Greifkraft und Bedienkräfte beschreiben, welche Kraft ein Benutzer aufbringen kann und welche ein Produkt von ihm verlangt. Liegt die geforderte Kraft über dem, was die schwächsten vorgesehenen Benutzer aufbringen, entsteht ein nutzungsbedingtes Risiko, unabhängig davon, wie verständlich die Bedienung ansonsten gestaltet ist.
Kraft ist eine Anforderung, keine Eigenschaft
Jede Betätigung stellt eine Kraftanforderung: eine Spritze aufziehen, einen Verschluss öffnen, einen Hebel umlegen, ein Gerät tragen. Diese Anforderung ist eine Eigenschaft des Produkts. Ob sie erfüllbar ist, entscheidet die Person davor.
Für die Gestaltung heißt das: Nicht der Durchschnittsbenutzer ist der Maßstab, sondern der schwächste vorgesehene Benutzer. Wird gegen den Mittelwert ausgelegt, liegt die geforderte Kraft für einen erheblichen Teil der vorgesehenen Benutzer über dem, was sie bequem aufbringen.
Wie stark Handmaße und Kräfte streuen
Die Spannweite zwischen Benutzern ist größer, als sie im Entwurf meist angenommen wird. Der anthropometrische Datensatz ANSUR II (Erhebung 2012, 4.082 Männer und 1.986 Frauen zwischen 17 und 58 Jahren) zeigt für die Hand, berechnet aus den öffentlich bereitgestellten Rohdaten:
- Handlänge: 5. Perzentil Frau 165 mm, 95. Perzentil Mann 210 mm, Spannweite 45 mm
- Handbreite: 72 mm bis 96 mm, Spannweite 24 mm
- Handumfang: 173 mm bis 230 mm, Spannweite 57 mm
Ein Griff, der für die Mitte dieser Verteilung ausgelegt ist, passt an beiden Rändern nicht. Bei einem Instrument, das über Stunden gehalten wird, entscheidet das über Ermüdung und Präzision.
Einschränkung: ANSUR II ist eine Stichprobe von US-Militärangehörigen, also jung, ausgewählt und körperlich fit. Die Zahlen zeigen die Größenordnung der Streuung, nicht die Verteilung unter Pflegekräften oder älteren Benutzern. Für eine konkrete Auslegung gehört die Zielgruppe eigens erhoben.
Auch die Kraft streut stark. Repräsentative Referenzwerte für Deutschland liefert eine Auswertung des Sozio-oekonomischen Panels (11.790 Personen zwischen 17 und 90 Jahren, Messung mit einem Handdynamometer): Der Mittelwert der Greifkraft erreicht bei Männern zwischen 30 und 49 Jahren rund 54 kg, bei Frauen zwischen 35 und 44 Jahren rund 34,5 kg, und nimmt danach mit dem Alter ab. Als schwach stuft die Studie Werte unter 33 kg bei Männern und unter 21 kg bei Frauen ein. Wer auch ältere oder geschwächte Benutzer vorsieht, kann sich deshalb nicht am Mittelwert gesunder Erwachsener orientieren.
Bedeutung für Medizinprodukte
Bei Medizinprodukten kommt erschwerend hinzu, dass die Bedienung häufig unter Handschuhen, unter Zeitdruck oder in ungünstiger Körperhaltung stattfindet. Alle drei senken die verfügbare Kraft gegenüber dem Laborwert.
Für die Nutzungsrisikoanalyse ist die Kraftanforderung deshalb eine eigene Betrachtung wert: Sie kann eine Gefährdungssituation erzeugen, ohne dass ein Verständnisproblem vorliegt.
Typische Schwächen in der Praxis
- Auslegung auf den Durchschnitt. Die Betätigungskraft wird im Entwicklungsteam erprobt, dessen Mitglieder die vorgesehenen Benutzer nicht abbilden.
- Kraft ohne Zahlenwert. Die Spezifikation verlangt eine leichtgängige Bedienung, nennt aber keine maximale Betätigungskraft, gegen die sich prüfen ließe.
- Laborwert ohne Nutzungsbedingungen. Gemessen wird mit bloßer, trockener Hand in bequemer Haltung. Handschuhe, Zeitdruck und eine ungünstige Körperhaltung bleiben außen vor.
- Einmal statt wiederholt. Eine Kraft, die einmal mühelos aufgebracht wird, kann bei vielfacher Wiederholung über eine Schicht zur Ermüdung führen.
Regulatorischer Bezug
Körperkräfte und Körpermaße sind eigenständig genormt. Die Reihe DIN 33411 „Körperkräfte des Menschen“ enthält Begriffe und Bestimmungsgrößen (Teil 1, Ausgabe 2023-12) sowie Werte maximaler statischer Aktionskräfte (Teil 5, Ausgabe 2023-03). DIN EN 1005-3 (Ausgabe 2009-01) nennt empfohlene Kraftgrenzen für die Betätigung von Maschinen. Körpermaße als Perzentilwerte liefert DIN 33402-2 (Ausgabe 2020-12).
Für Medizinprodukte verlangt die MDR in Anhang I, Risiken aufgrund ergonomischer Merkmale des Produkts so weit wie möglich zu verringern. Im Usability-Engineering-Prozess nach IEC 62366-1 gehört die Kraftanforderung deshalb zur Betrachtung der Benutzungsschnittstelle.
Maßstab für Bedienkräfte ist der schwächste vorgesehene Benutzer, nicht der Durchschnitt. Handmaße und Kräfte streuen stärker, als im Entwurf meist angenommen wird, und Handschuhe, Zeitdruck oder eine ungünstige Körperhaltung senken die verfügbare Kraft zusätzlich. Eine zu hohe Kraftanforderung kann eine Gefährdungssituation erzeugen, ohne dass ein Verständnisproblem vorliegt.
Häufige Fragen (FAQ)
Gegen welchen Benutzer soll eine Bedienkraft ausgelegt werden?
Gegen den schwächsten vorgesehenen Benutzer, nicht gegen den Durchschnitt. Üblich ist eine Auslegung, die auch das 5. Perzentil der schwächsten Benutzergruppe erreicht. Wird gegen den Mittelwert ausgelegt, liegt die geforderte Kraft für einen erheblichen Teil der Benutzer über dem, was sie bequem aufbringen.
Wie groß ist der Unterschied zwischen kleinen und großen Händen?
Nach ANSUR II liegen zwischen dem 5. Perzentil der Frauen und dem 95. Perzentil der Männer 45 Millimeter Handlänge, 24 Millimeter Handbreite und 57 Millimeter Handumfang. Ein Griff für die Mitte dieser Verteilung passt an beiden Rändern nicht.
Reduzieren Handschuhe die Greifkraft?
Ja. Handschuhe verringern sowohl die aufbringbare Kraft als auch die taktile Rückmeldung. Da Medizinprodukte häufig mit Handschuhen bedient werden, gehört diese Bedingung in die Erhebung der Kraftanforderung und in die Usability-Evaluation.
Welche Daten gibt es zur Greifkraft in Deutschland?
Eine Auswertung des Sozio-oekonomischen Panels mit 11.790 Personen zwischen 17 und 90 Jahren liefert Referenzwerte nach Geschlecht, Alter und Körpergröße. Der Mittelwert erreicht bei Männern zwischen 30 und 49 Jahren rund 54 kg, bei Frauen zwischen 35 und 44 Jahren rund 34,5 kg, und nimmt danach mit dem Alter ab.
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Mehr zu unserer ErgonomieanalyseQuellen
- IEC 62366-1:2015+AMD1:2020, Medical devices, Part 1: Application of usability engineering to medical devices
- Verordnung (EU) 2017/745 über Medizinprodukte (MDR)