Analyse des Einflusses von Querkräften beim Hammerbohren auf die Arbeitsproduktivität und die Schwingungseinwirkung auf den Menschen = Analysis of the influence of lateral forces on work productivity and human exposure to vibration during hammer drilling
Creators: name: Uhl, Michael
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2022
Subjects: Bohrhammer
Anwender
Mensch
Vorschubkraft
Querkraft
Vibrationen
Schwingungen
Produktivität
Vorschubgeschwindigkeit
Beton

description: Das Ziel der Ergonomie ist die qualitative und wirtschaftliche Optimierung des Arbeitsergebnisses. Gleichzeitig soll der Anwender während der Tätigkeit möglichst wenig ermüden und keine Schäden davontragen. In der Entwicklung von Bohrhämmern sind deshalb die Steigerung der Arbeitsproduktivität sowie die Prävention einer möglichen Schädigung des Anwenders durch Vibrationen wichtige Ziele. Um das Produkt hinsichtlich dieser Größen optimieren zu können, müssen die relevanten Einflüsse bekannt sein. In bisherigen Studien zur Analyse von Einflussgrößen wurden Kräfte, welche senkrecht zur Vorschubkraft wirken, noch nicht untersucht. Experimente haben jedoch gezeigt, dass Anwender beim Hammerbohren Querbewegungen aufbringen, welche zu Querkräften im Bohrloch führen. Bislang fehlt das Wissen, in welcher Größenordnung die Querkräfte beim Arbeiten mit einem Bohrhammer auftreten und ob diese einen Einfluss auf das Hammerbohren haben. Weiterhin ist nicht bekannt, ob ein möglicher Einfluss auf unterschiedliche Bohrhammer-Bohrer-Setups und Randbedingungen übertragbar ist. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Zusammenhänge zwischen der Querkraft und den Größen Vorschubgeschwindigkeit sowie die für den Menschen schädlichen Vibrationen zu analysieren. Zur Erreichung dieses Ziels wurden zunächst die auftretenden Querkräfte mittels einer Laborstudie mit Probanden untersucht. Anschließend wurden anhand zweier Studien auf einem roboterbasierten Prüfstand mit über 6000 Einzelversuchen Vorschubkräfte und Querkräfte mehrstufig aufgebracht, um deren Zusammenhang mit der Vorschubgeschwindigkeit sowie mit den Gehäusevibrationen zu ermitteln. Um aufzuzeigen, ob Interaktionseffekte zwischen der Querkraft und aus dem Stand der Forschung bekannter Einflussgrößen bestehen, wurden neben den Anwenderkräften die Betonfestigkeit, der Bohrhammer, der Bohrertyp und dessen Verschleiß variiert. Abschließend wurde eine Verifikation der auf dem Prüfstand gewonnenen Ergebnisse, inwieweit diese auf das manuelle Hammerbohren übertragbar sind, durchgeführt. Durch manuelle Versuche mit professionellen Anwendern konnte nachgewiesen werden, dass beim Hammerbohren Querkräfte auftreten und wodurch diese entstehen. Die anschließenden kausalen Studien zeigten, dass diese Querkräfte die Vorschubgeschwindigkeit negativ beeinflussen und unterschiedliche Effekte bei den Bohrhammervibrationen hervorrufen. Hierbei treten Interaktionseffekte zwischen den untersuchten Faktoren und der Querkraft auf. Anhand der Ergebnisse konnte somit gezeigt werden, dass die vom Anwender erzeugten Querkräfte die Arbeitsproduktivität und die für den Menschen schädlichen Vibrationen beeinflussen. Darüber hinaus konnten Potentiale für die Optimierung von Schwingungsentkopplungen der Hauptgriffe von Bohrhämmern aufgedeckt werden. Des Weiteren kann das Wissen für die Abbildung von realitätsnäheren Anwendereinflüssen im Testing oder für die Verbesserung von Normen zur Bewertung der Bohrhammervibrationen genutzt werden.