Vibration ist oszillierende Bewegung. Dieses Kapitel fasst die menschlichen Reaktionen auf Ganzkörpervibrationen, von der Hand übertragene Vibrationen und die Ursachen der Reisekrankheit zusammen.
Ganzkörpervibration tritt auf, wenn der Körper auf einer vibrierenden Oberfläche abgestützt wird (z. B. beim Sitzen auf einem vibrierenden Sitz, beim Stehen auf einem vibrierenden Boden oder beim Liegen auf einer vibrierenden Oberfläche). Ganzkörpervibrationen treten bei allen Transportmitteln und beim Arbeiten in der Nähe einiger Industriemaschinen auf.
Handübertragene Vibration ist die Schwingung, die durch die Hände in den Körper eindringt. Sie wird durch verschiedene Prozesse in Industrie, Landwirtschaft, Bergbau und Bauwesen verursacht, bei denen vibrierende Werkzeuge oder Werkstücke mit den Händen oder Fingern gegriffen oder geschoben werden. Die Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen kann zur Entwicklung verschiedener Erkrankungen führen.
Bewegungskrankheit kann durch niederfrequente Schwingungen des Körpers, einige Rotationsarten des Körpers und Bewegung von Displays relativ zum Körper verursacht werden.
Größe
Oszillationsbewegungen eines Objekts beinhalten abwechselnd eine Geschwindigkeit in einer Richtung und dann eine Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung. Diese Geschwindigkeitsänderung bedeutet, dass das Objekt ständig beschleunigt wird, zuerst in eine Richtung und dann in die entgegengesetzte Richtung. Die Größe einer Schwingung kann durch ihren Weg, ihre Geschwindigkeit oder ihre Beschleunigung quantifiziert werden. Aus praktischen Gründen wird die Beschleunigung normalerweise mit Beschleunigungsmessern gemessen. Die Einheiten der Beschleunigung sind Meter pro Sekunde pro Sekunde (m/s2). Die Erdbeschleunigung beträgt ca. 9.81 m/s2.
Die Größe einer Schwingung kann als Abstand zwischen den von der Bewegung erreichten Extremitäten (Spitze-zu-Spitze-Wert) oder als Abstand von einem zentralen Punkt bis zur maximalen Abweichung (Spitzenwert) ausgedrückt werden. Oft wird die Größe der Schwingung als durchschnittliches Maß für die Beschleunigung der Schwingungsbewegung ausgedrückt, normalerweise als Effektivwert (m/s2 Effektivwert). Bei einer Bewegung mit einer einzigen Frequenz (sinusförmig) ist der Effektivwert der Spitzenwert dividiert durch √2.
Bei einer sinusförmigen Bewegung ist die Beschleunigung a (in m/s2), kann aus der Häufigkeit berechnet werden, f (in Zyklen pro Sekunde) und die Verschiebung, d (in Metern):
a=(2πf)2d
Dieser Ausdruck kann verwendet werden, um Beschleunigungsmessungen in Verschiebungen umzuwandeln, aber er ist nur genau, wenn die Bewegung bei einer einzigen Frequenz auftritt.
Manchmal werden logarithmische Skalen zur Quantifizierung von Vibrationsstärken in Dezibel verwendet. Bei Verwendung des Referenzniveaus in International Standard 1683, dem Beschleunigungsniveau, La, wird ausgedrückt durch La = 20log10(a/a0), woher a ist die gemessene Beschleunigung (in m/s2 Effektivwert) und a0 ist das Referenzniveau von 10-6 Frau2. In einigen Ländern werden andere Referenzwerte verwendet.
Frequenz
Die Vibrationsfrequenz, die in Zyklen pro Sekunde (Hertz, Hz) ausgedrückt wird, beeinflusst das Ausmaß, in dem Vibrationen auf den Körper (z. B. auf die Oberfläche eines Sitzes oder den Griff eines Vibrationswerkzeugs) übertragen werden die es durch den Körper überträgt (z. B. vom Sitz zum Kopf), und die Wirkung von Vibrationen im Körper. Auch das Verhältnis zwischen Auslenkung und Beschleunigung einer Bewegung hängt von der Schwingungsfrequenz ab: Eine Auslenkung von einem Millimeter entspricht einer sehr geringen Beschleunigung bei niedrigen Frequenzen, aber einer sehr hohen Beschleunigung bei hohen Frequenzen; der für das menschliche Auge sichtbare Schwingweg gibt keinen guten Hinweis auf die Schwingbeschleunigung.
Die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen sind normalerweise am unteren Ende des Bereichs von 0.5 bis 100 Hz am größten. Bei von Hand übertragenen Vibrationen können Frequenzen von 1,000 Hz oder mehr nachteilige Auswirkungen haben. Frequenzen unter etwa 0.5 Hz können Reisekrankheit verursachen.
Der Frequenzgehalt der Schwingung kann in Spektren dargestellt werden. Bei vielen Arten von ganzkörper- und handübertragenen Vibrationen sind die Spektren komplex, wobei einige Bewegungen bei allen Frequenzen auftreten. Trotzdem gibt es oft Spitzen, die die Frequenzen zeigen, bei denen die meisten Schwingungen auftreten.
Da menschliche Reaktionen auf Vibrationen je nach Vibrationsfrequenz variieren, ist es notwendig, die gemessene Vibration danach zu gewichten, wie viel Vibration bei jeder Frequenz auftritt. Frequenzbewertungen spiegeln das Ausmaß wider, in dem Vibrationen den unerwünschten Effekt bei jeder Frequenz verursachen. Für jede Schwingungsachse sind Gewichtungen erforderlich. Für Ganzkörpervibrationen, handübertragene Vibrationen und Reisekrankheit sind unterschiedliche Frequenzbewertungen erforderlich.
Anleitung
Die Vibration kann in drei Translationsrichtungen und drei Rotationsrichtungen stattfinden. Für sitzende Personen sind die Translationsachsen bezeichnet x-Achse (vorn und hinten), y-Achse (seitlich) und
z-Achse (vertikal). Drehungen um die x-, y- Und z-Achsen sind mit r bezeichnetx (rollen), ry (Tonhöhe) und rz (Gieren). Schwingungen werden üblicherweise an den Grenzflächen zwischen Körper und Schwingung gemessen. Die wichtigsten Koordinatensysteme zur Messung von Schwingungen in Bezug auf Ganzkörper- und Handschwingungen werden in den nächsten beiden Artikeln dieses Kapitels dargestellt.
Dauer
Menschliche Reaktionen auf Vibrationen hängen von der Gesamtdauer der Vibrationsexposition ab. Wenn sich die Vibrationseigenschaften mit der Zeit nicht ändern, liefert die Effektivwert-Vibration ein geeignetes Maß für die durchschnittliche Vibrationsgröße. Eine Stoppuhr kann dann ausreichen, um die Expositionsdauer abzuschätzen. Die Schwere des durchschnittlichen Ausmaßes und der Gesamtdauer kann anhand der Standards in den folgenden Artikeln bewertet werden.
Wenn die Vibrationseigenschaften variieren, hängt die gemessene durchschnittliche Vibration von dem Zeitraum ab, über den sie gemessen wurde. Darüber hinaus wird angenommen, dass die quadratische Mittelbeschleunigung die Schwere von Bewegungen unterschätzt, die Stöße enthalten oder anderweitig stark intermittierend sind.
Viele berufliche Expositionen sind intermittierend, variieren von Moment zu Moment in ihrer Größe oder enthalten gelegentliche Schocks. Die Heftigkeit derartiger komplexer Bewegungen kann auf eine Weise akkumuliert werden, die beispielsweise kurzen Perioden mit Vibrationen hoher Stärke und langen Perioden mit Vibrationen mit geringer Stärke angemessenes Gewicht verleiht. Es werden verschiedene Methoden zur Berechnung der Dosis verwendet (siehe „Ganzkörpervibrationen“, „Von der Hand übertragene Vibrationen“ und „Reisekrankheit“ in diesem Kapitel).