Verfahren zur Optimierung des Griffkomforts bei Arbeitsmitteln

Verfahren zur Optimierung des Griffkomforts bei Arbeitsmitteln

Auszug aus dem Vortrag von M. Sc. Aydin Ünlü

Vorgestellt wird ein Forschungsvorhaben an der Bergischen Universität Wuppertal. Für die Entwicklung eines Verfahrens zur Optimierung des Griffkomforts bei Arbeitsmitteln sollen zuerst Druckgrenzen auf das Komfortempfinden zwischen Hand und Arbeitsmittel ermittelt werden. Dabei sind die Druckgrenzen in verschiedenen Handbereichen, von jungen sowie von älteren Personen, zu untersuchen und daraus komfortable Druckwerte zu ermitteln. Diese komfortablen Druckwerte können zur Beurteilung der Druckverteilung für das Greifen verwendet werden. Basierend auf den Druckwerten soll ein Simulationswerkzeug entwickelt werden, das die Griffentwicklung bereits im Rechner ermöglicht. Als Simulationswerkzeug dient ein Finite Elemente Modell der menschlichen Hand, das einer greifenden Hand entspricht. Dabei sind z.B. altersspezifische Veränderungen in das digitale Handmodell einzubinden. Abschließend soll anhand eines Anwendungsbeispiels die Möglichkeit der altersgerechten Arbeitsmittelgestaltung mit Hilfe des Simulationswerkzeugs aufgezeigt werden.

Auswahl von Handwerkzeug & Einflussgrößen

Eigenschaften von Griffen
Abbildung 1: Eigenschaften von Griffen (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Ergonomie bei Produkten

Komfortmesssystem für Handwerkzeuggriffe
Abbildung 2: Komfortmesssystem für Handwerkzeuggriffe (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Erzeugung von Längskontur mit gleicher Oberflächeneigenschaft.

Ableitung eines Diskomfortmodells

Ermittlung der Druckempfindung/ -verteilung
Abbildung 3: Ermittlung der Druckempfindung/ -verteilung (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Subjektive Diskomfortbeurteilung und objektive Druckmessung.

Diskomfortmodell „Ideale Druckverteilung“
Abbildung 4: Diskomfortmodell „Ideale Druckverteilung“ (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Druckgrenzenableitung je Bereich in Abhängigkeit der Längskontur.

Optimierung virtueller Griff

Eingabe der Randbedingungen in die FEM-Simulation
Abbildung 5: Eingabe der Randbedingungen in die FEM-Simulation 1 (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)
Eingabe der Randbedingungen in die FEM-Simulation
Abbildung 6: Eingabe der Randbedingungen in die FEM-Simulation 2 (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)
Parameteroptimierung
Abbildung 7: Parameteroptimierung (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Splines-Erzeugung und -Implementierung der Längskontur für eine ideale Druckverteilung.

Grobentwurf des CAD-Modells
Abbildung 8: Grobentwurf des CAD-Modells (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Optimierung realer Griff

links: 3D Ausdruck des voroptimierten Griffes / rechts: Prototyping der Griffgeometrie
Abbildung 9: links: 3D Ausdruck des voroptimierten Griffes / rechts: Prototyping der Griffgeometrie am 3D-Drucker (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)
Validierung mithilfe des Handdummys
Abbildung 10: Validierung mithilfe des Handdummys (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Messung der Druckverteilung für Handgröße des 50. Perzentils.

Validierung mithilfe von Probanden
Abbildung 11: Validierung mithilfe von Probanden (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Messung der Druckverteilung für kleine und große Hände.

Fertige Grifflängskonturoptimierung
Abbildung 12: Fertige Grifflängskonturoptimierung (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Beurteilung des neu entwickelten Griffs im Schraubversuch.