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Griffkomfortoptimierung

Aus der Posterausstellung von M. Sc. Aydin Ünlü

Die Methode zur Griffkomfortoptimierung auf Basis eines digitalen Handmodells wurde exemplarisch an einem Rinneneisenbieger abgeleitet. Die Methode unterteilt sich auf die Komfortanalyse und in die Komfortoptimierung.

Komfortanalyse

Das Ziel der Komfortanalyse ist es ein arbeitsmittelabhängiges Druckdiskomfortmodell (PDT-Modell) der Handfläche abzuleiten. Zur Bestimmung der PDT sind zuerst signifikante Einflussgrößen der Hand- und Arbeitsseite des Arbeitsmittels zu analysieren und festzulegen. Zu handseitigen Einflussgrößen gehören z. B. Greif- sowie Kopplungsart, Hand- und Körperhaltung, aber auch Handtypen. Zu arbeitsseitigen Einflussgrößen gehören z. B. die Krafthöhe und die Kraftrichtung sowie die Kinematik der Kraft.

1. Einflussanalyse
Abbildung 1: 1. Einflussanalyse (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Anschließend ist in Bezug zur Variation eines Griffgestaltungsparameters die Druckverteilung zwischen Griff und Handfläche zu messen. Mit den gemessenen Druckverteilungen und den Druckschmerzgrenzen (PPT) der Handfläche ist ein arbeitsmittelabhängiger Multiplikator zu bestimmen. Anschließend kann dieser Multiplikator zur Transformation der PPT-Werte zu PDT-Werten dienen.

2. Druckanalyse
Abbildung 2: 2. Druckanalyse (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Die Differenz zwischen PPT und PDT ergibt den Toleranzbereich von oberer und unterer Druckdiskomfortgrenze. Diese PDT eingebettet in einem Diskomfortmodell können bereits als Richtwerte zur Beurteilung der Druckverteilung für das Greifen verwendet werden, sodass der Konstrukteur schon nach wenigen Minuten entscheiden kann, wie sich der Griff nach mehreren Stunden anfühlen wird.

3. Druckdiskomfortmodell
Abbildung 3: 3. Druckdiskomfortmodell (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Komfortoptimierung

Das Ziel der Komfortoptimierung ist auf Basis eines digitalen Handmodells und unter der Beachtung des arbeitsmittelabhängigen Druckdiskomfortmodells den Griffkomfort zu optimieren. Hierzu ist zuerst ein Simulationsmodell der menschlichen Hand zu erstellen. Dazu können aus den OpenSource-Programmen wie „OpenSim“ ein Skelettmodell und „Makehumen“ ein Weichteilmodell abgeleitet und in einem CAD-Programm wie CATIA V5 auf die erwünschten Handgrößen skaliert werden.

1. Simulationsmodell
Abbildung 4: 1. Simulationsmodell (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Ferner sind die aus der Komfortanalyse bekannten handseitigen und arbeitsseitigen Einflussgrößen an das Simulationsmodell zu übertragen. Manipulation wie z. B. Greif- und Kopplungsart sowie Handhaltung sind im CAD-System durchzuführen. Nach der richtigen Positionierung des Griffes auf die Handfläche sowie der Definition der Randbedingungen wie Kontakt- und Lastbedingungen ist das gesamte Modell zu vernetzen.

2. Drucksimulation
Abbildung 5: 2. Drucksimulation (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Abschließend ist mit der Variation von unterschiedlichen Griffgestaltungsparametern und Überprüfung der PDTGrenzen eine Griffkomfortoptimierung durchzuführen. Das Ziel ist hierbei die Druckspitzen unter den Druckdiskomfortgrenzen zu bringen.

3. Optimierung
Abbildung 6: 3. Optimierung (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Quellen: Gust, P., Ünlü, A. (2014a). „Method to handle comfort optimization of work equipment based on a digital hand model“ . AHFE - 5th International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics, Kraków Polen; Gust, P., Ünlü, A. (2014b). „Developing a comfort evaluation method for work equipment handles“ . Design 2014 - 13th International Design Conference, Dubrovnik - Cavtat – Croatia; Hall, C. F., Kilbom, A. E. (1993). “Sensitivity of the hand to surface pressure”. Applied Ergonomics; Strasser, H., Bullinger, H. J. (2007). “Assessment of the Ergonomic Quality of Hand-Held Tools and Computer Input Devices”. Amsterdam: IOS Press, Ergonomics, Human factors and Safety, Vomule 1.