Mensch-Modelle

Im Bereich der Schwingungsforschung (Schwingungsschutz, -komfort) werden bereits erfolgreich Modelle des Menschen in Software oder Hardware entwickelt.

 

Software-Modelle

FRITZ entwickelte 1996 ein biomechanisches Modell, mit dessen Hilfe das frequenzabhängige Verhältnis zwischen den Kräften, die vom Sitz auf das Gesäß übertragen werden und den Kräften in der Wirbelsäule, berechnet werden kann. Analysen ergaben bei einer Schwingungsexposition von arms = 1,41 m/s² mit einer Frequenz von 4 Hz höhere Scherkräfte bei Erregung in x-Richtung als in z-Richtung. Die Differenzen waren jedoch auf Grund der starken Abschwächung (80 %) der Schwingungsübertragung vom Becken zum Kopf gering. Hohe Druckkräfte in der Wirbelsäule entstanden auch durch die peitschenartige Bewegung von Rumpf und Hals bei horizontaler Schwingungserregung.

Das dreidimensionale Ganzkörper-Schwingungsmodell CASIMIR von BUCK und WÖLFEL (1997) kann zur Bestimmung des Einflusses der Muskulatur auf das Ganzkörper-Schwingungsverhalten und zur Berechnung der Schnittkräfte in der LWS
verwendet werden. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wurde eine anatomiebasierte detaillierte Abbildung der LWS, des oberen Torsos, des Kopfes, der oberen und unteren Extremitäten, des Bauchraums und des Beckens modelliert. Im Gegensatz zu existierenden Modellen berücksichtigt dieses Modell die mechanischen Eigenschaften von passivem als auch von aktiviertem Muskelgewebe, dessen Einfluss oberhalb der Schwingungsfrequenz von 6 Hz sehr groß ist.

 

Hardware-Modelle

Als eine bedeutende Arbeitsplatzverbesserung kann der Einsatz von schwingungsisolierenden Fahrersitzen auf Lkw und mobilen Arbeitsmaschinen bezeichnet werden. Um einen optimalen Schwingungsschutz zu erreichen, ist eine messtechnische Überprüfung der Schwingungsminderung dieser Sitze erforderlich. Bei der Sitzprüfung werden zurzeit noch Versuchs- personen eingesetzt, die hierdurch erheblichen Schwingungsbelastungen ausgesetzt sind.

Zur Vermeidung der Schwingungsexposition und zur Erhöhung der Messgenauigkeit können mechanische Mensch-Modelle verwendet werden, die die Schwingungseigenschaften des sitzenden Menschen nachbilden. In einem Ringversuch der
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin BAuA wurde die Anwendbarkeit von Mensch-Modellen überprüft. Hierzu wird im Labor- und im Feldversuch die Schwingungsübertragung vom Chassis auf den Sitz (SEAT) bei Versuchspersonen mit der Übertragung beim Mensch-Modell verglichen (Bild 17).

Die Laborversuche konnten aufzeigen, dass das Modell, trotz der etwas geringeren SEAT-Werte, prinzipiell für die Sitzprüfung geeignet ist. Mit am Ende der Versuche durchgeführten Impedanzmessungen konnte außerdem nachgewiesen werden, dass die Praxistauglichkeit des Mensch-Modells auch nach 30-stündiger Schwingungsexposition und mehrmaligen Transport, gewährleistet ist (RIEDEL 2004) (Bild 18).

Ein weiteres sehr bekanntes Modell ist der MEMOSIK® der Firma Wölfel Beratende Ingenieure (WBI)(CULLMANN und WÖLFEL 1998).

 

Abbildungen (klicken zum Vergrößern)
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