Ermittlung des rotatorischen Schwingungsverhaltens von Hand-Arm Systemen im Kontext der nutzerzentrierten Produktentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sven Matthiesen
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408254169

Power-Tools (handgehaltene Geräte) sowie viele weitere technische Systeme stehen in direkter dynamischer Interaktion mit dem Anwender. Bei der Entwicklung solcher Systeme ist die Berücksichtigung dieser Wechselwirkungen unabdingbar, da sie Einfluss auf alle auszulegenden Systemkomponenten haben. Ein wesentlicher Teil dieser Wechselwirkungen besteht aus den passiven Wechselwirkungen, also solchen, die der Dynamik entspringen und nur indirekt durch den Anwender beeinflusst werden. Bei der simulationsgestützten Entwicklung technischer Systeme lassen sich diese passiven Interaktionen durch schwingungstechnische Modelle abbilden. Basis dieser Modelle bildet die, am Anwender gemessene, mechanische Impedanz, welche als mechanischer Widerstand gegen eine Schwingungsanregung aufgefasst werden kann. Die Impedanz unterliegt dabei vielen Einflussfaktoren wie beispielsweise der Armhaltung, der Greif- und der Andruckkraft. Die Einflussfaktoren stehen für translatorische Anregungsrichtungen schon seit langem im Fokus der Forschung. Viele Systeme weisen jedoch in Rotationsrichtung (bspw. Akkuschrauber oder Winkelschleifer) eine Hauptanregungsrichtung auf. Ziel des Antrages ist es, diese Wissenslücke durch die Erforschung der mechanischen Impedanz des Anwenders in den drei rotatorischen Raumrichtungen zu schließen.In Anwendungsstudien wird zunächst die Variation der Einflussfaktoren auf die Impedanz in realen Anwendungsszenarien erfasst. Dabei werden exemplarische, zur Messung modifizierte Power-Tools eingesetzt. Anschließend werden die Impedanzen des Anwenders, am Anwender-Interaktion-Prüfstand (AIP) des IPEK, untersucht. Beim AIP handelt es sich um ein Zwei-Shakersystem zur überlagerten translatorischen und rotatorischen Schwingungsanregung des menschlichen Hand-Arm Systems über einen angebrachten Messgriff. Der Anwender-Interaktion-Prüfstand wird hierzu mit exemplarischen Griffkonturen ausgerüstet, um praxisrelevante Ergebnisse zu erzeugen.Als Ergebnis entstehen Impedanz-Kennfelder der rotatorischen Impedanz des Anwenders, aus denen in weitergehender Forschung grundlegende Hand-Arm Modelle für die simulationsgestützte Produktentwicklung abgeleitet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen