DD247308A1

DD247308A1 - MECHANICAL FILTER FOR SUPPRESSING ENERGY-SAVING, HIGH FREQUENCY MECHANICAL STOERING VIBRATIONS

Info

Publication number: DD247308A1
Application number: DD28760286A
Authority: DD
Inventors: Thomas Schenk; Wolfgang Kummer; Siegfried Koeckritz
Original assignee: Wtz Arbeitsschutz
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1987-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter zur Messung der real in das menschliche Hand-Arm-System bei der Arbeit mit handgefuehrten Werkzeugen eingeleiteten mechanischen Schwingungen. Erfindungsgemaess werden die verwendeten Messwertaufnehmer in einen elastischen, den anatomischen Massen der menschlichen Hand angepassten Koerper, eingebettet, so dass dieser Koerper waehrend der Messung zwischen Hand und Griff des Werkzeuges gehalten werden kann.The invention relates to a mechanical filter for measuring the real induced in the human hand-arm system when working with hand-guided tools mechanical vibrations. According to the invention, the transducers used are embedded in an elastic body adapted to the anatomical masses of the human hand, so that this body can be held during the measurement between the hand and the handle of the tool.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

field of use

Das mechanische Filter dient zur Messung der real in das menschliche Hand-Arm-System bei der Arbeit mit handgeführten Werkzeugen eingeleiteten mechanischen Schwingungen im arbeitshygienisch relevanten Frequenzbereich.The mechanical filter is used to measure the mechanical vibrations that are actually introduced into the human hand-arm system when working with hand-held tools in the frequency range relevant to occupational hygiene.

Characteristic of the known solutions

Bei der Messung mechanischer Schwingungen, hervorgerufen durch handgeführte Werkzeuge z. B. unter arbeitshygienischen Gesichtspunkten, macht sich insbesondere bei schlagenden Druckluft- und Elektrowerkzeug'en sowie insbesondere bei Messung quer zur Hauptschwingungsrichtung eine Tiefpaßfilterung derauf den Meßwertwandler, z.B. piezokeramische Beschleunigungsaufnehmer, einwirkenden mechanischen Schwingungen notwendig. Damit werden nicht interessierende, jedoch dominierende hochfrequente Schwingungen in ihren negativen Auswirkungen auf den Meßvorgang, z. B. Übersteuerung der Meßkette, Anregung der Aufnehmer-Eigenfrequenz, herausgefiltert. Bisher bekannte mechanische Fi lter, welche eine solche Tiefpaßfilterung realisieren, z.B. DD-WP 149276, müssen mechanisch zwischen dem Meßwertumwandlerund dem schwingenden Objekt befestigt werden und gestatten so, aufgrund der relativ großen Abmessungen des Systems Filter-Meßwertwandler, nicht mehr die Anbringung der Meßwertwandler an der eigentlichen Meßstelle, d. h. die unmittelbar in das Hand-Arm-System eingeleiteten Schwingungsparameter können nicht ermittelt werden. Außerdem besteht bei bekannten, mechanischen Filtern der Nachteil, daß sie nur in eine Richtung, üblicherweise in Hauptempfindlichkeitsrichtung der verwendeten Meßwertwandler wirken, so daß quer zur Hauptempfindlichkeitsrichtung der Meßwertwandler einwirkende energiereiche Schwingungen die Messung stören können. Weiterhin ist eine dreidimensionale Messung vor allem an leichten und kleinen Strukturen aufgrund der relativ großen Ausmaße der dazu notwendigen drei Schwingungswandler mit dazugehörigen mechanischen Filtern und einer entsprechenden Ankopplungsvorrichtung äußerst schwierig.In the measurement of mechanical vibrations caused by hand-held tools z. B. from a work hygiene point of view, makes a low-pass filtering derw on the transducer, in particular in beating pneumatic and electric tools and in particular when measuring transversely to the main vibration direction, for. piezoceramic accelerometers, acting mechanical vibrations necessary. This will not interest, but dominant high-frequency oscillations in their negative effects on the measurement process, eg. B. overdriving the electrode, excitation of the transducer natural frequency, filtered out. Previously known mechanical filters which realize such a low-pass filtering, e.g. DD-WP 149276, must be mechanically fixed between the transducer and the vibrating object and thus, due to the relatively large dimensions of the system filter transducer, no longer allow the attachment of the transducer at the actual measuring point, d. H. the vibration parameters introduced directly into the hand-arm system can not be determined. In addition, there is the disadvantage in known, mechanical filters that they act only in one direction, usually in Hauptempfindlichkeitsrichtung the transducer used, so that transversely to the main direction of sensitivity of the transducer acting high-energy oscillations can interfere with the measurement. Furthermore, a three-dimensional measurement, especially on light and small structures due to the relatively large size of the necessary three vibration transducer with associated mechanical filters and a corresponding coupling device is extremely difficult.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die aufgezeigten Nachteile bekannter mechanischer Tiefpaßfilter dadurch zu vermeiden, daß eine solche Gestaltung des mechanischen Filters realisiert wird, die es gestattet, die unmittelbar in die Hand des Menschen bei der Arbeit mit handgeführten Arbeitsmitteln eingeleiteten Schwingungen gleichzeitig in den drei Raumkoordinaten zu messen.The object of the invention is to avoid the disadvantages of known mechanical low-pass filter by the fact that such a design of the mechanical filter is realized, which allows the immediately introduced into the hand of man when working with hand-held tools vibrations simultaneously in the three To measure spatial coordinates.

Als zusätzliche Zielstellung soll gewährleistet sein, daß dieses Filter mit relativ geringem Aufwand mit labormäßigen Mitteln herstellbar ist.As an additional objective to ensure that this filter can be produced with relatively little effort with laboratory-based means.

Essence of the invention

Das Wesen der Erfindung besteht in einem aus einem geeigneten Material hergestellten elastischen Körper, welcher den anatomischen Maßen der menschlichen Hand angepaßt ist und welcher drei, in den drei Raumrichtungen orientierte miniaturisierte Meßwertwandler bzw. einen Triaxial-Wandler mit bekanntem Wirkungsprinzip, z. B. piezokeramischer oder piezoresistiver Effekt, enthält. Hierbei ist durch ein geeignetes technologisches Verfahren, z. B. Gießtechnik, zu gewährleisten, daß die verwendeten Meßwertwandler von dem elastischen Körper vollständig umschlossen sind, so daß durch den elastischen Körper und die Massen der Meßwertwandler hochabgestimmte Feder-Masse-Systeme realisiert werden. Die Eigenfrequenz dieser Feder-Masse-Systeme ist in Abhängigkeit von der Masse der Meßwertwandler und der mittleren Andruckkraft der menschlichen Hand auf den Griff des Arbeitsmittels durch geeignete Wahl des Materials und der Abmaße des elastischen Körpers entsprechend dem Verwendungszweck des mechanischen Filters zu wählen. Zur Vermeidung der Auswirkungen unkontrollierter Schwankungen der Andruckkraft kann der die Meßwertwandler enthaltende elastische Körper seinerseits in ein starres, den anatomischen Maßen der menschlichen Hand angepaßtes starres Gehäuse untergebracht werden.The essence of the invention consists in a made of a suitable material elastic body, which is adapted to the anatomical dimensions of the human hand and which three, oriented in the three spatial directions miniaturized transducer or a triaxial transducer with a known mode of action, for. B. piezoceramic or piezoresistive effect contains. This is by a suitable technological method, eg. As casting technique, to ensure that the transducer used are completely enclosed by the elastic body, so that are realized by the elastic body and the masses of the transducer highly tuned spring-mass systems. The natural frequency of these spring-mass systems is to be selected depending on the mass of the transducer and the average pressure force of the human hand on the handle of the working fluid by suitable choice of the material and the dimensions of the elastic body according to the intended use of the mechanical filter. In order to avoid the effects of uncontrolled fluctuations in the pressure force, the elastic body containing the transducers can in turn be accommodated in a rigid housing adapted to the anatomical dimensions of the human hand.

embodiments

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments:

Embodiment 1

Fig. 1 zeigt einen seitlichen Schnitt durch das mechanische Filter; Fig. 2 zeigt die Draufsicht; Fig. 3 zeigt die praktische Anwendung des mechanischen Filters; Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des mechanischen Filters mit starren Wänden. Die Erfindung besteht aus dem elastischen Körper 1, welcher aus einem kalthärtenden dauerelastischen Material, z. B. eine Silikonkautschukverbindung, oder aus Gummimaterial, z. B. Butylgummi oder sonstige elastische Materialien, hergestellt wird. Im Prozeß der Herstellung sind in dieses Material, welches im Verarbeitungsstadium pastöse bzw. flüssige Konsistenz hat, die Meßwertwandler 2 mit angeschlossenen Kabeln 3 einzubetten, so daß in allen drei Raumrichtungen für jeden Meßwertwandler ein Feder-Masse-System realisiert wird. Die Eigenfrequenzen der Feder-Masse-Systeme hängt von der Masse des jeweiligen Meßwertwandlers 2 und der flächenbezogenen Federkonstante des den Meßwertwandler 2 umschließenden Materials ab. Um die erforderlichen geringen Abmaße des elastischen Körpers 1, der während der Messung entsprechend Fig. 3 von der Hand 4 an den Griff des Arbeitsmittels 5 angedrückt werden muß, einzuhalten, müssen sehr kleine Meßwertwandler, z. B. piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer KD91 oder piezoresistive Beschleunigungsaufnehmer, verwendet werden.Fig. 1 shows a lateral section through the mechanical filter; Fig. 2 shows the plan view; Fig. 3 shows the practical application of the mechanical filter; 4 shows an embodiment of the mechanical filter with rigid walls. The invention consists of the elastic body 1, which consists of a cold-curing permanently elastic material, for. As a silicone rubber compound, or rubber material, for. As butyl rubber or other elastic materials is produced. In the process of manufacture, the transducer 2 with connected cables 3 are embedded in this material, which has pasty or liquid consistency in the processing stage, so that a spring-mass system is realized in all three spatial directions for each transducer. The natural frequencies of the spring-mass systems depends on the mass of the respective transducer 2 and the area-related spring constant of the material surrounding the transducer 2. In order to comply with the required small dimensions of the elastic body 1, which must be pressed during the measurement according to FIG. 3 from the hand 4 to the handle of the working means 5, very small transducers, z. As piezoelectric accelerometers KD91 or piezoresistive accelerometers, are used.

Embodiment 2:

Da das mechanische Filter während der Messung entsprechend Fig. 3 von der Hand 4 an den Griff des Arbeitsmittels 5 angedrückt wird, kann durch Schwankungen der Andruckkraft eine Beeinflussung der Federkonstante des elastischen Körpers 1 und damit der Eigenfrequenz des jeweiligen Feder-Masse-Systems hervorgerufen werden. Um diesbezügliche Meßfehler zu vermeiden, kann entsprechend Fig. 4 der die Meßwertwandler 2 enthaltende elastische Körper 1 seinerseits in ein starres Gehäuse 6 Untergebrachtwerden, welcher z. B. aus einem harten Kunststoff bestehen kann. Um beiden geringen Abmessungendes gesamten mechanischen Filters eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Feder-Masse-Systeme zu vermeiden, kann der elastische Körperl durch starre Zwischenwände 7 in drei einzelne Kammern, welche jeweils einen Meßwertwandler 2 enthalten, unterteilt werden.Since the mechanical filter is pressed by the hand 4 to the handle of the working means 5 during the measurement according to FIG. 3, an influence of the spring constant of the elastic body 1 and thus of the natural frequency of the respective spring-mass system can be caused by fluctuations in the pressing force , In order to avoid measurement errors in this regard, according to FIG. 4, the elastic body 1 containing the transducers 2 can in turn be accommodated in a rigid housing 6, which is e.g. B. may consist of a hard plastic. In order to avoid mutual interference of the individual spring-mass systems between the two small dimensions of the entire mechanical filter, the elastic body can be subdivided by rigid partitions 7 into three individual chambers, each of which contains a transducer 2.

Embodiment 3

Der durch das Ausführungsbeispiel 2 erreichte Effekt der Verminderung von Einflüssen durch schwankende Andruckkraft kann ebenfalls erreicht werden, indem durch Wahl und Verarbeitung des Materials des elastischen Körpers 1 eine Abstufung der Federkonstante erreicht wird. Die Abstufung ist so auszuführen, daß das Äußere des elastischen Körpers 1 wesentlich härter gegenüber dem Inneren des die Meßwertwandler 2 umschließenden Materials ist.The effect achieved by the embodiment 2 of reducing influences by fluctuating pressure force can also be achieved by a gradation of the spring constant is achieved by choice and processing of the material of the elastic body 1. The gradation is to be carried out so that the exterior of the elastic body 1 is substantially harder with respect to the interior of the material enclosing the transducer 2.

Claims

1. A mechanical filter for suppressing high-energy, high-frequency mechanical spurious vibrations, consisting of a suitable elastic material produced body (1), characterized in that the three transducers (2) in the body (1) of the mechanical filter are integrated and with their mass and represent the elastic material of the body highly tuned spring-mass system.

2. Mechanical filter according to item 1, characterized in that the elastic body (1) is adapted to the anatomical dimensions of the human hand.

3. Mechanical filter according to item 1, characterized in that the elastic body (1) is contained in a rigid, the anatomical dimensions of the human hand adapted housing.

4. Mechanical filter according to item 3, characterized in that in the elastic body (1) three, by a rigid wall (7) separate receptacle (2) are included.

5. Mechanical filter according to item 1 to 3, characterized in that in the elastic body (1) a single vibration sensor (2) is included.

6. Mechanical filter according to item 1 and 2, characterized in that the elastic body (1) has a gradation of the spring constant from outside to inside.