzzwerg, Sitzriese)

Sitzriese (kurzbeinig): langer Körperstamm, kurze Beine

gemäß DIN 33419:1993 (zurückgezogen): Stammlänge > 54% der Körperhöhe

Sitzzwerg (langbeinig): kurzer Körperstamm, lange Beine

gemäß DIN 33419:1993 (zurückgezogen): Stammlänge < 49% der Körperhöhe

Beispiel:

Je nach Referenzpunkt ergeben sich unterschiedliche Anforderungen.

Alle Pilotenaugpunkte müssen im sog. DEP (Design Eye Point) liegen. Daraus resultieren ergonomische Anforderungen an die Lage von Hand-, Fußstellteilen und der Sitzverstellung.

Im Fahrzeug hingegen sind alle Nutzer mit dem Ballen auf dem Pedal fixiert, was Auswirkungen auf die Position von Handstellteilen, Sitz und Augpunkt hat.

• Körpermaße korrelieren unterschiedlich stark miteinander:

Längenmaße: i. allg. eine relativ hohe Korrelation mit der Körperhöhe

Bei Veränderung eines Körpermaßes (Zu-, Abnahme) ändert sich das Bezugsmaß tendenziell in gleicher Weise

Breiten-, Tiefen-, Umfangsmaße, Abmessungen von Hand, Fuß und Kopf: relativ geringer biometrischer Zusammenhang zu Längenmaßen des Körpers

• Maßabhängigkeiten und -zusammenhänge für Gestaltungsaufgaben von Interesse:

Fragestellungen z. B.:

Haben größere Personen zwangsläufig eine größere Stammlänge bzw. Augenhöhe im Sitzen?

Sollte eine horizontale Sitzverstellung mit einer vertikalen zwangsgekoppelt werden, d. h. müssen Personen mit kürzeren Beinen gleichzeitig höher platziert werden?

Haben kleinere Personen kürzere Arme, müssen kleinere Personen zwangsläufig näher an Konsolen etc. positioniert werden?

• Überprüfung der Maßabhängigkeit: Nutzung einer Korrelationsmatrix

Konventionen zur Bewertung von Korrelationen:

0.0 < r ≤ 0.2 (sehr geringe Korrelation)

0.2 < r ≤ 0.5 (geringe Korrelation)

0.5 < r ≤ 0.7 (mittlere Korrelation)

0.7 < r ≤ 0.9 (hohe Korrelation)

0.9 < r ≤ 1 (sehr hohe Korrelation)

Quelle: Achim Bühl: SPSS 16. Einführung in die moderne Datenanalyse, Pearson Studium; Auflage: 11., aktualisierte Auflage.2008

Werte aus Korrelationsmatrix von Jürgens in Holger Luczak: Arbeitswissenschaft. Springer-Verlag GmbH; Auflage: 2., vollst. neubearb. A. (Januar 1998)

Körperbautypologien

• somatischer Körperbautyp nach William Sheldon in den USA
• Weiterentwicklung von Heath und Carter
• Anwendung in der Sportmedizin
• Beschreibung des Ausprägungsgrades jedes Somatotyps in einer Dreierzahl:
• Tripel: Ausprägungsgrad Endomorphie (Fettgehalt), Mesomorphie (Entwicklungsgrad der Muskulatur), Ektomorphie (Entwicklungsgrad des Knochenbaus)

Endomorphie

relativer Fettanteil

Endomorph (Pummeliger Typ)

Merkmale: starke Umfangsneigung und Neigung zum Fettansatz am Körperstamm

Mesomorphie

relative muskel-skelettale Robustheit

Mesomorph (Muskulärer Typ)

Merkmale: starke Entwicklung von Skelett und Muskulatur

Ectomorphie

relative Linearität oder Schlankheit (Schmalheit / Schmächtigkeit) eines Körpers

Ectomorph (Schlanker Typ)

Merkmale: hagerer, dünner Typ; geringes Breitenwachstum mit einhergehendem Höhenwachstum

• in Deutschland Einteilung des Körperbaus nach Metrik-Index nach Strömgren und Conrad (s. Quellen)

Pyknomorph (niedrig-breitwüchsiger Typ)

Metromorph (mittlere Körperform)

Leptomorph (hoch-schlankwüchsiger Typ)

Verwendung von Metrik-Index-Perzentilen

3-Teilung:

<P20: leptomorph

P20 - P80: metromorph

>P80: pyknomorph

5-Teilung:

<P10: streng leptomorph

P10-P25: moderat leptomorph

P25-P75: metromorph

P75-P90: moderat pyknomorph

>P90: streng pyknomorph

Metrik-Index:

Metrik-Index männlich:

= -0.3647 - (0.0401 ⋅ Körperhöhe) + (0.1253 ⋅ Brustkorbbreite) + (0.1540 ⋅ Brustkorbtiefe)

Metrik-Index weiblich:

= -2.6539 - (0.0348 ⋅ Körperhöhe) + (0.1640 ⋅ Brustkorbbreite) + (0.1799 ⋅ Brustkorbtiefe)

Quellen:

Andrea Voigt: Körperbau, Gelenkbeweglichkeit und Handkräfte Erwachsener im Generationenvergleich, Uni Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftlichen FakultätDiss. 2008

Jürgen Fritzsche: Sportanthropologische Untersuchungen zur Konstitutionstypologie von Kampfkünstlern der Sportart Karate (Elitekarateka), Diss. Universität Frankfurt am Main, 2006

Holle Greil: Der Körperbau im Erwachsenenalter - DDR-repräsentative anthropologische Querschnittsstudie. Diss. B Universität Berlin. 1988

Definition in Ergonomienormen:

schlanker Körperbautyp

nach DIN EN ISO 15537:2005-03

Person, bei der mindestens zwei Breitenmaße (vorzugsweise Schulterbreite und Hüftbreite) und zwei Tiefenmaße

(vorzugsweise Brusttiefe und Bauchtiefe) kleiner sind als bei der Person, die das 25. Perzentil repräsentiert

nach DIN 33419:1993 (zurückgezogen)

Betrachtung der Umfangsmaße: Hals-, Bauch-/Hüft, Brustumfang, Körpertiefe

in 3 Umfangsmaßen < 30.Perzentil

korpulenter Körperbautyp

nach DIN EN ISO 15537:2005-03

Person, bei der mindestens zwei Breitenmaße (vorzugsweise Schulterbreite und Hüftbreite) und zwei Tiefenmaße

(vorzugsweise Brusttiefe und Bauchtiefe) größer sind als bei der Person, die das 75. Perzentil repräsentiert

nach DIN 33419:1993 (zurückgezogen)

Betrachtung der Umfangsmaße: Hals-, Bauch-/Hüft, Brustumfang, Körpertiefe

in 3 Umfangsmaßen > 70.Perzentil

mittlerer Körperbautyp

nach DIN EN ISO 15537:2005-03

Person, die weder zum schlanken noch zum korpulenten Körpertyp gehört

nach DIN 33419:1993 (zurückgezogen)

Betrachtung der Umfangsmaße: Hals-, Bauch-/Hüft, Brustumfang, Körpertiefe

in 3 Umfangsmaßen < 30.Perzentil und < 70.Perzentil

Quelle:

DIN EN ISO 15537:2005-03: Grundsätze für die Auswahl und den Einsatz von Prüfpersonen zur Prüfung anthropometrischer Aspekte von Industrieerzeugnissen und deren Gestaltung (ISO 15537:2004); Deutsche Fassung EN ISO 15537:2004

Verschiedene in der Gestaltung zu beachtende Variationsreihen:

1: sehr groß, langbeinig, schlank <--> sehr klein, kurzbeinig, korpulent

2: sehr groß, kurzbeinig, schlank <--> sehr klein, langbeinig, korpulent

3: sehr klein, langbeinig, schlank <--> sehr groß, kurzbeinig, korpulent

4: sehr klein, kurzbeinig, schlank <--> sehr groß, langbeinig, korpulent

Am Beispiel eines Fahrersitzarbeitsplatzes resultiert für Variationsreihe 1 in Bezug auf Längenmaße eine große anthropometrische Differenz, wenn die kleine korpulente Frau mit kurzen Extremitäten (kurze Beine und Arme) sowie der große schlanke Mann mit langen Extremitäten Platz nehmen. Der Abbildung (links) kann entnommen werden, dass bei gleichem Fersenpunkt Sitz und Lenkrad Verstellbarkeiten in horizontaler und vertikaler Richtung aufweisen müssen. Dagegen sind aufgrund maßgeblicher Abweichungen in den Breiten-, Tiefen-, Umfangsmaßen zwischen kleinem korpulenten Mann mit kurzen Extremitäten und großer schlanker Frau mit langen Extremitäten Anforderungen an geometrische Verstellbereiche des Interieurs zu erwarten. Zu sehen ist in der Abbildung (Mitte), dass die Lenkradposition für die beiden Referenzpersonen unverändert bleiben kann, während der Sitz eine vertikale und horizontale Verschiebung benötigt. Der erforderliche Gesamtverstellbereich für Variationsreihe 1 zeigt die Abbildung rechts.

Ableitung von Gestaltungsmaßen aus Körpermaßen

Ergonomische Lösungen werden für eine Zielgruppe entworfen, die in ihren Eigenschaften möglichst genau abzugrenzen ist. Das Gestaltungsobjekt weist Gestaltungsmerkmale (z. B. Sitzbreite) auf, die u. a. auch von anthropometrischen Eigenschaften der Nutzergruppe geprägt sind. Die geometrische Beziehung zwischen Gestaltungsmaßen (Entwurfsparameter) wird über deren Lage und Bewegung in einem Bezugssystem festgeschrieben (z. B. Sitzbezugs- zum Fersenpunkt; fahrzeugfestes Koordinatensystem). Es existieren restriktive Abhängigkeiten bei anthropometrisch bestimmten Gestaltungsmaßen durch perzentilierte Körpermaße und Gelenkbeweglichkeiten. Dieses Referenzsystem beeinflusst, welche Körpermaße in das Gestaltungsmaß einfließen. Liegt z. B. das Referenzsystem an der Vorderkante einer Montagetisches und es ist die maximale Greifweite (direkt vor dem Körper) festzulegen, ist zunächst der Abstand des Schulterdrehgelenkes zur Tischvorderkante in Abhängigkeit von der Rumpftiefe zu ermitteln, um von diesem Drehpunkt aus die Oberarm-Unterarmlänge plus Abstand bis Handmitte als Strecke abzutragen. Der gesamte Greifraum hängt von der Gelenkbeweglichkeit des Schultergelenkes und Schlüsselbeines ab. Die Ermittlung von Gestaltungsmaßen (z. B. Sitzverstellfeld) erfolgt i. allg. über deren Berechnung auf Grundlage eines oder mehrerer Körpermaße unter Beachtung des notwendigen Perzentils und von Zu- und Abschlägen.

Kriterium Arbeitsaufgabe/ Einsatzzweck, Gestaltungsziele

Aus der Analyse der Anforderungen eines geplanten oder zu verändernden Arbeitssystems bzw. Produktes zu dessen Leistungsmerkmalen, zu Ergonomieproblemfeldern, zu neuen Funktionen, zu Arbeitsaufgaben der Bedienpersonen etc. resultiert ein Katalog angestrebter technischer, ergonomischer und sicherheitstechnischer Leistungsparameter und der Produkt- bzw. Systemeigenschaften. Hierin sind u. a. die zu erwartenden Tätigkeiten und Handlungen des Menschen, bestimmte Wirkprinzipien (Technologien) und die gewünschten Mensch-Maschine-Schnittstellen zu beschreiben. Aus einer Problemanalyse werden die zu lösenden Problemfelder formuliert und daraus Gestaltunsziele als Orientierungsvorgabe abgeleitet.

Beispielsweise sind Führerräume und Fahrzeugführerarbeitsplätze von Schienenfahrzeugen nach ergonomischen Gesichtspunkten zu gestalten. Der Triebfahrzeugführer hat Kontroll- und Steuerungstätigkeiten von Fahrbewegungen des Schienenfahrzeugs vorzunehmen. Dabei erfolgt eine permanente Sicht auf die Strecke und Signale. Diese Tätigkeiten hat er im Sitzen und im Stehen auszuführen. Es gibt hand- und fußbetätigte Bedienelemente, wobei wichtige und häufig zu nutzende sowie sicherheitsrelevante Schalter und Taster im optimalen Greifraum bzw. Wirkraum der Füße anzuordnen sind und von einer physiologisch günstigen (arbeitsmedizinisch empfohlenen) dynamisch wechselnden Sitzhaltung auszugehen ist. Dabei darf keine Ablenkung von der Sicht auf die Strecke auftreten. Es ist ausreichender Kniefreiraum auch bei seitlicher Ausdrehung des Sitzes zu gewährleisten. Informationsmittel sind so anzuordnen, dass diese in bequemer Kopfhaltung kontaktiert werden und keine Sichtbehinderungen auftreten. Die Sicht auf hohe und niedrige Signale muss für alle vorgesehenen Körperhaltungen ab einer bestimmten Signalentfernung zur Puffertellerebene sichergestellt sein usw.

Aus diesen allgemeinen Ergonomie- und Arbeitsanforderungen leiten sich z. B. anthropometrisch determinierte Gestaltungsziele ab für:

• Hauptabmessungen des Führerraums,
• Anordnung und Ausführung der Sitzplätze,
• Dimensionierung von Frontscheiben,
• Sichtbedingungen inner- und außerhalb des Führerraums,
• An- und Zuordnung von Bedienelementen auf und in der Nähe des Pultes,
• Pultgeometrie,
• Ausstattungselemente des Führerraums etc. etc.

Kriterium Körpermaß auf Grundlage des Gestaltungsmaßes

An einem zeitlich begrenzt zu nutzenden Maschinenarbeitsplatz sei technisch bedingt nicht genügend Beinfreiraum für eine sitzende Körperhaltung der Bediener vorhanden. Die Arbeitsaufgabe erfordert einen größeren Freiraum für Armbewegungen. Zu prüfen ist, ob der Maschinenarbeitsplatz als Steharbeitsplatz mit Stehhilfe konzipiert werden kann, wobei der dafür erforderliche Fuß- und Beinraum zur Sicherstellung der Beweglichkeit des Oberkörpers und des Hand-Arm-Systems sowie eine Abstützung des Gesäßes gewährleistet sein müssen. Daraus leiten sich folgende Gestaltungsmaße ab:

• Gestaltungsmaße Stehhilfe:

• Abstützflächenhöhe
• Breite der Abstützfläche
• Neigung der Abstützfläche
• Form der Abstützfläche etc.

• Gestaltungsmaß Fuß-, Beinraum:

• Beinraumtiefe auf Kniehöhe
• Beinraumbreite
• Fußraumtiefe auf Knöchelhöhe

Die zugrunde zu legenden Körpermaße, anhand derer die Gestaltungsmaße bestimmt werden, sind:

• Gestaltungsmaß: Abstützflächenhöhe der Stehhilfe

Körpermaß: Schritthöhe

• Gestaltungsmaß: Beinraum- und Fußraumtiefe

Körpermaß: Fußlänge

• Gestaltungsmaß: Beinraumbreite

Körpermaß: Hüftbreite

Für das Beispiel seien drei verschiedene Zielgruppen vorgesehen:

1. Zielgruppe 1: ausschließlich Deutschland
2. Zielgruppe 2: Bediener in Europa
3. Zielgruppe 3: ausschließlich Niederländer

Kriterium Perzentilmaß und Bestimmung des Gestaltungsmaßes

Für das obige Beispiel sollte die Abstützflächenhöhe der Stehhilfe verstellbar gestaltet sein, um unterschiedlich großen Nutzern vergleichbare Körperhaltungsbedingungen zu sichern. kritische Perzentile für das Körpermaß Schritthöhe der zu berücksichtigenden Zielgruppe unter Beachtung verfügbarer Normdaten sind:

1. Zielgruppe 1: gemäß DIN 33402-2 (2005): F5 und M95 --> 18-25 Jahre (akzeleriert)
2. Zielgruppe 2: gemäß DIN EN ISO 14738 (2009): P5 und P95 (Unisex) --> Alter unbekannt
3. Zielgruppe 3: gemäß DIN CEN ISOTR 7250-2 (2013): F5 und M95 --> Alter 18-65 Jahre

Beinraum-, Fußraumtiefe und Beinraumbreite richten sich nach großen Personen, daher sind hier für das Körpermaß Fußlänge und Hüftbreite folgende Perzentile zugrunde zu legen:

1. Zielgruppe 1: gemäß DIN 33402-2 (2005): M95 --> 18-25 Jahre für Längenmaße (akzeleriert) --> 41-60 Jahre für Breitenmaße (säkularer Trend)
2. Zielgruppe 2: gemäß DIN EN ISO 14738 (2009): P95 (Unisex) --> Alter unbekannt
3. Zielgruppe 3: gemäß DIN CEN ISOTR 7250-2 (2013): M95 --> Alter 18-65 Jahre

Die Gestaltungsmaße berechnen sich unter Beachtung von Zuschlägen wie folgt:

1. Abstützflächenhöhe AFH der Stehhilfe:

--> Sh: Schritthöhe --> Z1: Zuschlag für Schuhe

AFH-max = 0,9 Sh (P95) + Z1

AFH-min = 0,9 Sh (P05) + Z1

1. Beinraumtiefe BRT und Fußraumtiefe FRT:

--> FL: Fußlänge

BRT = FL (P95)

FRT = 2 FL (P95)

1. Beinraumbreite BRB:

--> HB: Hüftbreite --> Z2: Zuschlag für Beinbewegungen

BRB = HB (P95) + Z2

Zielgruppen 1 bis 3: Region Deutschland / Europa / Niederlande

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Arbeitsplatzgrundtypen im Büro- und Produktionsbereich

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Gemäß Betriebssicherheitsverordnung (Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmitteln - BetrSichV) hat der Arbeitgeber gemäß §4 Abs. 4 für die Bereitstellung und Benutzung von Arbeitsmitteln ergonomische Zusammenhänge zwischen Arbeitsplatz, Arbeitsmittel, Arbeitsorganisation, -ablauf und -aufgabe zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für die Körperhaltung, die Beschäftigte bei der Benutzung der Arbeitsmittel einnehmen müssen.

Generell kann man nach der für die Ausführung der Arbeitsaufgabe vorherrschend einzunehmenden Arbeitshaltung drei Grundtypen unterscheiden:

Sitzarbeitsplätze - Steharbeitsplätze - Steh-Sitzarbeitsplätze

Diese Grundtypen treten bei Büro- und büroähnlichen Arbeitsplätzen, Callcenter-, Mikroskopier-, Montagearbeitsplätzen, bei Fahrertätigkeiten, bei Arbeitsplätzen auf Führerständen und Leitwarten, Maschinenarbeitsplätzen etc. auf.

Allgemeine Entscheidungskriterien für die Wahl eines Arbeitsplatztyps sind:

die aufgabenabhängigen visuellen und motorischen Anforderungen

die Dauer der Tätigkeit

die erforderliche Flexibilität des Beschäftigten zwischen Arbeitsplätzen und an Handlungsstellen eines Arbeitsplatzes (technologische Aspekte des Arbeitsablaufs)

Art, Größe der Arbeitsgegenstandes

Gesichtspunkte physischer, psychischer Belastungen.

Im Zusammenhang damit sind Einflüsse auf die spätere Bestimmung der Arbeitshöhe als der Abstand zwischen einer Bezugsebene und der Handlungsstelle zu berücksichtigen.

Bezugsgrößen für die Arbeitshöhe:

• Was: Bestimmung der maßgeblichen Kopplungsglieder, motorischer Anforderungen (s. im Bild Figur 4)

Greif-, Kopplungsart (s. im Bild Figur 3); hohe, mittlere, niedrige Anforderungen an die Feinmotorik

• Wo: Definition typischer Handlungsstellen (s. im Bild Figur 2)

häufigster durchschnittlicher Ort des manuellen Einwirkens auf den Arbeitsgegenstand

• Wie: Grundkörperhaltung, Körperteilstellungen

Festlegung physiologisch günstiger Hand-Arm-Stellungen und Oberkörper-Kopfbewegungen in Abhängigkeit von der Arbeitsaufgabe (s. im Bild Figur 1, 3)

Zulässige Bewegungsbereiche, Komfortgelenkwinkelstellungen

Sehentfernung in Abhängigkeit von Arbeitsanforderung als Abstand Sehobjekt zum Auge (s. im Bild Figur 1)

Man kann verschiedene Auslegungskonzepte für die drei Arbeitsplatzgrundtypen unterscheiden, zunächst vereinfacht unter der Annahme, dass der Handlungsort direkt auf der Tischfläche liegt.

Sitzarbeitsplätze

Sitzarbeitsplatz, optimal ausgelegt

• Variable Sitzhöhe für P5 bis P95

• Variable Stehhöhe für P5 bis P95

Einsatz von Armstützen bei länger andauernder feinmotorischer Tätigkeit

Sitzgelegenheiten nach DIN 68 877:1981-07 "Arbeitsdrehstuhl - Sicherheitstechnische Anforderungen"; Büromöbel - Büro-Arbeitsstuhl nach DIN EN 1335:2002-08

Sitzarbeitsplatz, mit Anpassungshilfen

• Feste Tischhöhe, Auslegung nach P95
• Variable Sitzhöhe für P5 bis P95: erhöhtes Sitzen für kleine Personen, um identische Kontaktpunkte sicherzustellen
• verstellbare Fußstütze für P5 bis < P95

Steharbeitsplätze

Steharbeitsplatz, optimal ausgelegt

• Feste Tischhöhe, Auslegung nach P95
• variable Tischhöhe für P5 bis P95

Reduzierung physischer Belastungen durch zusätzliche Bereitstellung und gelegentliche Nutzung von Stehhilfen

empfohlenes Verhältnis eines Belastungswechsels: 5:1 innerhalb kurzer Zeitabstände (ca. aller 1h bis 2h)

Steharbeitsplatz, mit Anpassungshilfen

• Feste Tischhöhe, Auslegung nach P95
• Variable Stehhöhe für > P5

höhenverstellbares Podest für Personen ab P5

Unterstützend Einsatz von Stehhilfen möglich:

Entlastung von Kreislauf u. Stützapparat (Aufnahme bis zu 60% des Körpergewichtes)

Belastungsreduzierung auch durch gut gepolstertes Schuhwerk, Bodenmatten

Beachtung Fußraum: keine Verstrebungen und Ablageböden am Tisch

Steharbeitsplatz, Kompromiss

• gemittelte feste Tischhöhe, Auslegung nach P50-Unisex

Wenn Nutzergruppe männlich (M)/ weiblich (F): Mittelung nach M50/F50 bzw. F5/M95 oder F95/M5

Stehhilfen

Um anhaltendes Stehen zu vermeiden, kann als Kompromiss eine Stehhilfe eingesetzt werden. Die bessere Alternative ist ein zeitweiliger Wechsel in die Sitzhaltung. Die Stehhilfe weist neben Vorteilen etliche Nachteile auf und sollte demnach nur zeitlich begrenzt genutzt werden. Stehhilfen gibt es mit starrer und pendelnder Säule, mit sattelförmiger oder vorgeneigter Sitzfläche.

Vorteile der Stehhilfe:

• Aufnahme bis zu 60% des Körpergewichts
• leichter Wechsel zur Stehhaltung
• geringes Gewicht
• leicht wegstellbar

Nachteile der Stehhilfe:

• eingeschränkte Arbeitshaltungen
• lokaler Druck und Beschränkung der Blutzirkulation
• Anschwellen der Beine bei lang andauerndem Gebrauch
• Raumanforderungen für die Unterbringung der Beine
• pendelnde Säulen aus Sicherheitsgründen nicht empfehlenswert

Steh-Sitzarbeitsplätze

Steh-Sitz-Arbeitsplatz, optimal ausgelegt

• variable Tischhöhe für Stehen und Sitzen: Verstellbereich: für Sitzen P5 bis Stehen P95
• Variable Sitzhöhe für P5 bis P95

Einsatz besonderer Arbeitshochstühle mit vergößertem Verstellbereich

Steh-Sitz-Arbeitsplatz, mit Anpassungshilfen

• i. allg.: gemittelte feste Tischhöhe nach P50-Unisex für Stehen
• Berechnung der Sitz- und Fußstützenhöhe für diese Steh-Arbeitshöhe
• Variable Sitzhöhe für P5 bis P95
• Variable Fußstütze für P5 bis P95
• Einsatz besonderer Arbeitsstühle: sog. Hochstühle
• Beachtung Beinraum:

keine Tastaturschübe

Rollcontainer statt feste Unterschränke

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Hilfsmittel für die Ermittlung von Gestaltungsmaßen

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• Bestimmung von Gestaltungsmaßen ohne direkte Bezugsetzung zum Körpermaß

• Berechnung der Gestaltungsmaße
• Direkte Wertangabe des Gestaltungsmaßes

- Orientierende Abmessungsempfehlungen in Handbüchern, Datensammlungen, Leitfäden für den Praktiker etc.

- Normative feste Maße für ein normatives Gestaltungsziel

• Berechnung der Gestaltungsmaße unter Nutzung normativer Körpermaße sowie weiterer Parameter

• Normative Berechnungsverfahren gemäß normativer Gestaltungsziele
• Berechnung für individuelle Gestaltungsziele

• Menschmodelle

• Schablonensomatographie
• Computersomatographie (digitale Menschmodelle)
• Virtuelle Menschmodelle in Powerwall- u. Caveprojektionssystemen

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