Easy Rider

Easy Rider? Messung von Motorradvibrationen

Wenn Sie längere Zeit Motorrad fahren, werden Sie vielleicht bemerken, dass die Vibrationen des Motors ein Taubheitsgefühl der Hand, oder das sogenannte Weißfingersyndrom, und andere unangenehme physische Empfindungen hervorrufen. Schwingungspegel können sich negativ auf Gesundheit und Reaktionsvermögen des Fahrers auswirken und damit zu Unfällen beitragen.

Ein stark vibrierender Motorradlenker kann das Fahren unbehaglich und sogar unsicher machen. Die meisten Fahrer erleben gelegentlich solche Vibrationen und berichten von Krämpfen oder Taubheitsgefühl in den Händen – ein schlechtes Zeichen, da die uneingeschränkte Funktion der Hände beim Motorradfahren auf der Straße unverzichtbar ist!

Motorradfahrer sind sowohl Ganzkörper- als auch Hand-Arm-Schwingungen ausgesetzt. Die Stärke der Schwingungsbelastung hängt von mehreren Faktoren ab, wie der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl, dem Reifentyp, dem Reifendruck und den Fahrbahnverhältnissen. Es spielt auch eine Rolle, auf welche Weise Sie auf dem Motorradsattel sitzen und den Lenker festhalten. Die größten Probleme scheinen die über die Lenkergriffe und Fußrasten übertragenen Schwingungen zu verursachen.

Easy-riderProf. Adamek (rechts) und Dipl. Wirt.-Ing. Marcus Schröter (links) bereiten eine Messung vor

Eine EU-Richtlinie gibt Schwingungsgrenzwerte für Personen an, die beruflich Motorrad fahren. Diese Werte können auch als Orientierung für nicht arbeitsbezogene Fahrten dienen. Die Richtlinie stellt fest, dass die Überschreitung dieser Grenzwerte über längere Zeit negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann, zum Beispiel in Form von Durchblutungsstörungen oder Muskelerkrankungen. Darüber hinaus kann auch die Leistungsfähigkeit insgesamt beeinträchtigt werden, wodurch ein erhöhtes Unfallrisiko gegeben ist.

“Motorradfahrer sind zu hohen Swingungen ausgesetzt. Viele Fahrer bemerken Auswirkungen auf den Körper, doch die meisten empfinden die Vibrationen nicht als Problem.”
Professor Adamek

Messungen auf 27 Motorrädern über 2500 km
Professor Adamek von der Hochschule Osnabrück, University of Applied Sciences, Campus Lingen, stellte sich der Herausforderung, die Schwingungsbelastung von Motorradfahrern zu ermitteln und veröffentlichte vor kurzem ein beeindruckendes Forschungsprojekt. Es erfolgten Schwingungsmessungen auf einer Gesamtstrecke von 2500 km, die auf 27 Motorrädern mit 23 verschiedenen Fahrern zurückgelegt wurden.

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Die Untersuchung betrachtete Personen, die beruflich (mit Polizei-Motorrädern und Motorrädern der Johanniter-Unfall-Hilfe) und privat Motorrad fahren. Das Ziel bestand in der Quantifizierung der Schwingungsexposition beim Fahren und der Bestimmung der Größenordnung dieser Exposition je nach Motorradtyp für verschiedene Fahrer.

In der Vergangenheit haben sich mehrere Studien mit Vibrationen von Motorrädern beschäftigt, doch keine davon hat drei Schwingungsquellen gleichzeitig betrachtet: Lenkergriffe, Fußrasten und Sattel.

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Subjective Beurteilung - was fühlen Sie?
Zu Beginn beantworteten 217 Personen (6 % weiblich und 94 % männlich) einen Fragebogen über ihre Erfahrungen mit Motorradvibrationen.

Insgesamt wurde angegeben, dass merkbare Vibrationen vor allem beim Fahren auf der Autobahn auftreten.

Die Ergebnisse zeigen:
• 83% der Fahrer bemerkten physische Effekte in Verbindung mit Motorradvibrationen
• 12% der Fahrer gaben Durchblutungsstörungen an
• Ungefähr zwei Drittel der Fahrer gaben an, dass sie die Vibrationen trotz der physischen Effekte als überhaupt nicht (oder nur sehr wenig) problematisch betrachteten

Messwerterfassung während der Fahrt
Alle Messungen für die Fahrtbeurteilung im Rahmen der Studie wurden mit einem Standalone-Recorder (LAN-XI NOTAR von Brüel & Kjær) aufgezeichnet und mit Triaxial-Beschleunigungsaufnehmern von Brüel & Kjær, die an beiden Lenkergriffen, beiden Fußrasten und am Sattel befestigt waren, gemessen. Zusätzlich wurde mit GPS-Technologie die Fahrgeschwindigkeit aufgezeichnet.

Die Fußrasten waren sehr verschiedenartig gestaltet. Die Messungen erfolgten an Pedalen oder Plattformen unterschiedlicher Form je nach Motorradmodell. Es wurden verschiedene Typen von Beschleunigungsaufnehmern verwendet, je nachdem, ob die Fußrasten einen Gummibelag hatten oder nicht. Die Montage erfolgte dann mit oder ohne mechanischen Adapter. In einem Fall wurde ein Magnetadapter verwendet. Die Daten wurden mit einem LAN-XI Frontend mit einer Akku-Stromversorgung aufgezeichnet, das auf dem Fahrersitz in einer Satteltasche untergebracht war. Zum Abschluss wurde eine Datenanalyse mit der Brüel & Kjær PULSE Reflex™ Software durchgeführt.

Easy-riderAnalyse mit Reflex Core: Zeitdaten mit Beschleunigungssignalen und Geschwindigkeitsprofil links und Prozesskette mit Teilen der Ergebnistabelle rechts

Tests unter verschiedenen Bedingungen
Jedes Motorrad fuhr ca. 40 km, währenddessen Daten aufgezeichnet wurden. Insgesamt wurden 2500 km auf 27 Motorrädern zurückgelegt inklusive der Testfahrten und Vorversuche, um sämtliche Messwerte zu erfassen. Die Schwingungsdaten wurden über einen Zeitraum von 5 bis 10 Minuten gemessen, für jede der folgenden Bedingungen:
• Bei einer konstanten Geschwindigkeit von 50 km/h
• Bei einer konstanten Geschwindigkeit von 90 km/h
• Bei einer konstanten Geschwindigkeit von 130 km/h
• Fahrt auf einer kurvenreichen Landstraße mit variierender Geschwindigkeit, Beschleunigung und Bremsverzögerung

Die Fahrbahnoberfläche wurde auf den mit konstanter Geschwindigkeit befahrenen Strecken als „gut“ eingestuft und auf der Landstraße als „gut bis mittel“.

Auswertung
Die Schwingungen an den Lenkergriffen wurden gefiltert (Frequenzbereich 6,3 bis 1250 Hz) und die Messwerte in den drei translatorischen Richtungen (x, y und z) anschließend zu einem Gesamtwert kombiniert. Der Gesamtwert wurde mit frequenzabhängigen Faktoren bewertet, die die Empfindlichkeit des Hand-Arm-Systems bei verschiedenen Frequenzen abbilden. Der frequenzbewertete Gesamtschwingungswert wurde dann für die Auswertung verwendet.

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Für Ganzkörper-Schwingungen (an den Fußrasten und auf dem Sattel) erfolgte die Filterung im Frequenzbereich von 0,8 bis 80 Hz. Anschließend wurde die Schwingrichtung (x, y oder z) mit dem höchsten Wert ausgewertet. Bei Motorradvibrationen hat stets die z-Richtung (senkrecht zur Fahrbahn) den höchsten Wert. Deshalb wurde nur diese für die Auswertung verwendet.

Einflüsse des einzelnen Fahrers
Bei einem gegebenen Motorradmodell übt der einzelne Fahrer durch sein individuelles Fahrverhalten einen wesentlichen Einfluss auf die tatsächliche Schwingungsbelastung aus. Um diesen Einfluss zu ermitteln, wurden Messungen mit drei verschiedenen Fahrern (Fahrer 1: 183 cm, 95 kg; Fahrer 2: 177 cm, 67 kg; Fahrer 3: 183 cm, 70 kg) am selben Tag, auf demselben Motorrad (BMW F800GS, 2012) und derselben Teststrecke ausgeführt. Zwischen den Testfahrten blieben alle Sensoren befestigt, um montagebedingte Unterschiede auszuschließen.

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Um reproduzierbare Messungen zu erhalten, wurden die Beschleunigungsaufnehmer mit Kabelbindern und einem Spezialwerkzeug montiert, wodurch eine einheitliche Anzugskraft gewährleistet wurde

Es stellte sich heraus, dass die Unterschiede zwischen den Fahrern dem Fahrstil (Gangwahl, Intensität von Beschleunigung und Abbremsung), der Fahrlinienwahl (Kontakt mit unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen) und der Sitzhaltung (unterschiedliche Griffweise und Selbststabilisierung) zugeschrieben werden konnten. Die Studie deutet darauf hin, dass der Fahrer es sozusagen „in der Hand hat“, die Höhe der Schwingungsbelastung (für ein bestimmtes Motorrad) zu beeinflussen.

Die Messungen zeigen auch, dass die Schwingungen vom Alter des Motorrads (ältere bewirken stärkere Vibrationen) und der Zylinderanzahl abhängen (Vibrationen von Einzylinder-Motorrädern sind z. B. stärker als die von Zweizylinder-Motorrädern). Dem gegenüber scheinen Gewicht und Erfahrung des Fahrers wenig oder keine Bedeutung zu haben.

Überschreitung empfohlener Grenzwerte
In dieser Studie wurden die Expositionsgrenzwerte der EU-Richtlinie erreicht und in einigen Fällen deutlich überschritten* (bezogen auf eine Expositionszeit von täglich 8 Stunden, siehe nebenstehende Tabelle).

Alle Messungen zeigen deutliche Unterschiede je nach Motorradmodell. Allgemein nehmen die Werte mit höherer Geschwindigkeit zu. Im Fall der Hand-Arm-Schwingungen wurde der Auslösewert von 2,5 m/s2 für 8 Stunden (je nach Fahrmodus) von allen Motorradmarken überschritten, jedoch wurde auch der Grenzwert von 5 m/s2 von mehreren Motorrädern überschritten.

In Bezug auf Ganzkörper-Schwingungen nehmen die Vibrationen mit der Geschwindigkeit zu und sind an den Fußrasten stärker als auf dem Sattel. Der Auslösewert von 0,5 m/s2 wurde von allen Fahrzeugen (abhängig vom Fahrmodus) überschritten. Bei der Fahrt in wechselnden Modi (im Gelände, in Kurven, beim Bremsen und Beschleunigen) wurde auch der Grenzwert von 0,8 m/s2 in z-Richtung bei fast allen Messungen überschritten.

Bei den untersuchten Polizeifahrzeugen wurden die Auslösewerte für Hand-Arm- und Ganzkörper-Schwingungen überschritten, jedoch nicht die Grenzwerte. Für die Fahrer des Johanniter-Dienstes wurden die Werte jedoch nicht überschritten.

Schlussfolgerung
Zusammenfassend konstatiert Professor Adamek, dass Motorradfahrer zu hohen Schwingungen ausgesetzt sind. Viele Fahrer bemerken Auswirkungen auf den Körper, doch die meisten empfinden die Vibrationen nicht als Problem. Die an Motorradfahrern gemessenen Humanschwingungen überschreiten deutlich die empfohlenen Grenzen und zwar für Ganzkörper-Schwingungen stärker als für Hand-Arm-Schwingungen*. Bezogen auf ein bestimmtes Motorradmodell übt der einzelne Fahrer durch sein individuelles Fahrverhalten und seine Sitzhaltung einen wesentlichen Einfluss auf die tatsächliche Schwingungsbelastung aus

* Um verschiedene Gruppen von Fahrern über das Risiko von Schwingungsbelastungen zu informieren, sind die Ergebnisse dieser Studie auf einer öffentlich zugänglichen Projekt-Homepage verfügbar: www.hs-osnabrueck.de/de/motorrad-humanschwingungen/


Die Untersuchung in Zahlen
27 verschiedene Motorräder:
• Motor: 1, 2 und 4 Zylinder
• Hubraum: 300 bis 1340 cm³
• Leistung: 20 bis 142 kW (27 bis 193 PS)
• Herstellungsjahr: 1967 bis 2014

 

23 Fahrer (2 weiblich, 21 männlich):
• Alter: 20 bis 66 Jahre
• Größe: 165 bis 193 cm
• Gewicht: 60 bis 110 kg

Gefahrene Gesamtstrecke mit Datenaufzeichnung: 2500 km

 


 

EU-Richtlinie zum Schutz vor Vibrationen (2002)
Die Richtlinie dient dem Schutz der Gesundheit und Sicherheit von Personen, die Schwingungen ausgesetzt sind. Sie unterscheidet zwischen Hand-Arm-Schwingungen und Ganzkörper-Schwingungen und definiert die folgenden Expositionsgrenzwerte (normiert auf einen Bezugszeitraum von 8 Stunden):

Hand-Arm-Schwingungen
• Expositionsgrenzwert = 5 m/s2
• Auslösewert = 2,5 m/s2

Ganzkörper-Schwingungen
• Expositionsgrenzwert = 1,15 m/s2 (x,y) ; 0,8 m/s2 (z-Achse)
• Auslösewert = 0,5 m/s2