Anwendungsbeschreibung 
Von Vid Selič, NVH-Produktmanager, Dewesoft

Der Wind im Gesicht, das Motorgeräusch, die Geschwindigkeit, die Kraft – das Gefühl von Freiheit. Dewesoft hat einen Firmen-Chopper angeschafft – nur so zum Vergnügen. Doch dann berichteten einige Mitarbeiter, dass sie nach längeren Fahrten ein leichtes Taubheitsgefühl in den Fingern verspürten. 
Da wir Erfahrung auf dem Gebiet der Humanschwingungsmessung haben, beschlossen wir, das Ausmaß und die Stärke der von unserem Motorrad übertragenen Vibrationen zu untersuchen.  Wir wollen ja schließlich nicht die Gesundheit unserer Teamkollegen aufs Spiel setzen.
Genießen Sie die Fahrt – sehen Sie sich unser Chopper-Video an:

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Unwucht liegt in der Natur des Verbrennungsmotors, daher überträgt ein Motorrad während der Fahrt enorme Vibrationen. Diese werden vom Motor und vom Straßenbelag erzeugt und können für den Fahrer zum Risiko werden. Die Schwingungsenergie wird in den Körper des Fahrers übertragen und durch Gewebe, Organe und Systeme geleitet, wo sie verschiedene Auswirkungen hat, bevor sie gedämpft und abgeleitet wird.
Die Vibrationen werden einerseits entlang der vertikalen Achse über die Basis und die Rückseite des Sitzes auf das Gesäß und den Rücken und andererseits über die Pedale und die Lenkergriffe auf die Füße, Hände und Arme des Fahrers übertragen. Ihre Stärke hängt von mehreren Faktoren ab, wie dem Typ und Alter des Motorrads, der Motorgröße, dem Gewicht des Fahrers, der Art des Sitzes, der Art der Federung, dem Straßenbelag usw.

Grundlegende Konzepte zu Vibrationen

Das Risiko vibrationsbedingter Verletzungen hängt von der durchschnittlichen täglichen Exposition ab. Bei der Risikobewertung sind die Intensität und Häufigkeit der Vibrationen, die Dauer der Einwirkung und der Körperteil, der die Schwingungsenergie aufnimmt, zu berücksichtigen.

Größe

Die Größe einer Schwingung kann als Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg ausgedrückt werden. Alle drei Faktoren sind sinnvoll, da der menschliche Körper abhängig von der Bewegungsfrequenz auf jeden von ihnen reagiert.
Beschleunigung, Weg und Geschwindigkeit werden im Frequenzbereich in Hz ausgedrückt. In vielen international anerkannten Normen, die sich mit der Messung von Humanschwingungen befassen, wird die Beschleunigung als Messgröße verwendet. Der Effektivwert der Schwingungsgröße eignet sich zur Darstellung von Vorgängen, bei denen die Schwingungen nicht stoßartig, sondern kontinuierlich oder intermittierend auftreten, wie eben z. B. bei einer Fahrt mit dem Motorrad.

Frequenz

Ein schwingender Körper bewegt sich um eine Gleichgewichtslage (auch Null- oder Ruhelage) hin und her. Ein voller Schwingungszyklus beschreibt die Bewegung des Körpers von einer Extremposition in die andere und wieder zurück. 

Die Anzahl der Zyklen, die ein schwingendes Objekt in einer Sekunde durchläuft, wird als Frequenz bezeichnet. Die Einheit, in der die Frequenz ausgedrückt wird, ist das Hertz (Hz). Ein Hertz entspricht einem Zyklus pro Sekunde. 

Amplitude

Die Schwingungsstärke entspricht der Amplitude. Ein schwingender Körper bewegt sich von seiner Gleichgewichtslage aus zu jeder Seite bis zu einer bestimmten maximalen Entfernung (maximale Auslenkung). Die Amplitude ist der Abstand zwischen den extremen Positionen zu beiden Seiten und wird in Metern (m) gemessen.

Beschleunigung

Die Beschleunigung ist ein Maß für die Veränderung der Geschwindigkeit mit der Zeit. Die Geschwindigkeit eines schwingenden Körpers schwankt während jedes Schwingungszyklus zwischen Null und einem Maximalwert. Am höchsten ist sie, wenn sich der Körper auf dem Weg zu einer Extremposition durch seine Nulllage bewegt. 

Die Geschwindigkeit reduziert sich, je näher der Körper der Extremposition kommt. Dort stoppt er, um sich dann in entgegengesetzter Richtung wieder durch die Nulllage zur anderen Extremposition zu bewegen. Die Schwingungsgeschwindigkeit wird in Meter pro Sekunde (m/s), die Beschleunigung in Meter pro Sekunde im Quadrat (m/s2) angegeben.

Humanschwingungen

Die Messung von Humanschwingungen ist eine Standardmethode zur Beurteilung des Ausmaßes der auf Benutzer verschiedener mechanischer Geräte (wie Elektrowerkzeuge, Baumaschinen, Kraftfahrzeuge oder andere Transportmittel) einwirkenden Schwingungen. Unsere Kunden nutzen diese Methode häufig im Rahmen der Zertifizierung der Eignung standardmäßiger betrieblicher Umstände für die Endbenutzer ihrer Produkte. Je nach Art der Exposition decken verschiedene Normen unterschiedliche Arten von Schwingungen ab, wie z. B. Hand-Arm- oder Ganzkörper-Schwingungen.

Humanschwingungen sind als die Einwirkung mechanischer Schwingungen auf den menschlichen Körper definiert. Diese Einwirkung kann auf den gesamten Körper (Ganzkörper-Schwingungen, GKS) oder auf Körperteile erfolgen, von denen die Hände und Arme (Hand-Arm-Schwingungen, HAS) die wichtigsten und am häufigsten betroffenen sind. Ganzkörper-Schwingungen werden oft durch Landfahrzeuge oder andere Transportmittel, vibrierende Fußböden in Gebäuden oder Bedienplätze auf großen Maschinen verursacht.

Ganzkörper-Schwingungen

Ganzkörper-Schwingungen (GKS) werden am häufigsten über Sitze oder Böden von Fahrzeugen im Geländeeinsatz, wie z. B. Kippern, Baggern und landwirtschaftlichen Traktoren, auf den Körper übertragen. Es können aber auch Fahrer von Fahrzeugen betroffen sein, die auf befestigten Flächen zum Einsatz kommen, wie z. B. Gabelstapler oder Motorräder. 

GKS werden oft mit Schmerzen im unteren Rückenbereich in Verbindung gebracht und gehören zu den wichtigsten Risikofaktoren für Erkrankungen in diesem Bereich. Sie treten auf, wenn Arbeiter auf vibrierenden Sitzen oder Fußpedalen sitzen oder stehen. Längere Expositionen gegenüber hohen GKS verursachen Bewegungskrankheit, Müdigkeit und Kopfschmerzen.

Hand-Arm-Schwingungen

Wenn die Schwingungen nicht den ganzen Körper betreffen, sondern nur ein Organ, ein Körperteil oder einen Abschnitt des Körpers, spricht man von Teilkörperschwingungen. Die häufigste Art der Exposition gegenüber Teilkörperschwingungen sind Hand-Arm-Schwingungen. 

Hand-Arm-Schwingungen (HAS) sind Schwingungen, die z. B. von handgeführten vibrierenden Werkzeugen, wie Abbruch- oder Presslufthämmern, oder auch – wie in unserem Fall – dem Lenker eines Choppers auf die Hände und Arme des Benutzers übertragen werden. 

HAS können sich auf die Nerven, Blutgefäße, Muskeln und Gelenke der Hände und Arme auswirken und zu einem schmerzhaften und behindernden Zustand mit Kribbeln und Taubheit in den Fingern, einer Verminderung der Griffkraft und des Tastsinns und einer Beeinträchtigung der Blutzirkulation führen – dem sogenannten vibrationsbedingten vasospastischen Syndrom (VVS, „Weißfingerkrankheit“). Bei frühzeitiger Erkennung ist diese Erkrankung heilbar. Im gegenteiligen Fall kann es jedoch zu einer dauerhaften Behinderung im Bereich der Hände kommen.

Schwingungsfrequenzen und ihre Auswirkungen auf den menschlichen Körper

Schwingungsfrequenz Art der Auswirkungen
Unter 1 Hz Bewegungskrankheit
3,5 bis 6 Hz Unbehagen
4 bis 10Hz Brust- und Unterleibsschmerzen
Um 5 Hz Beeinträchtigung manueller Handlungen
7 bis 20 Hz Verständigungsprobleme
8 bis 10 Hz Rückenschmerzen
10 bis 20 Hz Darm- und Blasenschmerzen
10 bis 30 Hz Beeinträchtigung der manuellen und visuellen Koordination
10 bis 90 Hz Beeinträchtigung visueller Handlungen

Tabelle 1: Auswirkungen von Schwingungsfrequenzen auf den menschlichen Körper nach A. J. Brammer und P. M. Pitts (1) und R. S. Bridger (2)

Problemstellung und Anwendung

Aber kehren wir nun zu unserem Motorrad und der Sicherheit unserer Kollegen zurück. Wir wollten einen besseren Einblick in die Messung der vom Motorrad während einer normalen Fahrt erzeugten Vibrationen und ihre Auswirkungen auf den Fahrer gewinnen und teilen.

Es sind bereits zahlreiche Forschungsprojekte und Studien durchgeführt worden, um die Auswirkung der Überexposition von Menschen gegenüber Vibrationen, insbesondere in Arbeitsumgebungen, zu bewerten. Die Standardmethode zur Bewertung der Schwingungsbelastung, die auf die Benutzer verschiedener Arten von mechanischen Geräten wie Elektrowerkzeugen und Baumaschinen oder auch von Landfahrzeugen oder anderen Transportmitteln einwirkt, sind Humanschwingungstests. 

Vorschriften

Arbeitgeber in verschiedenen Branchen müssen die Schwingungsbelastung genau bewerten und sie mit den gesetzlich festgelegten Grenzwerten abgleichen.

In der Europäischen Union sind in der Vibrationsrichtlinie 2002/44/EG Mindestanforderungen für die Kontrolle der Risiken durch arbeitsbedingte Hand-Arm- und Ganzkörper-Vibrationen definiert. Die Richtlinie legt Vibrationsdosiswerte (VDV) fest, und zwar Auslösewerte, bei deren Überschreitung Arbeitgeber die Vibrationsrisiken kontrollieren müssen, und Grenzwerte für die Tagesbelastung, die nicht überschritten werden dürfen. 

Expositionsgrenzwerte und Auslösewerte

Für Hand-Arm-Vibrationen gelten die folgenden Werte:

  • ein Auslösewert für die Tagesbelastung von 2,5 m/s2
  • ein Grenzwert für die Tagesbelastung von 5 m/s2

Für Ganzkörper-Vibrationen gelten die folgenden Werte:

  • ein Auslösewert für die Tagesbelastung von 0,5 m/s2
  • ein Grenzwert für die Tagesbelastung von 1,15 m/s2

Normen

Es wurden internationale Normen erarbeitet, um bewährte Verfahren für die Messung und Bewertung der Exposition von Menschen gegenüber Vibrationen, einschließlich der Messgeräte, zu definieren. Verschiedene Normen decken je nach Art der Exposition unterschiedliche Arten von Schwingungen, wie z. B. Hand-Arm- oder Ganzkörper-Schwingungen, ab.

ISO 5349 ist die anerkannte Norm für die Messung der Einwirkung von Schwingungen auf das Hand-Arm-System des Menschen, während sich ISO 2631-1 und ISO 2631-5 mit Ganzkörper-Schwingungen befassen. Schwingungsmesseinrichtungen ihrerseits müssen die Norm ISO 8041 erfüllen.

Die Dewesoft-Lösung für Human- und Ganzkörper-Schwingungen unterstützt die Messung und rechnerische Ermittlung von Hand-Arm-und Ganzkörper-Schwingungen gemäß allen relevanten internationalen Normen wie:

Diese Normen decken sowohl die Messeinrichtungen ab als auch die allgemeinen und spezifischen Methoden zur Messung und Bewertung der Auswirkungen von Schwingungen, wie z. B. Mehrfachstößen oder der Gefahr von Gefäßschädigungen. Unsere Lösung wird von Kunden am häufigsten dazu verwendet, die Eignung standardmäßiger betrieblicher Umstände für die Endbenutzer in arbeitsbezogenen Situationen zu zertifizieren.

Zwar sind diese Vorschriften und Normen für Maschinen und Fahrzeuge am Arbeitsplatz definiert, die Messeinrichtungen, die Methoden und die Risikowerte sind für die Bewertung der Schwingungsauswirkungen bei einer Spritztour auf einem Custom-Chopper aber nicht weniger relevant.

Messanordnung

Da die Intensität der Stöße und Vibrationen bei einem Motorrad variieren kann, verwendeten wir das Datenerfassungssystem SIRIUS-6xACC-2xSTG mit DualCoreADC-Technologie.

Dieses Gerät deckt einen Dynamikbereich von 160 dB ab und stellt sicher, dass keine Daten abgeschnitten oder ausgelassen werden. Sowohl die Hand-Arm- als auch die Ganzkörper-Schwingungsmessungen wurden mit triaxialen Beschleunigungssensoren durchgeführt – üblich sind dabei 50-g-Sensoren und spezielle Adapter.

Die SIRIUS-Datenerfassungseinheit mit dem Akkupack wurde hinter dem Fahrer am Motorrad montiert

Abb. 1: Die SIRIUS-Datenerfassungseinheit mit dem Akkupack wurde hinter dem Fahrer am Motorrad montiert

Datenerfassungssystem

  • Achtkanaliges Datenerfassungssystem (Datenlogger) SIRIUS 6xACC 2xSTG
  • B&K-Sitzpolster mit triaxialem Beschleunigungssensor
  • Triaxialer Dytran-Beschleunigungssensor
  • GNSS/IMU-Gerät DS-IMU1
  • GNSS-Antenne
  • Akku-Pack (DS-BP2i)
  • USB-Webcam
  • Laptop mit DewesoftX-Software, einschließlich des Humanschwingungsmoduls

Montage der Ausrüstung

  • Sitzpolstersensor für Ganzkörper-Schwingungen am Fahrersitz
  • Triaxialer Beschleunigungssensor für Hand-Arm-Schwingungen am Lenker
  • IMU für Roll-, Nick- und Gierwinkel und Geschwindigkeit, GPS für Ortungszwecke und SIRIUS-Datenlogger mit Akkupack hinter dem Fahrer
  • Der Laptop zur Datenerfassung in DewesoftX wurde im Rucksack des Fahrers untergebracht.

Der triaxiale Beschleunigungssensor zur Erfassung der Hand-Arm-Schwingungen wurde am Lenker montiert

Abb. 2: Der triaxiale Beschleunigungssensor zur Erfassung der Hand-Arm-Schwingungen wurde am Lenker montiert

Wir erfassten die Drehzahlen über den Drehzahlsensor des Motorrads (24-2-Zahnrad) und die Geschwindigkeit direkt am Getriebe unter Verwendung der vorhandenen Verkabelung und Anwendung einer Formel zur Berücksichtigung von Riemenverhältnis und Reifendurchmesser. 

Das DS-IMU1-Gerät verwendeten wir zur Ortung der GPS-Position des Motorrads und Erfassung der Roll-, Nick- und Gier-Winkel. Auf diese Weise waren wir in der Lage, verschiedene Fahrbedingungen – Drehzahl, Querbeschleunigung usw. – problemlos zu den Vibrationen in Beziehung setzen.

DS-IMU1

Abb. 3: DS-IMU1

Die Beschleunigungsaufnehmer verbanden wir mit dem SIRIUS-Datenerfassungsmodul. Die GPS-Antenne wurde an das IMU-Gerät angeschlossen, um ein starkes GPS-Signal zu gewährleisten. Zudem verbanden wir die USB-Kamera mit dem SIRIUS-Modul, um die Messung auch visuell zu dokumentieren und z. B. durch Bodenwellen und Schlaglöcher verursachte Erschütterungsspitzen richtig zuordnen zu können, und das SIRIUS-Modul selbst für die Stromversorgung mit dem Akkupack.

In einem Begleitfahrzeug richteten wir schließlich noch einen Remote-Desktop-Computer ein, um die Messung direkt während der Fahrt überwachen zu können. Alles in allem stand und mit dem beschriebenen Messaufbau ein fortschrittliches Humanschwingungsmessgerät zur Verfügung.

Messung von Hand-Arm- und Ganzkörper-Schwingungen bei einem Motorradfahrer in DewesoftX

Abb. 4: Messung von Hand-Arm- und Ganzkörper-Schwingungen bei einem Motorradfahrer in DewesoftX

Messungen

Als Messdauer wurde 1 Stunde vorgesehen. Die Tests fanden auf öffentlichen Straßen statt und führten sowohl durch die Stadt (50 km/h, Ampeln) als auch über die Autobahn (ununterbrochene Fahrt, 90–100 km/h). Die Fahrbahnqualität war insgesamt gut, lediglich ein paar Streckenabschnitte wiesen Unebenheiten oder kleinere Löcher in der Straßendecke auf.

Hand-Arm-Schwingungsmessung

Mit dem Humanschwingungs-Softwaremodul von Dewesoft und dem Messaufbau konnten wir die Hand-Arm-Schwingungen gemäß ISO 5349 berechnen. Die Ergebnisse wurden dann nach Maßgabe der in der Norm definierten Expositionsrichtlinien bewertet.

Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person Symptome des Hand-Arm-Vibrationssyndroms entwickelt, hängt von der individuellen Anfälligkeit, bestehenden oder Vorerkrankungen sowie aufgabenbezogenen, umweltbedingten und persönlichen Faktoren wie Alter, Schwingungsrichtung, Ankopplungskraft, Körperhaltung und vielen anderen ab.

Gemäß ISO 5349 lässt sich die Tages-Schwingungsbelastung durch Hochrechnen auf einen achtstündigen Bezugszeitraum bestimmen. Diese Schwingungsbelastung A(8) entspricht der energieäquivalenten, frequenzgewichteten Beschleunigung in Metern pro Sekunde im Quadrat (m/s2) über 8 Stunden.

Studien deuten darauf hin, dass Symptome des Hand-Arm-Vibrationssyndroms mit einer A(8) unter 2 m/s2, die über eine mit der Hand in Kontakt stehende Oberfläche übertragen wird, nur selten auftreten und dass sie für A(8)-Werte unter 1 m/s2 überhaupt nicht nachgewiesen worden sind.

Vor Durchführung der Expositionsberechnungen und ihrer Bewertung anhand der festgelegten Grenzwerte wollten wir das Frequenzspektrum der gemessenen Schwingungen auf Spitzenwerte und die vertretenen Frequenzen untersuchen. 

Bei der Analyse der Hand-Arm-Daten stellten wir markante Spitzen der Schwingungen in x- und y-Richtung bei 63 Hz (sowie einige kleinere Schwingungen bei 10 Hz) und Spitzen in z-Richtung bei 125 Hz fest. Daraus lässt sich schließen, dass der Großteil der Schwingungen im unteren Frequenzbereich auftritt.

In den Frequenzbereich transformierte und in Oktavbändern dargestellte Schwingungsdaten

 Abb. 5: In den Frequenzbereich transformierte und in Oktavbändern dargestellte Schwingungsdaten

Berechnung des Hand-Arm-Expositionswertes

Abb. 6: Berechnung des Hand-Arm-Expositionswertes

Wir haben die Mathematikfunktion in DewesoftX dazu verwendet, die Formel für die Berechnung des Expositionswertes A(8) aus den gemessenen Daten zu erstellen; so konnten wir die Schwingungsbelastung ermitteln, der der Fahrer bei einer ununterbrochenen achtstündigen Fahrt ausgesetzt wäre. 
Setzen wir unsere Ergebnisse für den Hand-Arm-Expositionswert = 0,813 m/s2 in Beziehung zur Wahrscheinlichkeit der Entwicklung von Symptomen des Hand-Arm-Vibrationssyndroms und gehen davon aus, dass bei einem A(8) unter 1 m/s2 keine Symptome auftreten, so können wir daraus schließen, dass das ununterbrochene Fahren des Motorrads für acht Stunden für den Fahrer kein Risiko darstellt.
Darüber hinaus liegt der Grenzwert für die zulässige Tages-Schwingungsbelastung, der sogenannte Expositionsgrenzwert (EGW), für Hand-Arm-Vibrationen in den meisten Ländern bei 5 m/s2 A(8), also weit über dem bei unserer Testfahrt gemessenen Expositionswert. Daraus können wir schließen, dass beim Fahren eines Motorrads wie dem unseren für berufliche Zwecke und während des ganzen Arbeitstages der zulässige EGW nicht überschritten würde.
Außer nach ISO 5349 können Hand-Arm-Schwingungen auch nach der Norm ISO 18570 bewertet werden, die sich mit der Beurteilung der Gefahr von Gefäßschädigungen befasst. Diese Norm verwendet den etwas anderen Gewichtungsfaktor Wp, mit dem sich der Tages-Vibrationsexpositionswert Ap(8) ermitteln lässt. 

HBV Berechnung

Abb. 7: Der Ap(8)-Wert wird bei Auswahl des Filters ISO 18570 in der Kanalkonfigurationssoftware des Humanschwingungsmoduls automatisch berechnet. Die Ergebnisse stehen im Messmodus sofort zur Verfügung. 

Die Norm ISO 18570 umfasst Richtlinien für Expositionswerte und das Auftreten von Symptomen des vibrationsbedingten vasospastischen Syndroms (VVS) bei einer Schwingungsbelastung der Hände. Der tägliche Expositionsschwellenwert, dessen Beziehung zu Ap(8) in der folgenden Formel dargestellt ist, wird hier als Ep,d angegeben, und T0 steht für die Referenzzeit von 8 h (28 800 s).

calculation

Die Untersuchungen und Analysen von Brammer und Pitts [1] erlauben auch die Schätzung der geringsten täglichen Schwingungsbelastung Ep,d, bei der mit dem Auftreten von Symptomen des VVS zu rechnen ist. Demnach liegt der Schwellenwert für das Auftreten und die kontinuierliche Entwicklung des VVS bei einem Ep,d zwischen 1150 und 1750 m/s1,5.
Um die tägliche Exposition gegen den Schwellenwertbereich nach Brammer und Pitts zu prüfen, haben wir das Math-Modul zur Berechnung von Ep,d auf Grundlage der Ap(8)-Daten verwendet.

Berechnung von Ep

Abb. 8: Berechnung von Ep,d aus den ermittelten Ap(8)-Daten im Dewesoft-Humanschwingungsmodul

Aus dem Ergebnis können wir schließen, dass die Tagesbelastung selbst bei einer Fahrzeit von 8 Stunden deutlich unter dem vorgeschlagenen Expositionsschwellenwert liegt und das Fahren unseres Choppers somit kein signifikantes Risiko für die Entwicklung von Symptomen des vibrationsbedingten vasospastischen Syndroms darstellt.

Messung von Ganzkörper-Schwingungen

Was die Spektraldaten der Ganzkörpermessung betrifft, erhielten wir Schwingungsspitzen in allen drei Richtungen (x, y, z) bei 63 Hz und geringere Schwingungen in x- und z-Richtung bei 10 Hz.

Ergebnisse der Messung von Ganzkörper-Schwingungen bis 1000 Hz in allen drei Richtungen (x, y, z)

Abb. 9: Ergebnisse der Messung von Ganzkörper-Schwingungen bis 1000 Hz in allen drei Richtungen (x, y, z)

Unsere Absicht war es, den Fahrkomfort nach ISO 2631-1 zu beurteilen. Diese Norm besagt, dass es für einige Umgebungen möglich ist, das menschliche Wohlbefinden anhand des frequenzgewichteten Effektivwertes der Beschleunigung über einen repräsentativen Zeitraum zu bewerten. Dieser muss dann mit Wk – der Frequenzgewichtung für die vertikale z-Richtung – gewichtet werden.
Bei Auswahl der Ganzkörpermethode verwendet das Dewesoft-Humanschwingungsmodul Gewichtungen nach ISO 2631-1 in den Berechnungen. Nach ISO 2631-1 wird bei Auswahl des Effektivwertes als Ausgabewert und der Ausgabe-Option „Vektorsumme“ der als aw definierte Schwingungsgesamtwert berechnet. 

Dewesoft-Humanschwingungsmodul

Abb. 10: Dewesoft-Humanschwingungsmodul: Ganzkörper-Methode nach ISO 2631-1

Der Anhang A zu ISO 2631 enthält einen Leitfaden zu den Auswirkungen von Schwingungen auf Wohlbefinden und Wahrnehmbarkeit. Darin wird eine Ganzkörper-Schwingung mit einer über die Zeit gemittelten, frequenzgewichteten monoaxialen Schwingbeschleunigung (aw) unter 0,315 m/s2 als nicht störend bezeichnet, während Werte zwischen 0,315 m/s2 und 2,5 m/s2 als unangenehm und Werte über 2,5 m/s2 als extrem unangenehm gelten.

Reaktionen auf Ganzkörper-Schwingungen
nach Schwingungsgesamtwerten

Unter 0,315 m/s2 Nicht unangenehm
0,315 bis 0,63 m/s2 Etwas unangenehm
0,5 bis 1 m/s2 Ziemlich unangenehm
0,8 bis 1,6 m/s2 Unangenehm
1,25 bis 2,5 m/s2 Sehr unangenehm
Über 2 m/s2 Extrem unangenehm

Tabelle 2: Leitfaden zu Auswirkungen von Schwingungen auf Wohlbefinden und Wahrnehmbarkeit nach ISO 2631

Für Ganzkörper-Schwingungen erhielten wir anhand der frequenzgewichteten Effektivbeschleunigung einen aw-Wert von 0,47 m/s2, also knapp oberhalb des definierten Komfortniveaus. Zusammenfassend lässt sich demnach sagen, dass die Vibrationen bei Fahren des Motorrads zwar etwas, aber noch nicht ziemlich störend sind. Für einen Custom-Chopper ist das aber noch nicht so übel! 

Ergebnis der Ganzkörper-Schwingungsmessung anhand der frequenzgewichteten Effektivbeschleunigung

Abb. 11: Ergebnis der Ganzkörper-Schwingungsmessung anhand der frequenzgewichteten Effektivbeschleunigung

Für die Bewertung potenzieller Gesundheitsrisiken durch Ganzkörper-Schwingungen  sind in ISO 2631-1 Gesundheits-Risikozonen festgelegt. 

Gesundheits-Risikozonen nach ISO 2631-1

Abb. 12: Gesundheits-Risikozonen nach ISO 2631-1

Für Expositionen unterhalb dieser Zone sind keine gesundheitlichen Auswirkungen dokumentiert oder objektiv beobachtet worden. Innerhalb der Zone ist Vorsicht gegenüber möglichen Gesundheitsrisiken angezeigt und oberhalb der Zone sollten Gesundheitsrisiken als wahrscheinlich betrachtet werden. Diese Empfehlung bezieht sich hauptsächlich auf 4- bis 8-stündige Expositionen. 

ISO-Normen für Schwingungsbelastungen
und ihre Auswirkungen auf die Fahrergesundheit
Expositionsdauer in Stunden ISO 2631 – Maximale Mittelwerte der Effektivbeschleunigung in m/s²
Wahrscheinliches Gesundheitsrisiko Risikozone
4 0,63 1,20
8 0,82 0,48

Tabelle 3:  Grenzwerte für 4- und 8-stündige Exposition gemäß ISO 2631-1

Der gemessene aw8-Wert von 0,47 m/s2 liegt unterhalb der Risikozone, woraus wir schließen können, dass bei einer 8-stündigen Fahrt mit dem Motorrad keine gesundheitlichen Auswirkungen zu erwarten sind.

Neben der Prüfung der gemessenen Ergebnisse in Bezug auf Wohlbefinden, Wahrnehmbarkeit und die Gesundheits-Risikozonen für die Vibrationsbelastung nach ISO 2631 haben wir bei der Auswertung der Daten noch einen weiteren festgelegten Grenzwert berücksichtigt: den EGW. Der Expositionsgrenzwert (EGW) ist der Wert für die zulässige Vibrationsexposition am Arbeitsplatz bezogen auf 8 Stunden. In den meisten Ländern ist der EGW A(8) für Ganzkörper-Schwingungen auf 1,15 m/s2 festgelegt. 

Da wir bei unserer Messung die Daten nur über einen Zeitraum von etwas mehr als einer Stunde erfasst haben, musste der berechnete Schwingungsgesamtwert auf 8 Stunden hochgerechnet werden. Dafür definierten wir mit Dewesoft Math eine einfache Formel zur Berechnung von aw8.

Definition einer einfachen Formel für die Berechnung von aw8 in Dewesoft Math

Abb. 13: Definition einer einfachen Formel für die Berechnung von aw8 in Dewesoft Math

Der von uns ermittelte Maximalwert von 0,639 m/s2 lag deutlich unter dem Grenzwert. Das bedeutet, dass unser Custom-Bike während des kompletten normalen Arbeitstages benutzt werden kann, ohne dass eine Überschreitung des EGW zu befürchten ist. 

Für Spritztouren oder das Abholen von Pizzas wäre Dewesofts Custom-Chopper also zweifellos eine sichere Wahl. 

Das Dewesoft-Team bei der Auswertung der Messdaten der Motorradfahrt

Abb. 14: Das Dewesoft-Team bei der Auswertung der Messdaten der Motorradfahrt

Fazit

Unsere Schwingungsmessungen haben gezeigt, dass das Fahren des Motorrads sicher ist, man aber trotzdem vorsichtig sein und es nicht übertreiben sollte. Der Fahrstil hat einen großen Einfluss auf die Vibrationsbelastung – während unseres Tests haben wir uns zu jeder Zeit an die Verkehrsregeln gehalten und sind mit dem Motorrad auf überwiegend glatten Straßen gefahren.

Die Bewertung der Hand-Arm-Vibrationsbelastung gemäß ISO 5349 ergab auf 8 Stunden bezogen einen durchschnittlichen Schwingungsdosiswert, der unter dem zulässigen Grenzwert lag. Auch der gemessene A(8)-Wert blieb unter dem Expositionsgrenzwert (EGW). 

Die ermittelte tägliche Schwingungsbelastung Ep,d lag deutlich unter dem in der ISO 18570 festgelegten Tages-Expositionsschwellenwert für das Auftreten und die Entwicklung des vibrationsbedingten Weißfingersyndroms. Eine achtstündige ununterbrochene Motorradfahrt stellt somit kein Risiko für die Hände und Arme des Fahrers dar.

Was die Ganzkörper-Schwingungen während der Fahrt angeht, kann der Schwingungsgesamtwert gemäß Anhang A der ISO 2631 als „etwas unangenehm“ interpretiert werden. Dies ist kein optimales, unter Berücksichtigung der relativ starken Umbauten, die am Motorrad vorgenommen wurden, jedoch trotzdem recht gutes Ergebnis. Das NVH-Team kam einstimmig zu dem Schluss, dass ein geringer Mangel an Komfort ein akzeptabler Preis für das Fahren des von uns getesteten Custom-Monsters ist. 

Bezüglich der in ISO 2631-1 festgelegten Gesundheits-Risikozonen ist es unwahrscheinlich, dass eine achtstündige Fahrt auf dem Motorrad irgendeine Gefahr für die Gesundheit des Fahrers darstellt. Und im Hinblick auf den arbeitsplatzbezogenen Grenzwert A(8), der in den meisten Ländern bei 1,15 m/s2 liegt, ist das Motorrad ein für den normalen achtstündigen Arbeitstag geeignetes Transportmittel.

Quellen

  • BRAMMER, A. J. ; PITTS, P. M.: Frequency weighting for vibration-induced white finger compatible with exposure-response models. In: Ind. Health 50 (2012), S. 397–411
  • BRIDGER, R. S.: Introduction to Ergonomics. McGraw-Hill International Editions (1995), S. 318–409
  • ISO 18570: Mechanische Schwingungen - Messung und Bewertung der Einwirkung von Schwingungen auf das Hand-Arm-System des Menschen - Ergänzendes Verfahren zur Beurteilung der Gefahr von Gefäßschädigungen (2017)
  • ISO 2631: Mechanische Schwingungen und Stöße - Bewertung der Einwirkung von Ganzkörper-Schwingungen auf den Menschen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen (2018), Teil 2: Schwingungen in Gebäuden (1 Hz bis 80 Hz) (2003), Teil 3: Bewertung der Einwirkung von vertikalen z-Achsen-Ganzkörper-Schwingungen im Frequenzbereich von 0,1 bis 0,63 Hz (1985), Teil 4: Leitfaden zur Bewertung der Auswirkungen translatorischer und rotatorischer Schwingungen auf den Komfort der Passagiere und des Personals in spurgeführten Verkehrssystemen (2001), Teil 5: Verfahren zur Bewertung von stoßhaltigen Schwingungen (2018)
  • ISO 5349: Mechanische Schwingungen - Messung und Bewertung der Einwirkung von Schwingungen auf das Hand-Arm-System des Menschen - Teil 2: Praxisgerechte Anleitung zur Messung am Arbeitsplatz, Teil 3: Ergänzende Beschreibung besonderer Signalformen (2001)
  • ISO 8041: Schwingungseinwirkung auf den Menschen - Messeinrichtung - Teil 1: Schwingungsmesser für allgemeine Anwendungen (2017), Teil 2: Messgeräte für die personenbezogene Schwingungseinwirkung (2021).
  • SANDERS, M. S. ; MCCORMICK, E. J.: Human factors in engineering and design. McGraw-Hill Book Company (1993), S. 627–634