Skip to main content
SpringerLink
Log in

The influence of variating passive user interactions on power tools in the context of product development

Der Einfluss variierender passiver Anwender Interaktionen auf Power-Tools im Kontext der Produktentwicklung

  • Originalarbeiten/Originals
  • Published:
Forschung im Ingenieurwesen Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Comparing different development variants under same test conditions with the help of test rigs is one success factor within the power tool development process. One question in test rig design is about the necessity to model variating user’s biodynamic response within such test rigs. The objective of this contribution is to reveal the main influential factors on user’s biodynamic response which have to be included in test rig design for power tools. Therefore, this article presents a qualitative study to give indications for the relevance of user, posture, grip and push force on power tool’s behavior. It is shown that different user’s biodynamic response leading to different vibration levels at a hammer drill’s and impact driver’s handle. While assuming that any kind of vibration level influenced by the user’s biodynamic response will directly lead to different interactions of the technical subsystems inside the power tool, it is stated that variation of user’s biodynamic response has to be taken into account when designing test rigs for power tool development.

Zusammenfassung

Der Vergleich verschiedener Entwicklungsvarianten auf Entwicklungsprüfständen unter gleichbleibenden Randbedingungen ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor in der Power-Tool Entwicklung. Eine ungelöste Frage bei der Entwicklung dieser Prüfstände ist die Notwendigkeit zur Abbildung variierender mechanisch-dynamischer Eigenschaften des Anwenders in solchen Prüfständen. Innerhalb dieses Beitrages soll geklärt werden, ob es notwendig ist die Haupteinflussfaktoren auf diese passiven Anwendereigenschaften in der Entwicklung von Prüfständen für Power-Tools zu berücksichtigen. Dieser Beitrag stellt hierfür eine qualitative Studie vor, um den Einfluss des Anwenders, der Haltung und der Greif- und Andruckkraft auf das Power-Tool zu untersuchen. Es wird gezeigt, dass variierende mechanisch-dynamische Eigenschaften des Anwenders einen Einfluss auf die entstehende Vibration am Bohrhammer- und Schlagschraubergriff haben. Unter der Annahme, dass jede Variation der mechanisch-dynamischen Eigenschaften die zu einer Veränderung dieser Vibration führt auch zu einer Veränderung der Wechselwirkungen im Power-Tool führt, wird festgestellt, dass die Variation der mechanisch-dynamischen Eigenschaften des Anwenders bei der Entwicklung von Entwicklungsprüfständen für Power-Tools berücksichtigt werden muss.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 15
Fig. 16
Fig. 17

Similar content being viewed by others

References

  1. Matysek M, Kern TA (2009) Entwicklung Haptischer Geräte: Ein Einstieg für Ingenieure. Springer, Heidelberg, Berlin, Heidelberg

    Google Scholar 

  2. Matthiesen S, Mangold S, Schaefer T (2012) Modellierung und Simulation des Hand-Arm-Systems bei stoßartiger Anregung. In: Krause D, Paetzhold K, Wartzack S (eds) Design for X: Beiträge zum 23. DfX-Symposium Oktober 2012. TuTech-Verl, Hamburg, pp 113–124

    Google Scholar 

  3. Matthiesen S, Mangold S, Bruchmüller T et al (2014) Der Mensch als zentrales Teilsystem in Wechselwirkung mit handgehaltenen Geräten – Ein problemorientierter Ansatz zur Untersuchung dieser Schnittstelle. In: Krause D (ed) Design for X: Beiträge zum 25. DfX-Symposium, Oktober 2014. TuTech-Verl, Hamburg, pp 193–204

    Google Scholar 

  4. Matthiesen S, Mangold S, Bruchmueller T et al (2015) The influence of the user on the power tool functionality—a force sensing handle for a hammer drill. The Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration, Beijing, 13–16. Oct, pp 89–90

    Google Scholar 

  5. Albers A, Bursac N, Wintergerst E (2015) Product generation development—importance and challenges from a design research perspective. In: Mastorakis NE, To Solomon CW (eds) New developments in mechanics and mechanical engineering Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering (ME 2015), Vienna, 15–17. March, pp 16–21

    Google Scholar 

  6. Meboldt M, Matthiesen S, Lohmeyer Q (2012) The dilemma of managing iterations in time-to-market development processes. In: Heisig P, Clarkson J (eds) DS 72: modelling and management of engineering processes. University of Cambridge, Cambridge, pp 127–140

    Google Scholar 

  7. Bruchmueller T, Mangold S, Matthiesen S et al (2015) An Adjustable Impedance Element—System Requirements and Design Approach. In: Krause D, Paetzold K, Wartzack S (eds) Design for X Beiträge zum 26. DfX-Symposium, 10.2015 TuTech Verl, Hamburg, pp 133–144

    Google Scholar 

  8. Marcotte P, Boutin J, Jasinski J (2010) Development of a hand-arm mechanical analogue for evaluating chipping hammer vibration emission values. J Sound Vib 329(10):1968–1980. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2009.10.042

    Article  Google Scholar 

  9. Dong RG, Rakheja S, Schopper AW et al (2001) Hand-transmitted vibration and biodynamic response of the human hand-arm: a critical review. Crit Rev Biomed Eng 29(4):393–439

    Article  Google Scholar 

  10. Cronjäger L, Jahn R, Riederer H (1984) Entwicklung eines Versuchsstandes zur reproduzierbaren Messung der Vibration schlagender handgeführter Maschinen. Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen, Fachgruppe Maschinenbau / Verfahrenstechnik, vol 3185. VS, Wiesbaden

    Book  Google Scholar 

  11. ISO 10068:2012 Mechanical vibration and shock—Mechanical impedance of the human hand-arm system at the driving point (ISO 10068:2012)

  12. Marcotte P, Aldien Y, Boileau PÉ et al (2005) Effect of handle size and hand-handle contact force on the biodynamic response of the hand-arm system under zh-axis vibration. J Sound Vib 283(3–5):1071–1091. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2004.06.007

    Article  Google Scholar 

  13. Aldien Y, Marcotte P, Rakheja S et al (2006) Influence of hand-arm posture on biodynamic response of the human hand-arm exposed to zh-axis vibration. Int J Ind Ergon 36(1):45–59. https://doi.org/10.1016/j.ergon.2005.07.001

    Article  Google Scholar 

  14. Shibata N, Ishimatsu K, Maeda S (2011) Posture-related change in frequency weightings derived from vibration power absorption of the hand-arm system. Can Acoust 39(2):98–99

    Google Scholar 

  15. Abrams CF, Suggs CW (1977) Development of a simulator for use in the measurement of chain saw vibration. Appl Ergon 8(3):130–134. https://doi.org/10.1016/0003-6870(77)90001-1

    Article  Google Scholar 

  16. Reynolds DD, Wilson FL (1983) Mechanical test stand for the measurement of the vibration levels of chain saws during cutting operations. J Sound Vib 88(1):65–84. https://doi.org/10.1016/0022-460X(83)90679-X

    Article  Google Scholar 

  17. Byström BO, Nilsson A, Olsson E (1982) Development of artificial hands for use in chain saw vibration measurement. J Sound Vib 82(1):111–117. https://doi.org/10.1016/0022-460X(82)90546-6

    Article  Google Scholar 

  18. Hansson JE, Kihlberg S (1983) A test rig for the measurement of vibration in hand-held power tools. Appl Ergon 14(1):11–18. https://doi.org/10.1016/0003-6870(83)90214-4

    Article  Google Scholar 

  19. Kinne J, Melzig-Thiel R (1993) Mechanical models of the hand-arm systemlor testing hand-held tools. In: Dupuis H (ed) Proceedings 6th International Conference on Hand-Arm Vibration, 19.–22. May HVBG, Sankt Augustin, pp 577–582

    Google Scholar 

  20. Schenk T, Knoll P (1998) Untersuchungen zur Anwendbarkeit von Prüfstandsmessungen an handgehaltenen motorisch angetriebenen Geräten zur Beurteilung von Schwingungsbelastungen. Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Forschung, vol 795. Wirtschaftsverl. NW, Verl. für Neue Wiss, Bremerhaven

    Google Scholar 

  21. Rempel D, Barr A, Antonucci A (2015) Evaluation of handle vibration for hammer drills using a new test bench system. The Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration, Beijing, 13–16. Oct

    Google Scholar 

  22. Mac Panther (2018) Prüfstände für Bohrmaschinen in Bremen. http://www.macpanther.de/pruefstaende.php. Accessed 4 Jan 2018

    Google Scholar 

  23. Matthiesen S, Mangold S, Schaefer T et al (2015) A method to develop hand-arm models for single impulse stimulation. The Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration, Beijing, 13–16. Oct, pp 91–92

    Google Scholar 

  24. Stelzer D (2014) A concept study, design and manufacturing of a power tool handle able to quantify the mechanic and dynamic in-teractions between user and machine. Master’s thesis, Karlsruhe Institute of Technologie

  25. Hückstädt D (2015) Development and fabrication of a measurement-grip able to quantify the machanical-dynamical interactions between an imulse screw driver and the user. Master’s thesis, Karlsruhe Institute of Technologie

  26. Trünkle B (2015) The user’s influence on the function of a hammer drill. Bachelor’s thesis, Karlsruhe Institute of Technologie

  27. Höll P (2016) The user’s influence on the function of an impulse wrench. Bachelor’s thesis, Karlsruhe Institute of Technologie

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. IPEK—Institut für Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Kaiserstraße 10, 76131, Karlsruhe, Germany

    S. Matthiesen, S. Mangold & T. Bruchmueller

Authors
  1. S. Matthiesen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. S. Mangold
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. T. Bruchmueller
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to S. Matthiesen.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Matthiesen, S., Mangold, S. & Bruchmueller, T. The influence of variating passive user interactions on power tools in the context of product development. Forsch Ingenieurwes 82, 157–168 (2018). https://doi.org/10.1007/s10010-018-0269-x

Download citation

  • Received:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10010-018-0269-x

Search

Navigation