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NUTZ- UND SCHIENENFAHRZEUGTECHNIK Investigation on the effect of a seat belt vibration and transmissibility The drivers of earth moving machines are exposed to high leveles of whole-body vibrations (WBV). The levels exposure to the WBV can cause adverse instantaneous effects, such as the loss of balance and riding discomfort; the long-term exposure to the WBV can cause chronic health problems, such as the musculoskeletal disorder (MSD) and the low back pain (LBP). As a main direct interaction part between driver and vehicle, the seat plays a significant role in reducing the WBV transmitted to the driver. The seat belt is recommended to be used during the daily operation of the earth moving machines. Today the automatic lap belt is widely used. Meanwhile, the usage of the full seat harness (e.g., the four-point seat harness with lap belt and shoulder harness) which provides better protection against injuries in case of an accident M. Sc. Xiaojing Zhao Telefon: +49(0)631 / 205-5410 Email: zhao@mv.uni-kl.de is also recommended. The main purpose of the seat belt wearing is to reduce the risk of being injured in case of an accident and to insure the operation safety. There is little knowledge about the effect of a seat belt on the seat vibration and transmissibility. In the study by KIMA and VOLVO CE accelerations were measured on the seat cushion and the seat base of a middle size wheel loader during pure driving on different unpaved roads and during the V-cycle in the cases of the driver wearing no seat belt during as well as the driver wearing a lap belt and a four-point seat harness. The vibration dose value (VDV) of the frequency weighted accelerations on the seat cushion, the root-mean-square (RMS) value of the accelerations on the seat cushion in each 1/3 octave band, the seat effective amplitude transmissibility (SEAT) and the seat transmissibility based on the cross spectral density (CSD) method, were analyzed to investigate the effect of lap belt and four-point seat harness on the seat vibration and transmissibility. It is concluded that the lap belt leads to a decrease of the vibrations of the seat cushion and the seat transmissibility by preventing the driver from leaving and impacting the seat. Compared to the lap belt, the four-point seat harness leads to an increase of the vibrations of the seat cushion and the seat transmissibility, especially in the scenarios with high level vibrations. This is because the four-point seat harness restricts the driver’s movement and results in less vibration attenuation caused by the driver movement. According to the feedback from the driver, the four-point seat harness has a negative effect on the comfort and especially results in the increase of stress on the shoulders. Untersuchung des Übertragungsverhaltens aktueller Nutzfahrzeugsitze Im Rahmen des InnoProm Projektes zur „Entwicklung eines integralen Schwingungsschutzsystems für Fahrer von Land- und Baumaschinen“, gefördert durch die EU, das Land Rheinland-Pfalz und die Firmen John Deere und Comlet wird an einer ganzheitlichen, schwingungstechnischen Fahrzeugoptimierung geforscht. Die Fahrer von Land- und Baumaschinen sind, insbesondere beim Einsatz im Gelände, starken mechanischen Ganzkörperschwingen ausgesetzt. Dies birgt zum einen gesundheitliche Risiken, zum anderen wirkt es sich negativ auf die Fahrsicherheit und Produktivität aus. Dem Fahrersitz kommt als direkter Kontaktstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug M.Sc. Ashwin Walawalkar Telefon: +49(0)631 / 205-3219 Email: walawalkar@mv.uni-kl.de Dipl.-Ing. Stephan Rauber Telefon: +49(0)631 / 205-4207 Email: stephan.rauber@mv.uni-kl.de eine besondere Bedeutung zu. In vielen Landund Baumaschinen ist der gefederte Fahrersitz nach wie vor das einzig verwendete System zur effektiven Schwingungsreduzierung. Weitere Verbesserungen bezüglich Komfort und Gesundheitsschutz lassen sich durch Kabinen- und Achsfederungssysteme erzielen. Um einen bestmöglichen Schwingungsschutz für den Fahrer zu realisieren, müssen die einzelnen Systeme analysiert und aufeinander abgestimmt werden. Zur Untersuchung und Optimierung der Federung von Nutzfahrzeugkabinen und Sitzen wurde am KIMA ein 3-axialer Schwingtisch entwickelt. Dieser ermöglicht es, die Bewegung eines Fahrzeuges in der vertikalen Fahrzeuglängs- (Zucken-Tauchen-Nicken) oder -querebene (Schieben-Tauchen-Wanken) zu simulieren. Darüber hinaus kann der Schwingtisch auch für Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an einer Vielzahl von Fahrzeugkomponenten verwendet werden. Fahrersitze unterschiedlicher Hersteller lassen sich mittels Adapterplatten auf dem Schwingtisch montieren. Es können sowohl periodische als auch stochastische Anregungssignale aufgeprägt werden. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz der Remote Parameter Control (RPC) Software des Herstellers MTS selbst generierte oder gemessene Beschleunigungs-, Kraft- oder Wegsignale exakt zu reproduzieren. Umfangreiche Feldmessungen an Land- und Baumaschinen erlauben die Untersuchung des Übertragungsverhaltens von Fahrersitzen in typischen Betriebssituationen. Dabei muss beachtet werden, dass in der Realität immer ein gekoppeltes Schwingungssystem bestehend aus Sitz und Fahrer vorliegt. Zur Simulation der biodynamischen Eigenschaften des Menschen in vertikaler Richtung wird der Schwingungsdummy MOSIME 5 verwendet. Dieser wurde von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) entwickelt. Mittels modernster Messtechnik werden die auftretenden Beschleunigungen in der Kontaktstelle Sitz/Schwingungsdummy sowie an weiteren Stellen erfasst. Hierdurch können Aussagen bezüglich des Übertragungsverhaltens des Sitzes, des Fahrkomforts und der Schwingungsbelastung des Fahrers getroffen werden. Seite 04
NUTZ- UND SCHIENENFAHRZEUGTECHNIK Prüfung hydraulischer Dämpfer von Straßenbahnen In den letzten 20 Jahren haben sich im ÖPNV Niederflurstraßenbahnen etabliert und machen heute den Großteil der beschafften Fahrzeuge aus. Ein niedriger Einstieg und Wagenboden schränkt den verfügbaren Bauraum für Fahrwerke und andere Aggregate unter dem Fahrzeug sehr stark ein. Dennoch steigen die Anforderungen z.B. bezüglich des Fahrkomforts. Je nach Fahrzeugtyp ist die Neigung zu dynamischen Relativbewegungen zwischen einzelnen Wagen mehr oder minder stark ausgeprägt. Vor allem Multigelenkfahrzeuge mit Radsatzfahrwerken neigen, aufgrund des Wellenlaufes der Radsätze, zu teilweise starken Schlingerbewegungen bei der Fahrt auf geradem Gleis. Durch die bei diesem Fahrzeugtyp üblichen großen Abstände zwischen Fahrwerkmitte und Kopfende resultieren daraus gerade für den Fahrer hohe Querbeschleunigungen, welche sich negativ auf die Fahrkomfortgüte auswirken. Aus diesem Grund besitzen Fahrzeuge neuer Generation, bereits ab Werk, Dämpfer zwischen den einzelnen Wagenteilen, um deren Relativbewegung zu minimieren. Ältere Fahrzeuge dieses Typs wurden hingegen von den Betreibern sukzessive mit entsprechenden Dämpfern nachgerüstet. Komponenten des Dämpferprüfstandes Da die Dämpfung auf gerader Strecke erwünscht, in den teils engen Bögen des Straßenbahnnetzes aber unvorteilhaft ist, sind die verbauten Dämpfer mit einem 2/2-Wege-Ventil versehen, um deren Dämpfung bei der Fahrt durch enge Bögen abschalten zu können. Um die Kennlinie für möglichst viele unterschiedliche Dämpfer überprüfen zu können, wurde am KIMA ein modularer Prüfstandsaufbau entwickelt. Dabei wird der Dämpfer gemäß Prüfvorschrift in Einbaulage eingespannt und mittels der verfügbaren Hydropulsanlage belastet. Der Prüfaufbau, siehe Abbildung, besteht aus einem hydraulischen, geregelten Längsprüfzylinder (1), welcher über ein Gelenk (2) zusammen mit der Kraftmessdose (3) mit dem Hydraulikdämpfer (4) verbunden ist. Der Zylinder hat einen maximalen Hub von ± 50 mm und leistet eine Maximalkraft von 63 kN. Das Kugelgelenk (5) soll Abweichungen von der axialen Soll-Lage ausgleichen. In axialer Richtung wird der Aufbau durch eine Linearführung (6) geführt. Dipl.-Ing. Tobias Bettinger Telefon: +49(0)631 / 205-3228 Email: bettinger@mv.uni-kl.de Prüfstand zur Untersuchung hydraulischer Antriebskonzepte In der Entwicklung von mobilen Arbeitsmaschinen gewinnen Umweltverträglichkeit und Energieeffizienz immer mehr an Bedeutung. Steigende Energiepreise sowie gesetzliche Vorgaben zur Minderung von Schadstoffemissionen sorgen in der Branche der mobilen Arbeitsmaschinen für ein großes Interesse an neuen technischen Innovationen, welche die Energie- und Ressourceneffizienz der entwickelten Produkte verbessern. Aus diesem Grund befasst sich das Verbundprojekt „ERMA – Energie- und ressourceneffiziente mobile Arbeitsmaschinen“ mit der Untersuchung effizienter Konzepte und Antriebslösungen, sowie neuen methodischen Ansätzen zur Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz. Bei mobilen Arbeitsmaschinen werden Antriebe für die Arbeits- und Fahrfunktionen aufgrund der guten dynamischen Eigenschaften, flexiblen Einbaumöglichkeiten und der hohen Energiedichte meist durch hydraulische Systeme realisiert. Zur Untersuchung dieser Systeme wurde am KIMA im Rahmen des ERMA-Projekts ein Prüfstand entwickelt, der ein für die Arbeitshydraulik von Baumaschinen typisches Load-Sensing System für einen Verbraucher abbildet. Durch eine aufgelöste Bauweise und die Verwendung elektrohydraulischer Proportionalventile können auf dem Prüfstand verschiedene Steuerungskonzepte wie zum Beispiel eine unabhängige Ansteuerung von Zu- und Abflussblende umgesetzt werden. Hydraulikprüfstand mit 1: Steuereinheit und Umrichter; 2: Hydraulik; 3: Belastungseinheit Zur definierten Belastung des Systems wurde eine Belastungseinheit entwickelt, welche sowohl positive als auch negative Lasten generieren kann und somit den Betrieb des Prüfstands innerhalb eines kompletten 4-Quadranten-Betriebs ermöglicht. Unterstützt durch die Sensorik können die Systemeigenschaften der unterschiedlichen Konfigurationen und Steuerungskonzepte untersucht und miteinander verglichen werden. Dabei ist die Hauptaufgabe ein Vergleich der Energieeffizienz verschiedener hydraulischer Grundkonzepte innerhalb eines Einverbrauchersystems. Zudem ist der Prüfstand erweiterbar gestaltet, sodass in naher Zukunft auch komplexere hydraulische Strukturen wie Mehrverbraucher- oder Mehrpumpensysteme abgebildet und untersucht werden können. Belastungseinheit Dipl.-Ing. Christian Scholler Telefon: +49(0)631 / 205-3731 Email: scholler@mv.uni-kl.de Dipl.-Ing. Florian Schneider Telefon: +49(0)631 / 205-3732 Email: schneider@mv.uni-kl.de Seite 05
Seite 1 und 2: KIMA Insight Fünf Jahre Kolloquium
Seite 3: Liebe Leserinnen, liebe Leser, nun
Seite 7 und 8: PRODUKTENTWICKLUNG Neuentwickeltes
Seite 9 und 10: LEHRE Fünf Jahre Kolloquium Nutz-
Seite 11 und 12: AUSGEWÄHLTE VERÖFFENTLICHUNGEN 20

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