Ergonomische Gestaltung von Rotationsstellteilen für grob- und sensomotorische Tätigkeiten

Eine menschengerechte Gestaltung technischer Systeme, seien es Maschinen, Anlagen oder sonstige Einrichtungen, setzt ergonomisch richtig gestaltete und angeordnete Stellteile¹⁾ voraus. Stellteile sind Schnittstellen im Mensch-Maschine-System (MMS), über die der Mensch motorische Information an das Maschine-System überträgt zur Durchführung von Steuer- und Regelaufgaben. Nach DIN 33401 sind Stellteile “Elemente, die, durch menschliche Kraft bewegt, eine Veränderung des Informations-, Energie- und/oder Stoffflusses bzw. einer Position bewirken. Sie können auch der Lageeinstellung von Bauteilen dienen.” Des weiteren überträgt das Stellteil die zur Aufgabenerfüllung notwendige haptische²⁾ und propriozeptive²⁾ Information auf den Menschen.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung von Stellteilen, die ergonomischen sowie Sicherheitstechnischen Anforderungen gerecht werden. Die Entwicklungsarbeit beschränkt sich auf Stellteile, mit denen grob- und sensomotorische Tätigkeiten ausgeführt werden. Hier sind die Belastungen der Arbeitsper­son wesentlich höher als bei Stellteilen, mit denen überwie­gend Information an das technische System übertragen wird. Zudem sind bei Stellteilen für energetisch-effektorische Tä­tigkeiten die Gestaltungsvariablen Form, Abmessung, Werkstoff und Oberfläche der Stellteil—Handseite (Kontaktteil) von hö­herer Priorität als bei Stellteilen für überwiegend informa­torische Tätigkeiten, bei denen der Beanspruchungsgrad weni­ger durch die Gestaltungsvariablen als durch die Stellaufga­be, wie Betätigungsfrequenz und Betätigungsdauer, determi­niert wird. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf rotato­risch betätigte Stellteile mit einem Freiheitsgrad, wobei die Information in analoger Form kontinuierlich auf das techni­sche System übertragen wird.

In diesem Kapitel soll kurz auf die wichtigsten Forschungsschwerpunkte von Mensch-Maschine-Systemen (MMS) mit Stellteilen als Schnittstellenelemente und deren Bedeutung für die vorliegende Forschungsarbeit eingegangen werden. Arbeitssysteme mit Stellteilen als Schnittstellenelemente enthalten die in Bild 1 dargestellten Strukturkomponenten und Wirkungsverknüpfungen.

Die für die ergonomische Stellteiloptimierung zugrunde gelegte Vorgehensweise setzt sich aus den 3 Phasen Entwicklung, experimentelle Untersuchungen und Bewertung zusammen. Die einzelnen Schritte sowie die verschiedenen Iterationsprozesse sind aus Bild 5 ersichtlich und werden in den folgenden Kapiteln 4.1, 4.2 und 4.3 näher erläutert.

Dominierende Anforderung an diese Stellteilgruppe ist eine große statische und dynamische Kraftübertragung zur Funktionserfüllung bei einhändiger Kopplung. In den DIN-Normen sind für einhändige Betätigung folgende Normen vorgesehen: DIN 388, Teil l/Teil 2, Handräder aus Kunststoff, DIN 6335 Kreuzgriffe, DIN 6336 Sterngriffe; weiterhin müssen Scheiben- und Speichenhandräder (DIN 390, 950, 951, 955, 956, 3220, 3319) bis ca. 125 mm hinzugerechnet werden.

Zielsetzung der durchgeführten Untersuchungen war die Optimierung des Kontaktteils von rotatorisch betätigten Stellteilen für kontinuierliche Stellaufgaben nach ergonomischen Kriterien. Nach Analyse der Stellaufgäbe wurden für drei Stellteilgruppen die Gestaltungsparameter Form, Abmessung, Werkstoff und Oberfläche optimiert:

Einhändig betätigte Stellteile für

Beidhändig betätigte Stellteile für

Im folgenden sind die entwickelten und experimentell und überprüften Stellteilalternativen dargestellt. Die Zeichnungen enthalten nur die aus ergonomischer Sicht relevanten Abmessungen. Die Abmessungen der in die Untersuchungn als Vergleichsobjekte einbezongen DIN-Stellteile sind der jeweiligen Norm bzw. dem DIN-Taschenbuch 127, Normen über Bedienteile /52/, zu entnehmen.