Weiterentwicklung eines Messsystems zur Erfassung der Ankopplungskräfte an vibrierenden handgehaltenen Maschinen - Analyse der Messabweichung und Kalibriermöglichkeiten

Hochschule: Universität Siegen, Masterarbeit 2016

Kurzfassung: Die Ankopplungskräfte zwischen der menschlichen Hand und vibrierenden Werkzeuggriffen haben einen hohen Einfluss auf die Vibrationsgefährdung. Der Stand der Technik zum Messen der Ankopplungskräfte im Sinne der geltenden Normen beruht auf Sensormatrizen, die aus kapazitiven Messzellen bestehen.

Zur Erfüllung der Messaufgabe sind gegenwärtig piezoresistive Kraftmessfolien im Forschungsinteresse, da sie preiswert und flexibel an Maschinengriffen anzubringen sind. Diese Thesis untersuchte die Messgenauigkeit und Kalibriermöglichkeiten dieser Sensoren.

Die Sensoren zeigten gute Linearität, Hysterese und Wiederholpräzision. Andererseits zeigt sich eine ungleichmäßige Sensitivität entlang der Sensoroberfläche für alle untersuchten Exemplare.

Es wurden eine Messkette und ein Kalibrierverfahren entwickelt, mit denen die Sensoren an Maschinengriffen eingesetzt werden können. Die Messabweichungen des piezoresistiven und kapazitiven Messsystems sind mithilfe eines instrumentierten Referenzgriffes anhand von sechs Versuchspersonen ermittelt worden. Es zeigte sich eine durchschnittliche Messabweichung vom Referenznormal von 14,8 % mit einer Standardabweichung SD = 8,9 % für die piezoresistiven Sensoren sowie 19,7 % (SD = 12,2 %) für die kapazitiven Sensoren. Damit liegen die Messabweichungen beider Systeme innerhalb des Empfehlungsbereiches der DIN 45679/ISO 15230.

Ferner wurde ein Verfahren zur simultanen Messung der Ankopplungskräfte mit beiden Sensortechnologien realisiert, um Messabweichungen beim Betrieb von zwei handgeführten Werkzeugen zu untersuchen. Der Systemvergleich an einem Winkelschleifer zeigte eine durchschnittliche Abweichung von 10,5 % (SD = 9,6 %) beider Systeme voneinander. Messungen an einem Stampfer ergaben eine durchschnittlich höhere relative Abweichung von 25,7 % (SD = 7,6 %). Zudem zeigte sich eine systematische Überbewertung der Ankopplungskräfte durch die piezoresistiven Sensoren. Als wesentliche Ursache für die Messabweichung ist die ungleichmäßige Sensitivität entlang der Sensoroberfläche identifiziert worden.