Universität Oldenburg Diplomarbeit · 2009-06-04 · Fechner angesehen werden. Sein wegweisendes...

Universität Oldenburg

Studiengang Marine Umweltwissenschaften

Diplomarbeit

Titel:

Perzeptionsadäquate Parametrisierung von objektiven

Sitzdruckverteilungen beim Menschen

Vorgelegt von: Roland Kruse

Betreuender Gutachter: Dr. Reinhard Weber

Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Volker Mellert

Oldenburg, den 23. Dezember 2001

2

Inhalt

EINLEITUNG 4

MATERIAL UND METHODEN 9

Messung von Sitzdruckverteilungen 9

Das Meßsystem GP SoftMess 14

Verwendete Sitze 14

Durchführung der Messung 15

Vorbereitung der Daten 16

Entfernung von Messartefakten 16

Berücksichtigung der Sensordrift 17

Kriterien für die Bewertung der Reproduzierbarkeit 17

Verwendete Kenngrößen 18

Daten der Versuchspersonen 18

Summenparameter zur Beschreibung des statischen Sitzkomforts 18

Weitere Summenparameter 20

Häufigkeitshistogramme 21

Statistische Auswertung 22

Korrelationsanalysen 22

Vergleich der verwendeten Sitze 22

ERGEBNISSE 23

Die Sensordrift 23

Die Reproduzierbarkeit der Sitzdruckverteilungsmessung 26

Darstellung der Sitzdruckverteilungen 26

3

Verwendete Kenngrößen 28

Daten der Versuchspersonen 28

Summenparameter zur Beschreibung des statischen Sitzkomforts 35

Weitere Summenparameter 38

Häufigkeitshistogramme 40

Statistische Auswertung 43

Korrelationsanalysen 43

Vergleich der verwendeten Sitze 48

DISKUSSION 51

AUSBLICK 56

LITERATURVERZEICHNIS 57

ANHANG 59

Anhang 1: Graphische Darstellungen der Sitzdruckverteilung 59

Anhang 2: Daten der Versuchspersonen 67

Anhang 3: Komfortrelevante Parameter der Sitzdruckverteilung 70

Anhang 4: Kontaktfläche und scheinbare Masse auf der Sitzfläche 72

Anhang 5: Histogramme der Sitzdruckverteilung (relative Klassen) 74

Anhang 6: Anteil relativer Druckwerteklassen an der Kontaktfläche 80

Anhang 7: Anteil absoluter Druckwerteklassen an der Kontaktfläche 82

Anhang 8: Markierte Sitzdruckverteilungen 83

Anhang 9: Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631 89

4

Einleitung

Perzeptionsadäquate Parametrisierung von objektiven Sitzdruckverteilungen

beim Menschen – eine Fragestellung der Psychophysik.

Die Psychophysik als Verbindung aus der Physik und der Psychologie hat es sich

zur Aufgabe gemacht, den Zusammenhang zwischen einer physikalischen

Größe, die als äußerer Reiz auf den Menschen einwirkt, und deren innerer

Wahrnehmung zu erforschen. Als Begründer der Psychophysik kann G. T.

Fechner angesehen werden. Sein wegweisendes Werk „Elemente der

Psychophysik“ erschien bereits 1860.

Die vorliegende Diplomarbeit untersucht den Zusammenhang zwischen der

Wahrnehmung (Perzeption) von Ganzkörpervibrationen und der

Sitzdruckverteilung, der Druckverteilung zwischen dem sitzenden Menschen und

seinem Sitz.

Ziel ist es zu untersuchen, ob sich aus der gemessenen, also objektiven

Sitzdruckverteilung ein Kennwert (Parameter) bilden lässt, der mit der

Wahrnehmung von Vibrationen verknüpft ist, also gewissermaßen einen

Zusammenhang der Druckverteilung und der subjektiven Vibrationsempfindung

beschreibt.

Bei diesem Parameter soll es sich nicht um ein abstraktes Konstrukt handeln, es

soll ein Parameter sein, der nicht nur statistisch mit einem Maß der

Vibrationsempfindlichkeit korreliert ist, sondern der auch eine inhaltliche

Bedeutung besitzt. In Bezug auf einen Sitz bieten sich Kennwerte an, die einen

anderen Aspekt der Wahrnehmung auf einem Sitz beschreiben: Den Sitzkomfort,

die Bequemlichkeit des Möbels an sich.

Ein Zusammenhang mit diesem als statisch bezeichneten Sitzkomfort ist sowohl

aus physikalischer wie aus psychologischer Sicht vorstellbar; Ein Sitz, der an

sich unbequem ist, könnte durchaus von einwirkenden und im Regelfall als

störend empfundenen Vibrationen ablenken. Andererseits ist es denkbar, dass

ein besonders bequemer Sitz den Sitzenden mit Zufriedenheit erfüllt und ihn

gegenüber Vibrationen toleranter erscheinen lässt. Auf der physikalischen Seite

ist es vorstellbar, dass bequeme oder unbequeme Sitze die inhärente

Eigenschaft besitzen, Vibrationen in unterschiedlicher Weise auf den

menschlichen Körper zu übertragen und daher einen Unterschied in der

Wahrnehmbarkeit einer gegebenen Vibration bewirken.

Weitere Annahmen können darin bestehen, dass selbst einfache Größen wie die

Kontaktfläche zwischen Mensch und Sitz einen Einfluss auf seine

Vibrationswahrnehmung haben, da diese Größe die Hautfläche bemisst, die mit

dem vibrierenden Sitz in Kontakt kommt, und die Wahrnehmung von

5

Vibrationen auch über Rezeptoren in der Haut erfolgt. Eine etwas feinere

Beschreibung wäre die Untersuchung, welcher Anteil dieser Fläche mit welchem

ungefähren Druck an den Sitz gepresst wird, da wenig belastete Bereiche der

Haut durchaus eine andere Sensitivität gegenüber Vibrationen besitzen könnten

als stärker belastete, die im Gegenzug eine andere Weiterleitung der Vibrationen

in den Körper bewirken.

Auch die Art und Weise, wie der Nutzer des Sitzmöbels sein Körpergewicht

verteilt, also wie stark die Kräfte auf den Rücken, das Gesäß und die Füße sind,

könnte einen Einfluss auf die Perzeption besitzen.

Nicht zuletzt ist zu überprüfen, ob nicht persönliche Faktoren des Menschen wie

seine Körpergröße und –masse, die womöglich eine Auswirkung auf die

Sitzdruckverteilung besitzen, seine Vibrationswahrnehmung beeinflussen.

Um alle diese Hypothesen zu überprüfen ist es zunächst notwendig,

Sitzdruckverteilungen zu messen. Da diese vom verwendeten Sitz und der

Versuchsperson abhängig sein werden müssen sowohl unterschiedliche

Versuchspersonen als auch unterschiedliche Sitze einbezogen werden.

Die Druckverteilungen müssen auf die Parameter reduziert werden, von denen

im Vorfeld angenommen wurde, sie könnten für die Perzeption von

Ganzkörpervibrationen relevant sein. Als Maßzahlen für den statischen

Sitzkomfort sollen hierbei bereits in der Literatur beschriebene Größen

Anwendung finden.

Neben den Parametern der Sitzdruckverteilung werden Daten benötigt, die ein

Maß für die Wahrnehmung von Ganzkörpervibrationen darstellen. Hier bieten

sich grundlegende Kennwerte wie die Perzeptionsschwellen, also die minimal

wahrnehmbaren Vibrationspegel sowie Unterschiedsschwellen, also minimal

wahrnehmbare Unterschiede im Vibrationspegel an. Die Messung dieser

Kennzahlen soll nicht Gegenstand dieser Diplomarbeit sein, es wird auf

bekannte Daten zurückgegriffen.

Die nachfolgende Untersuchung hat das Ziel, Zusammenhänge zwischen allen

diesen Größen zu überprüfen. Dies wird zunächst auf statistischer Ebene

geschehen, zum Abschluss muss aber die substanzwissenschaftliche Analyse

der Korrelationen stattfinden.

6

Gegenwärtiger Stand der Forschung

Die Erfassung von flächigen Druckverteilungen zwischen dem menschlichen

Körper und Sitz- bzw. Ruhemöbeln sowie Schuhen und orthopädischen

Hilfsmitteln diente und dient vorwiegend der Prävention gesundheitlicher

Risiken durch Lokalisation nicht wünschenswerter Druckmaxima und

Druckrelationen. Diese Erscheinungen können lokale Gewebsschädigungen

durch Verringerung der Durchblutung (Dekubitus bei bettlägerigen Personen

sowie Rollstuhlfahrern) sowie ungünstige Belastungen des Skelettes bewirken.

Auch die korrekte Anpassung von orthopädischen Hilfsmitteln wie Prothesen

oder Schuhen kann durch die Messung der Druckverteilung erleichtert werden,

da die Patienten schädliche Druckmaxima häufig erst bemerken wenn bereits

eine Schädigung eingetreten ist. In neuerer Zeit gehen die Bestrebungen dahin,

den Einsatz dieser Meßsysteme in der Medizin auszuweiten und hiermit zu

Fortschritten beispielsweise in der Dentalokklusionsanalyse zu gelangen

[Benjamin 1989].

Der Einsatz der Druckverteilungsmessung ist jedoch nicht auf den Bereich

gesundheitlicher Risiken beschränkt. Nach dem Grundsatz, dass zwischen einer

optimalen Druckverteilung und einer gesundheitlich schädlichen ein Bereich

zunehmenden Diskomforts existiert sind vielfältige Versuche unternommen

worden, die Druckverteilung zur Bewertung der Bequemlichkeit von Möbeln,

besonders Stühlen und Betten, zu verwenden.

Sitzkomfort allgemein kann in die Teilbereiche statischer und dynamischer

Komfort unterschieden werden. Statischer Sitzkomfort wiederum gliedert sich in

die Faktoren Sitzdruckverteilung, Unterstützung der Körperhaltung („Halt“) und

das Sitzklima, unter dynamischen Sitzkomfort ist die Einwirkung von Vibra-

tionen auf den menschlichen Körper über den Sitz zu verstehen [Ebe 2000].

Die nachfolgende Arbeit beruht im Wesentlichen auf Erkenntnissen über den

Zusammenhang zwischen der objektiven Sitzdruckverteilung und dem

subjektiven Komfortempfinden.

Ein Zusammenhang kann sowohl auf qualitativer als auf quantitativer Ebene

bestehen. Qualitative Merkmale bequemer Sitze sind finden sich in [Daimler-

Benz 1998]: „Bezüglich einer optimalen Sitzdruckverteilung lässt sich allgemein

soviel sagen, dass das Körpergewicht beim Sitzen optimalerweise durch das

Gesäß und da überwiegend von den beiden sog. Sitzbeinhöckern aufgenommen

werden sollte. Die Sitzdruckverteilung sollte also im Bereich der beiden

Sitzbeinhöcker ausgeprägte Maxima aufweisen, die sanft in ein niedrigeres

Druckniveau im umgebenden Bereich übergehen, wogegen im Bereich der

7

Oberschenkel der Sitzdruck möglichst flach verlaufen und an der den Kniekehlen

zugewandten Polsterkante zu Null aus laufen sollte“.

Eine solche qualitative Bewertung besitzt den Nachteil, dass jede einzelne Sitz-

druckverteilung durch eine (geschulte) Person bearbeitet werden muss, dieses

ist zeitaufwendig und das sich ergebende Urteil kann im Regelfall nicht mit dem

Urteil eines anderen Prüfers – der beispielsweise eine andere Art von Sitzen zu

Bewerten gewohnt ist - verglichen werden. Insbesondere können subjektive

Urteile bestenfalls in rangskalierte Werte überführt werden und stehen daher

einer großen Zahl von statistischen Verfahren nicht zur Verfügung.

Die Erforschung des quantitativen Zusammenhangs zwischen der

Sitzdruckverteilung und dem statischen Sitzkomfort hat daher einen hohen

Stellenwert. [Daimler- Benz 1998] schlagen eine Komfortkennzahl vor, bei der für

jeden Einzelsensor der Messung ein Wert errechnet wird, der bei einem Druck

unter einem von der jeweiligen Körperpartie abhängigen Schwellenwert (60

mbar für die Sitzbeinhöcker, 40 mbar für das restliche Gesäß) Null ist und sich

darüber hinaus für eine Zunahme des Druckes um einen Wert von 20 mbar von

Eins aus verdoppelt (parabolischer Anstieg). Die Komfortkennzahl für den Sitz ist

dann die Summe der Werte über alle Sensoren, wobei ein hoher Wert einem

geringen Komfort entspricht.

[Ebe 2001] verglichen die subjektive Komfortbewertung auf Vollschaum-

Fahrzeugsitzen und einzelnen Polyurethanschaumblöcken mit der

Sitzdruckverteilung und fanden eine Korrelation der scheinbaren Masse1 auf

einer 4 mal 4 cm großen Fläche unter beiden Sitzbeinhöckern mit dem Urteil der

Versuchspersonen.

[Hartung 2001] fand eine Korrelation zwischen der Diskomfortbeurteilung und

dem mittleren sowie maximalen Druck auf der Kontaktfläche. Hierzu teilte er die

Fläche in Teilbereiche (Gesäß, oberer Oberschenkel, unter Oberschenkel, unter

Rücken…) ein.

Auch [Palfy 2001] verwendeten die Größen mittlerer und maximaler Druck,

gaben aber lediglich an, dass der maximale Druck (gemittelt über beide

Sitzbeinhöcker) im Bereich von 0,2– 0,25 bar liegen solle. In dieser Untersuchung

wurden auch die Größe der Kontaktfläche sowie die scheinbare Masse auf dieser

verwendet, jedoch keine Aussagen über deren Eignung zur Komfortbeurteilung

getätigt.

[Ferraiuolo 1993] prüften die Eignung der Parameter mittlerer und maximaler

Druck sowie Mittelwert und Maximum des Druckgradienten zur Beschreibung

des Sitzkomfort, kamen aber zu keinen eindeutigen Ergebnissen.

1 Scheinbare Masse = Druck * Fläche / Fallbeschleunigung

8

In einer Untersuchung von [Fukami 2001] wurde erwähnt, dass eine besonders

gleichmäßige Druckverteilung einem hohen Komfort entspricht und als Maß

hierfür der Variationskoeffizient2 geeignet sei.

Neben den Erkenntnissen um eine Verbindung zwischen der Sitzdruckverteilung

und dem subjektiven Sitzkomfort gibt es allgemeine Forschungsergebnisse zum

statischen Sitzkomfort.

[Hatta 1987] stellten fest, dass es keine alters- oder geschlechtsspezifischen

Unterschiede im subjektiven Komfortempfinden gibt. Gleichfalls erkannten sie,

dass ein Zusammenhang des Komfortempfindens mit dem Körperbau der

Versuchspersonen bestand, indem fettleibigere Personen tendenziell härtere

Sitze bevorzugen.

Auf der anderen Seite existieren Forschungen zum Vibrationsempfinden des

Menschen, angefangen mit grundlegenden Untersuchungen wie der Messung

von Perzeptions- und Unterschiedsschwellen für Ganzkörpervibrationen für

unterschiedliche Frequenzen. Beispiele hierfür sind die Untersuchungen von

[McKay 1971] und [Griffin 1988] zur Wahrnehmung von Ganzkörpervibrationen

von harten Sitzen.

Ebenfalls bestehen Studien um den Zusammenhang zwischen der Stärke von

Ganzkörpervibrationen und dem subjektiven Diskomfortempfinden. Sowohl

[Hiramatsu 1984] als auch [Howarth 1991] beschreiben einen annähernd lineare

Abhängigkeit der Empfindungsstärke (etwa beschrieben durch eine

Diskomfortwertung) von der Reizstärke (beschrieben durch den VDV3).

Die nachfolgende Untersuchung soll dazu beitragen, den Zusammenhang

zwischen der Sitzdruckverteilung – insbesondere der Sitzdruckverteilung als

Maß für den statischen Sitzkomfort – und der Vibrationswahrnehmung des

Menschen beschrieben durch Perzeptions- und Unterschiedsschwellen zu

untersuchen. Dass ein solcher Zusammenhang vermutet wird zeigen bereits

Forschungen von [Adams 1999], in denen im Zusammenhang mit der

Entwicklung eines Dummy für Komfort- und Vibrationsmessungen für

Fahrzeugsitze eine dem Menschen ähnliche Sitzdruckverteilung für den Dummy

angestrebt wurde.

Diese Untersuchung kann dazu beitragen, den Zusammenhang zwischen

statischen und dynamischen Sitzkomfort besser zu verstehen und somit zu

Fortschritten in der Sitzentwicklung zu gelangen.

2 Variationskoeffizient = Standardabweichung / Mittelwert 3 VDV = vibration dose value

9

Material und Methoden

Die Ausführung der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Sitzdruck-

verteilung und den Perzeptions- bzw. Unterschiedsschwellen des Menschen für

Ganzkörpervibrationen gliedert sich in die Abschnitte Messung der

Sitzdruckverteilung, Vorbereitung der Messdaten, Berechnung der Parameter

und statistische Auswertung. Zunächst sollen jedoch einige allgemeine

Informationen zur Technik der Messung von Sitzdruckverteilungen gegeben

werden, so dass der Leser die Eigenarten dieser Systeme erfährt und die

nachfolgende Vorgehensweise verständlicher wird.

Messung von Sitzdruckverteilungen

An Druckverteilungsmeßsysteme, häufig aufgrund ihrer Form als Messmatten

bezeichnet, werden besondere und von Drucksensoren im technischen Bereich

abweichende Anforderungen gestellt, die bewirken, dass bislang nur ein sehr

begrenztes Spektrum an verschiedenen Meßsystemen zur Verfügungen steht.

Die Meßsysteme sollen insbesondere eine geringe Dicke aufweisen und sich der

Oberfläche gut anpassen. Sie sollen sie eine möglichst hohe räumliche

Auflösung besitzen und den infragekommenden Druckbereich (bei Messungen

auf weichen Sitzen ca. 0 – 30 kPa) vollständig, zuverlässig und mit ausreichender

Auflösung erfassen. Im Bereich von Komfortuntersuchungen ist wichtig, dass

die Anwesenheit der Messmatte selbst keinen negativen Einfluss auf die

subjektive Einstufung der Bequemlichkeit des Möbels besitzt. Letztendlich sind

auch Faktoren wie Langzeitstabilität und einfache Handhabung nicht zu

übersehen. Auf dem Markt befinden sich drei grundsätzliche Typen von

Meßsystemen [Kimmeskamp 2000]:

1. Kapazitive Meßsysteme

Diese Systeme basieren darauf, dass die Kapazität eines Plattenkondensators

sich umgekehrt proportional zum Abstand der Platten verhält. Dadurch, dass als

Dielektrikum ein Elastomer verwendet wird, wird eine Transformation der Kraft

auf den einzelnen Sensor in die Zielgröße Weg erreicht. Durch Messung der

Kapazität mit einem Wechselstrom ergibt sich folgender Zusammenhang

zwischen Auflast und Ausgangsspannung [Heinemann 1994]:

AεεπfkIFU

AεεπfI)

kF(dU

rr ⋅⋅⋅⋅−=

⋅⋅⋅⋅−=

00

00 22

(1)

mit

d0 = Anfangsdicke, k = Federkonstante und εr = Dielektrizitätszahl des Elastomers

10

F = Kraft auf den Sensor, als gleichmäßig auf die Oberfläche einwirkend gedacht

U = Ausgangsspannung, U0 = Ausgangsspannung ohne Last

I = Stärke und f = Frequenz des Eingangsstromes

A = Fläche der Elektrode auf dem Elastomer sowie der Feldkonstante ε0.

Sofern das Elastomer, das eine Dicke von etwa 1 mm besitzt, im linearen Bereich

belastet wird und die Dielektrizitätszahl sich nicht mit der Auflast ändert ergibt

sich ein linearer Zusammenhang zwischen Spannung und Kraft. Die Kapazität

des einzelnen Kondensators ist konstruktionsbedingt gering und macht das

System anfällig gegenüber parasitären Kapazitäten. Es wurden jedoch

Schaltungen entwickelt die geeignet sind, diesen Effekt zu mindern [Purdue

Research 1989].

2. Resistive Meßsysteme

Resistive Systeme nutzen den Umstand, dass sich der Widerstand bestimmter

Substanzen mit der auf sie wirkenden Kraft ändert, im Regelfall verringert. Ein

bekannter Vertreter sind die sog. druckempfindlichen Farben (pressure sensitive

inks). Es handelt sich hierbei um Mischungen aus halbleitenden Partikeln mit

einem elastischen polymeren Binder, beispielsweise um 1 – 7 Gewichtsprozent

Kohlenstoffpartikel der mittleren Größe 15 – 45 nm in einem Phenoxyharz; Durch

Lösen in geeigneten Lösungsmitteln, insbesondere Ketonen, entsteht eine Paste,

die mit konventionellen Drucktechniken aufgetragen werden kann.

Diese Substanzen zeigen einen Widerstand proportional zum Kehrwert des

Druckes [Podoloff 1999]. Der spezifische Widerstand ohne Last liegt bei 102 – 106

Ω/cm und die Sensitivität kann in einem weiten Bereich von 4⋅10-3 bis 103

µSiemens/N eingestellt werden. Es wird eine Schichtdicke von ca. 10 µm

verwendet [Tekscan 2000].

3. Andere Meßsysteme

Hierunter sind all die Meßsysteme zu verstehen, die nicht in die Kategorien

„kapazitiv“ oder „resistiv“ fallen. Solche Systeme sind im Gegensatz zu den

vorher genannten kaum verbreitet oder für den geg. Anwendungsfall der

Messung einer Sitzdruckverteilung ungeeignet.

Für stationäre Systeme (Plattformen) zur Messung der Druckverteilung unter den

Füßen können konventionelle piezoelektrische Sensoren mit ihren

hervorragenden Eigenschaften verwendet werden4, jedoch lassen sich mit ihnen

keine flexiblen Messmatten produzieren.

4 Kistler Instrumente AG, Winterthur, Schweiz

11

Metall- Dehnungsmessstreifen wurden ebenfalls für die Pedobarographie

eingesetzt, jedoch handelt es sich hierbei nicht um Drucksensoren im

eigentlichen Sinne, da erst eine Transformation der Größe Druck (bzw. Kraft) in

eine Dehnung erfolgen muss.

Letztendlich existieren Meßsysteme auf der Basis von piezoresitiven

Dehnungsmessstreifen in Dünn- und Dickfilmtechnik, etwa Einlegesohlen für

Schuhe bei denen mittels einer Hydrozelle ein Halbleitersensor durchgebogen

wird5.

Realisierung

Um aus den beschriebenen Sensorprinzipien eine Druckverteilungsmessmatte

zu erstellen gibt es zwei grundsätzliche Lösungen: Einzelsensoren und

Messfolien.

Einzelsensoren bestehen aus Kontaktflächen, etwa auf Mylarfolien

aufgedampften Silberflächen, zwischen denen sich bei kapazitiven Sensoren das

Elastomer, bei resitiven Sensoren die druckempfindliche Farbe befindet. Diese

Einzelsensoren werden matrixförmig auf einem Träger, z.B. ein Textiltuch

befestigt und über Litzen miteinander verbunden. Durch eine Hülle aus Textil

oder Gummi wird die gesamte Konstruktion geschützt und ist bei Verwendung

von Gummi zusätzlich luftdicht abgeschlossen. Derartige Messmatten sind in der

Lage, sich dem Untergrund sehr gut anzupassen und bieten im Fall von

textilgefassten Matten ein angenehmes Sitz- bzw. Liegegefühl. Da die Fertigung

bislang in aufwendiger Handarbeit geschieht sind diese Systeme sehr

kostenintensiv. Hersteller solcher Systeme sind etwa Novell6 (kapazitiv) oder

GeBioM7 (resistiv).

Auf der anderen Seite existieren die Folienmessmatten, bei denen die gesamte

Fläche aus einer Kunststofffolie besteht und die Verbindung der Einzelsensoren

statt durch Litzen durch aufgedampfte Leiterbahnen geschieht. Die beiden Folien

mit dem dazwischenliegendem Sensormaterial werden durch Kleben

miteinander verbunden. Teilweise ist zum Schutz der Konstruktion eine

Außenhülle aus Nylongewebe vorhanden. Foliensensoren können eine höhere

räumliche Auflösung (≤ 1cm Abstand) als Einzelsensorsysteme (> 2 cm Abstand)

erreichen und sind preisgünstig maschinell herstellbar. Nachteilig ist ihr

schlechteres Anpassungsvermögen an die Oberfläche sowie ein möglicherweise

unangenehmes Sitzgefühl, das durch die mangelnde Luftdurchlässigkeit und die

5 paromed Medizintechnik GmbH, Neubeuren 6 novel GmbH, München 7 GeBioM – Gesellschaft für Biomechanik mbH, Münster

12

glatte Oberfläche entsteht. Foliensysteme werden etwa von der Firma Tekscan8

(resistiv) hergestellt.

Die Erfassung und Auswertung der Messdaten erfolgt heutzutage mit dem

Computer, indem die Kapazität bzw. der Widerstand in eine Gleichspannung

überführt wird (Messbrücke / Konstantstromquelle / Operationsverstärker als

invertierender Verstärker, bei Wechselspannung aktive Gleichrichtung) und

diese anschließend digitalisiert wird. Um nicht für jeden Sensor einen A/D-

Wandler zu verwenden werden Analogmultiplexer eingesetzt. Über Standard-

Schnittstellen oder eigene Steckkarten gelangen die Daten in den Computer.

Schwächen

Alle bisher beschriebenen Messverfahren weisen für die geplante Anwendung

am Menschen nachteilige Eigenschaften auf, die in der nachfolgenden

Vorgehensweise berücksichtigt werden müssen:

- Der Widerstand des Sensors kann temperaturabhängig sein, für

druckempfindliche Farben wurde ein Wert von 0,36 % des Messwertes pro

Kelvin angegeben [Tekscan 1998]. Die Sensoren sind wechselnden

Temperaturen ausgesetzt, insbesondere der Kontakt mit dem menschlichen

Körper führt zu einer Erwärmung. Während sich eine unterschiedliche

Umgebungstemperatur leicht durch Messung erfassen lässt ist keine

einfache Erfassung der Temperatur des einzelnen Sensors möglich. Daher

kann während oder nach einer Messung am Menschen nicht entschieden

werden, ob eine Veränderung des gemessenen Druckes im Laufe der Zeit

tatsächlich eine Veränderung des realen Druckes repräsentiert oder ein

Temperatureffekt ist.

- Durch Alterungsprozesse im weitesten Sinne kann sich das Verhalten des

Sensors, insbesondere das Verhältnis Response/Kraft, mit der Zeit in

unvorhersehbarer Weise ändern.

- Hysterese. Wird ein Sensor Zyklen von steigender und fallender

Krafteinwirkung ausgesetzt kann sich der Messwert für die gleiche Kraft

während steigender Last von dem bei fallender Last unterscheiden. Dieser

Effekt ist wichtig für die Messung von zeitlichen Kraftänderungen. Kapazitive

Sensoren zeigen die geringsten Hysteresen von weniger als 5 % des

Messberechsendwertes, resistive weisen teilweise Werte von bis zu 15 % auf

[Parry 2000]. Kapazitive Sensoren sind daher eher für dynamische

Messungen geeignet [Boileau 1999].

8 Tekscan Inc., South Boston, USA. Eine Beschreibung des Systemes findet sich, abgesehen von Herstellerangaben, in [Podoloff 1993].

13

- Drift. Der Widerstand des Sensors kann bei gegebener Last mit der Zeit

abnehmen, als Ursache kommen etwa viskosplastisches Verhalten sowie

Umorganisation innerhalb des Sensormaterials in Frage. Für

druckempfindliche Farben wurde ein Wert von 3 % / (Logarithmus der Zeit)

angegeben [Tekscan 1998].

- Bislang wurde vorausgesetzt, das ein linearer Zusammenhang zwischen

Kraft und Sensorresponse vorliegt, in der Praxis ist dieses jedoch nur

eingeschränkt der Fall; Für resistive Sensoren wurde eine Abweichung von

der Linearität von ± 5 % angegeben [Tekscan 1998]. Abgesehen davon, dass

der Sensor nur in dem vom Hersteller vorgeschriebenen (quasilinearen)

Bereich verwendet werden sollte können Korrekturfunktionen angewendet

werden, solange der Zusammenhang zwischen Kraft und Response konstant

und für den einzelnen Sensor bekannt ist.

- Auch wenn die räumliche Auflösung besonders der Foliensysteme hoch ist

gilt dies nicht unbedingt für die Auflösung im Kraft- und Zeitbereich. Dies

bewirkt, dass bislang keine Messung komfortrelevanter (schwacher)

Vibrationen möglich ist. Dieses ist nicht nur ein Problem des Sensors als

auch der Auswerteelektronik, insbesondere der Geschwindigkeit und

Quantisierung des A/D- Wandlers. So verwendet das ClinSeat- System der

Firma Tekscan 8 Bit A/D- Wandler, die beim kleinstmöglichen einstellbaren

Dynamikbereich von 0 bis 200 mm Hg (= 26,7 kPa) eine rechnerische

Auflösung von ca. 0,1 kPa besitzen [Tekscan 2001]. Die Firma novel gibt für

ihr pliance- Meßsystem eine maximale Scanrate von 10.000 Sensoren pro

Sekunde an [novel 2001]. Eine Messmatte mit 1.000 Sensoren kann daher mit

10 Hz gescannt werden, wobei angemerkt sei, dass an dieses System

maximal 8.000 Sensoren angeschlossen werden können.

Vor allem die mangelnde Langzeitstabilität machen eine regelmäßige Kalibration

des Meßsystems unumgänglich. Hierzu existieren Vorrichtungen, die auf die

Messmatte einen definierten und gleichmäßigen Druck ausüben [Cornwall 1995].

Die Matte wird flach auf den Boden eines Kastens gelegt, auf sie kommt eine

Gummiblase und darüber wird der Kasten mit einem Deckel verschlossen. Die

Gummiblase wird aufgepumpt und der Druck mittels eines Manometers

bestimmt, er entspricht dem Druck auf jeden einzelnen Sensor. Durch Messung

der Sensorresponse bei mehreren Druckwerten kann eine Kalibrationskurve

bestimmt werden die von der Messsoftware berücksichtigt wird.

14

Das Meßsystem GP SoftMess

Für die vorliegende Untersuchung wurde das Meßsystem GP SoftMess der

Firma GeBioM (Münster) verwendet. Da kein weiteres Meßsystem zu Verfügung

stand konnte keine Abwägung der Eigenschaften in Hinbezug auf die Eignung

für die geplante Messung vorgenommen werden.

Es handelt sich um ein resistives System aus Einzelsensoren, die auf ein

Stoffvlies aufgeklebt sind. Zum Schutz dient eine mit einem Kissenbezug

vergleichbare Textilhülle. Es sind 480 Sensoren in 24 Zeilen (Abstand: 24 mm)

und 20 Spalten (Abstand: 28 mm) angeordnet, so dass sich eine Gesamtgröße

des Messbereiches von etwa 56 * 56 cm² ergibt. Die Sensoren selbst sind rund

und besitzen einen Durchmesser von ca. 20 mm bei einer Dicke von weniger als

einem Millimeter und sind beidseitig durch eine Kunststofffolie abgeschlossen.

Die Verdrahtung erfolgt durch zwei an jeden Sensor angelötete Litzen.

Das System wird mittels einer eigenen ISA-Steckkarte an den Computer

angeschlossen. Die mitgelieferte Software erlaubt die Aufzeichnung der Mess-

daten sowie deren graphische Darstellung und einen Export im ASCII- Format.

Das System wurde kalibriert geliefert und während der Dauer der Untersuchung

nicht neu kalibriert. Der Hersteller gibt eine Reproduzierbarkeit der Messwerte

von 5 % an, der Druckbereich wird in Schritten von 1 mbar aufgelöst. Die

maximale Samplingrate mit dem gegebenem Computersystem beträgt 30 Hz.

Verwendete Sitze

Für die Untersuchung wurden drei Sitze verwendet, von denen a priori

angenommen wurde, dass sie eine unterschiedliche Sitzdruckverteilung und

einen unterschiedlichen subjektiven Sitzkomfort aufweisen:

1. Holzstuhl

Bei dem verwendeten Holzstuhl handelt es sich um einen handelsüblichen und

gebräuchlichen Stuhl ohne Polsterung. Er besitzt eine 21 cm breite leicht nach

hinten geneigte Lehne, die 16 cm über der Sitzfläche beginnt. Sowohl die Lehne

als auch die 42 * 42 cm² große Sitzfläche sind leicht konkav. Die Sitzfläche liegt

45 cm über dem Boden. Der Stuhl besitzt keine Armlehnen.

15

2. Fahrzeugsitz 1 (Sitz 1)

Ein unbenutzter Vollschaum-

Schalensitz ohne Unterfederung

wie er in einem verbreiteten PKW

eingesetzt wird. Die

Abmessungen des Sitzes sind der

Abbildung 1 zu entnehmen. Der

Sitz war über die zugehörigen

Sitzschienen in einer Höhe von 31

cm (vordere Sitzkante) bzw. 25 cm

(hintere Sitzkante) auf einer

Holzplatte der Abmessung 130 *

100 cm² befestigt und stand frei

im Raum.

Abb.1: Schematische Darstellung des Sitzes 1. Zahlen kennzeichnen Längenangaben in cm.

3. Fahrzeugsitz 2 (Sitz 2)

Dieser Fahrzeugsitz ist mit dem Sitz 1 fast identisch, besitzt jedoch und eine

geringfügig andere Abpolsterung und eine höhere Härte des

Polyurethanschaumes. Der Sitz war gleichfalls auf einer Holzplatte befestigt,

während der Messung wurde die Kopfstütze entfernt, da diese bei anderen

Messungen auf dem Sitz störte.

Durchführung der Messung

Zur Messung der Sitzdruckverteilung wurde die Messmatte auf den zu

untersuchenden Sitz gelegt und zwar so, dass die Messfläche an der

Vorderkante des Sitzes endete. Die Matte wurde so orientiert, dass die 20

Sensoren umfassenden Zeilen parallel zur Vorderkante des Sitzes verliefen und

wurde mit einigen Klebestreifen an der Rückenlehne fixiert. Auf eine stärkere

Befestigung wurde mit Rücksicht auf eine mögliche Beschädigung der

Messmatte verzichtet.

Die Versuchsperson (VP) wurde aufgefordert Platz zunehmen und eine

angenehme und aufrechte Körperhaltung einzunehmen; Es stand ihr frei sich

anzulehnen. Die Füße sollten auf den Boden aufgesetzt werden. Bei Sitz 1 wurde

zusätzlich eine Messung ausgeführt, bei der die Versuchsperson ihre Füße nicht

aufsetzen sondern längs ausstrecken sollte, so dass ihre Hacken auf dem Boden

auflagen.

Nach etwa 30 Sekunden wurde die Messung mittels der Software des Herstellers

gestartet, wobei jede Messung aus durchschnittlich 50 Einzelaufnahmen der

16

Druckverteilung (Frames) im Abstand von 2 Sekunden bestand. Diese

Vorgehensweise berücksichtigt, dass die Versuchsperson trotz bester

Bemühungen nicht vollkommen still sitzen wird und es daher zu Schwankungen

in den gemessenen Werten kommen kann. Die Messung wurde mindestens

einmal wiederholt, wobei die Versuchsperson aufgefordert wurde aufzustehen

und sich erneut hinzusetzten, so dass im Nachhinein festgestellt werden kann,

ob die Sitzdruckverteilung einer Person auf einem Sitz weitgehend konstant ist.

Sofern die VP mehr Zeit für Messungen aufbringen konnte wurden statt zwei bis

zu sieben Wiederholungen ausgeführt, dies war insbesondere bei der

Untersuchung des Sitzes 2 der Fall.

Die Daten wurden bis zum Ende der Messkampagne gespeichert und

anschließend ins ASCII- Format exportiert, da die weitere Verarbeitung mit dem

Programm Matlab R12 (Mathworks) erfolgen sollte.

Vorbereitung der Daten

Entfernung von Messartefakten

Die gemessenen Druckverteilungen enthielten teilweise „Artefakte“ in Form von

Sensoren, die einen Druckwert größer Null angaben obwohl sie nicht durch die

Versuchsperson belastet wurden.

Dies resultierte aus Knicken in der Messmatte im Bereich des Sitzrandes, durch

den Kontakt mit Sitzelementen wie dem Gurthalter oder durch die verwendeten

Klebestreifen. Da die aktive Fläche der Messmatte größer als die Sitzfläche war

kam es zusätzlich vor, dass bei einigen Versuchspersonen ein Teil der

Kontaktfläche mit der Rückenlehne erfasst wurde.

Um eine bessere Vergleichbarkeit der Messungen zu erreichen sollten diese

Flächen nicht berücksichtigt werden.

Die Entfernung dieser ungewünschten Sensorbereiche erfolgt mittels des

Programms Matlab über folgendes Verfahren: In jedem einzelnen Frame wurde

überprüft, ob Zeilen oder Spalten existieren deren Sensoren alle einen

Druckwert von kleiner 2 mbar anzeigten. War dies der Fall wurden alle weiter

zum nächsten Rand der Messfläche hin liegenden Zeilen bzw. Spalten mit Nullen

gefüllt. Dieses Verfahren beruht auf der Annahme, dass die Druckverteilung

unter dem Gesäß sowie den Unterschenkeln eine geschlossene Fläche ohne

solche unbelasteten Zeilen / Spalten darstellt. Die resultierenden

Druckverteilungen wurden danach zusätzlich durch subjektive Betrachtung auf

verbleibende Artefakte überprüft und diese durch Nullsetzen der betroffenen

Sensoren in den ASCII- Dateien entfernt.

17

Berücksichtigung der Sensordrift

Um eine mögliche Drift der Sensoren, die sich als störend in dieser

Untersuchung erweisen könnte, zu berücksichtigen wurden die Messwerte der

einzelnen Sensoren für jede einzelne Messung in Abhängigkeit von der Zeit

dargestellt. Durch Betrachtung kann leicht ersehen werden, ob ein Trend

(zeitliche Veränderung des Mittelwertes, in der Statistik als Instationarität

bezeichnet) vorliegt. Sofern ein (weitgehend) linearer Trend vorlag wurde für

jeden einzelnen Sensor und jede Messung eine lineare Regression zwischen

dem Messwert und der Zeit seit Beginn der Messung ausgeführt, um einen

mittleren Anstieg oder Abfall des Messwertes durch die Steigung der

Regressionsgerade zu quantifizieren. Dieses geschah mittels der eingebauten

Routine (regress) des Programms Matlab (Methode der kleinsten Quadrate, least

square fit). Die trendbefreiten Sensorwerte wurden durch die Gleichung:

tatptp jiji ⋅−= )()( ,', (2)

mit

p’i,,j(t) = trendbefreiter Wert des Sensors in der i-ten Zeile und j-ten Spalte zum

Zeitpunkt t

pi,j(t) = gemessener (unkorrigierter) Wert des Sensors in der i-ten Zeile und j-ten

Spalte zum Zeitpunkt t

a = Sensordrift in mbar/Sekunde

berechnet.

Der Messwert zum Zeitpunkt t = 0 blieb unverändert, da im Falle eines linearen

Trends nicht festgestellt werden kann, ob es zu einer späteren Stabilisierung der

Messwerte kommen würde.

Diese Vorgehensweise geht von der Annahme aus, dass eine mittlere zeitliche

Änderung des Druckes ein Ergebnis der Sensordrift (thermisch oder als Resultat

der einwirkenden Kraft) – eines unerwünschten Phänomens - darstellt und keine

Änderung des realen Druckes stattgefunden hat.

Zusätzlich wurde der Pearson´sche Korrelationskoeffizient zwischen dem Maß

der Sensordrift und dem Mittelwert des betreffenden Sensors errechnet um

einen Zusammenhang zwischen der Größe der Kraft auf den Sensor und der

hierzu beobachteten Drift zu überprüfen.

Kriterien für die Bewertung der Reproduzierbarkeit

Für jede Versuchsperson wurde auf jedem Sitz mehr als eine Messung

ausgeführt. Die weitergehende Auswertung wird erleichtert, falls diese

Messungen zusammengefasst werden können.

Um festzustellen, ob sich die hierbei aufgenommenen Sitzdruckverteilungen

mehr als nur geringfügig unterscheiden wurden keine Kennzahlen herangezogen

18

sondern die graphische Darstellung der Druckverteilungen durch Betrachten

verglichen. Diese Vorgehensweise ist sinnvoll, da auch die Bewertung des

statischen Sitzkomforts im Regelfall durch Inaugenscheinnahme der

Sitzdruckverteilung erfolgt.

Bei der Betrachtung wurde in Besonderen auf Unterschiede in der Struktur der

Verteilung geachtet, hierunter sind die geometrische Form und Fläche des

Druckbildes, die Lokalisation der Druckmaxima sowie Merkmale wie

unterschiedliche Berührung der Seitenwulste sowie wechselnde Berührung der

Sitzfläche durch die Oberschenkel zu verstehen. Um Änderungen in der Position

der Versuchsperson auf dem Sitz besser erkennen zu können wurde zusätzlich

der Schwerpunkt der Sitzdruckverteilung mittels des Programms Matlab

errechnet und in die graphischen Darstellungen eingetragen.

Verwendete Kenngrößen

Daten der Versuchspersonen

An der Untersuchung nahmen insgesamt 32 Versuchspersonen teil. Die

Probanten wurden nach der Versuchsdurchführung nach ihrer Köpergröße

befragt sowie ihr Körpergewicht mit einer Personenwaage bestimmt. Diese

Daten wurden erhoben, da ein Zusammenhang mit dem statischen Sitzkomfort

und den psychophysikalischen Daten vermutet wurde. Aus den Daten wurde

der Quetelet- Index (body mass index) nach der Gleichung

2[m] Größe[kg] Masse

=BMI (3)

als Maß für die Fettleibigkeit bestimmt [Garrow 1985].

Summenparameter zur Beschreibung des statischen Sitzkomforts

Zur Beurteilung des statischen Sitzkomforts wurden sieben Parameter

verwendet, die in der Literatur für diesen Zweck in Erwägung gezogen wurden.

Es handelt sich hierbei um:

Den mittleren und maximalen Druck auf der Kontaktfläche Mensch / Sitz. Für die

Berechnung des Mittelwertes wurden nur Sensoren verwendet, die einen Druck

von mehr als 0,1 kPa angaben, da das Meßsystem eine Auflösung von 1 mbar

aufweist und eine entsprechende Ungenauigkeit der Werte angenommen wurde,

also ein Messwert von 1 mbar an einem unbelasteten Sensor auftreten könnte.

19

kPa 0,1| ,, >= jijiMittel ppmeanp (4)

)max( , jiMax pp = (5)

mit

pMittel = Mittlerer Druck

pMax = Maximaler Druck

pi,j = Druckwert des Sensors in der i-ten Zeile und j-ten Spalte

mean = Arithmetisches Mittel

max = Maximum.

1. Den mittleren und maximalen Betrag des Druckgradienten (∇p). Das

zweidimensionale Gradientenfeld wurde mittels der eingebauten Routine

(gradient) des Programms Matlab (Mathworks) bestimmt. Für die

Berechnung des Mittelwertes des Gradientenbetrages über alle Sensoren

wurden nur Sensoren verwendet, an denen der Betrag des Druckgradienten

mindestens 0,03 kPa/cm betrug, da sich dieser Gradient bereits ergibt, wenn

ein Unterschied im Messwert zwischen zwei benachbarten Sensoren von 1

mbar besteht, der dem Auflösungsvermögen des Meßsystems entspricht

und daher als möglicher Messfehler zu berücksichtigen ist.

x

jijijijijix r

pppppgrad

2)()(

)( ,1,,,1,

−+ −+−= (6)

y

jijijijijiy r

pppppgrad

2)()(

)( 1,,,1,,

−+ −+−= (7)

2,

2,, )()(|)(| jiyjixji pgradpgradpgrad += (8)

mit

gradx(pi,j) = Geschätzter Druckgradient in x- Richtung (Spaltenrichtung)

grady(pi,j) = Geschätzter Druckgradient in y- Richtung (Zeilenrichtung)

|grad(pi,j)| = Betrag des Druckgradienten

rx , ry = Abstände der Sensormittelpunkte in x- bzw. y- Richtung.

2. Den Variationskoeffizient CV = Standardabweichung des Druckes auf der

Kontaktfläche / Mittleren Druck. In die Berechnung der Standardabweichung

flossen nur Sensoren ein, die einen Druck von mehr als 0,1 kPa angaben.

kPa 0,1|kPa 0,1|

,,

,,

>

>=

jiji

jiji

ppmeanpps

CV (9)

mit

CV = Variationskoeffizient

s = empirische Standardabweichung

20

mean = arithmetisches Mittel.

3. Die Komfortkennzahl nach [Daimler- Benz 1998]. Zur Vereinfachung der

automatisierten Berechnung wurde für die gesamte Fläche eine konstanter

Schwellenwert für den Druck von p0 = 40 mbar bzw. p0 = 60 mbar

angenommen.

∑ ≥−

=−ji

dppjipfloorKomfDB

,0ji, pp allefür

)/)0,((2 (10)

mit

DB-Komf = Komfortkennzahl nach [Daimler- Benz 1998]

p0 = Schwellenwert von 40 mbar bzw. 60 mbar

pd = Unterschiedsschwellenwert von 20 mbar

floor = „nächstkleine ganze Zahl“ Funktion.

Die Parameter wurden aus jeder einzelnen Aufnahme der Sitzdruckverteilung

(frame) errechnet und dann über die gesamten frames der Messung – im Mittel

50 frames - gemittelt. Hierdurch wurden Schwankungen der Messwerte durch

geringe Bewegungen der Versuchsperson ausgeglichen. Sofern die Kriterien für

die Bewertung der Reproduzierbarkeit erfüllt waren, wurden die Mittelwerte der

Wiederholungsmessungen, zwischen denen die Person aufstand und sich erneut

setzt, ebenfalls gemittelt, so dass für jede Versuchsperson auf den drei Sitzen

(Sitz 1 in zwei Sitzhaltungen) ein Kennwert existiert.

Weitere Summenparameter

Die Berechnung der beiden Parameter „Größe der Kontaktfläche“ sowie

„Scheinbare Masse auf der Kontaktfläche“, von denen ebenfalls ein

Zusammenhang mit den psychophysikalischen Daten vermutet wurde, wurde

ebenso wie die Berechnung der sieben komfortrelevanten Parameter ausgeführt.

Es wurden nur Sensoren verwendet, die einen Druck von mehr als 0,1 kPa

angaben.

∑ >=ji

SensorKontakt AA,

ji, kPa 0,1 p allefür (11)

mit

AKontakt = Größe der Kontaktfläche

ASensor = Gedachte Fläche des Einzelsensors bei lückenloser Bedeckung der

Messfläche mit Sensoren, entspricht (57.6 * 56) cm² / 480.

21

gpAm MittelKontakt ⋅=' (12)

mit

m’ = Scheinbare Masse auf der Sitzfläche

g = Fallbeschleunigung.

Häufigkeitshistogramme

Für jede Messung wurden die Druckverteilungen entlang der Zeitachse

arithmetisch gemittelt. Die sich ergebenden Druckwertemengen aus jeweils 480

Einzelwerten wurden in äquidistante Druckklassen eingeteilt, da angenommen

wurde, dass die Häufigkeit der einzelnen Druckwerteklassen einen Einfluss auf

die Wahrnehmung von Ganzkörpervibrationen durch die Versuchsperson besitzt.

Folgende Einteilungen wurden vorgenommen:

Holzstuhl

1. 7 Klassen im Wertebereich von 0,2 bis 24,5 kPa

2. 7 Klassen im Wertebereich von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck für die

jeweilige Messung (versuchspersonenabhängig)

Sitz 1




Sitz 2




Die gewählte Anzahl von Klassen entspricht der maximalen Zahl, bei der die

Klassen für alle Versuchspersonen lückenlos besetzt sind.

Zusätzlich wurde für alle Messungen eine gröbere Einteilung in 5 äquidistante

Klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck für die jeweilige Messung

vorgenommen.

Als Maßzahl wurde der Anteil der jeweiligen Klasse an der gesamten

Kontaktfläche AKontakt verwendet.

22

Statistische Auswertung

Korrelationsanalysen

Um auf Zusammenhänge zwischen den aus der Sitzdruckverteilung errechneten

Parametern und den Daten der Versuchspersonen (Masse,

Perzeptionsschwelle…) zu prüfen wurde der Pearson´sche Korrelationskoeffizient

verwendet und ein Test (zweiseitig) der Nullhypothese „Die Merkmale sind

voneinander unabhängig“ mit den Irrtumswahrscheinlichkeiten α = 0,05 und α =

0,01 durchgeführt. Hierzu wurde SPSS 10 (SPSS Inc.) verwendet.

Abweichend wurde für den Signifikanztest der Korrelation zwischen dem Maß

der Sensordrift und dem mittleren Druck von den Sensor das Programm Excel

10 (Microsoft) verwendet. Hierzu wurde die Testgröße

212r

Nrt−−

⋅= (13)

mit

r = Pearson´scher Korrelationskoeffizient und

N = Anzahl der Fälle

errechnet [Sachs 1997]; Diese Größe ist t- verteilt mit (N-2) Freiheitsgeraden. Die

Nullhypothese „Die Merkmale sind voneinander unabhängig“ ist dann

abzulehnen, wenn der Betrag der Testgröße t größer als das (1-α/2)- Quantil der

zugehörigen t- Verteilung ist (zweiseitiger Test).

Vergleich der verwendeten Sitze

Es wurde eine statistische Analyse durchgeführt um zu überprüfen, ob

1. Die Versuchspersonenkollektive für die einzelnen Sitze in Masse und

Körpergröße vergleichbar waren.

2. Systematische Unterschiede in den Parametern der Sitzduckverteilung und

den Perzeptions- sowie Unterschiedsschwelle zwischen den Sitzen

bestanden.

Hierzu wurde der Mann-Whitney-U-Test verwendet, ein nichtparametrischer Test

auf Gleichheit der Erwartungswerte. Von der Anwendung des bekannteren t-

Testes musste abgesehen werden, da mittels des Levene- Tests festgestellt

wurde, dass bei einigen Parametern die Annahme der Homogenität der

Varianzen nicht erfüllt war. Des weiteren erschien die Annahme einer

Normalverteilung der Daten aufgrund der geringen Fallzahl bei Sitz 1 zu

unsicher. Die genannten statistischen Analysen wurden mit SPSS 10 (SPSS Inc.)

ausgeführt, hierbei auf eine Signifikanz von α = 0,05 (zweiseitig) getestet.

23

Ergebnisse

Die Darstellung der Ergebnisse beginnt mit Informationen zur Sensordrift als

Eigenschaft des Meßsystems und Fragen zur Reproduzierbarkeit der Messung

der Druckverteilung. Anschließend werden die Sitzdruckverteilungen (Rohdaten)

in graphischer Form dargestellt. Über die Informationen zu den

Versuchspersonen, insbesondere ihren Perzeptions- und Unterschiedsschwellen

und den aus der Sitzdruckverteilung berechneten Parametern führt der Weg zum

Hauptteil der Untersuchung, der statistischen Auswertung.

Die Sensordrift

Die Untersuchung der Messdaten auf mittlere zeitliche Änderungen (Trends) der

angezeigten Druckwerte durch Betrachtung des zeitlichen Verlaufes der Daten

der Einzelsensoren führte zu dem Ergebnis, dass in einem Großteil der

Messungen eine zeitliche Zunahme der Messwerte zu beobachten war.

Ein Beispiel zeigt Abbildung 2: Besonders bei den höheren Druckwerten ist eine

zeitliche Zunahme des Druckes zu erkennen. In der gleichen Abbildung ist das

Ergebnis der Entfernung des Trends durch Anwendung der Gleichung 3 zu

sehen, die zu einem Druckverlauf mit konstantem Mittelwert des Druckes

(Stationarität) führt.

Die Art des in den Messungen beobachteten Trends kann als linear angesehen

werden, die Quantifizierung des Trends durch die Steigung der

Regressionsgerade ist daher gerechtfertigt. In einigen Fällen kam es zu einer

leichten Abnahme des Druckanstieges gegen Ende der Messung.

In den Tabellen 1 bis 4 sind sowohl der mittlere Anstieg des Druckes während

der einzelnen Messungen (maximal 4 Messungen pro VP und Sitz aufgeführt) als

auch die Pearson´schen Korrelationskoeffizienten zwischen der Größe des

Trends am einzelnen Sensor und dem Mittelwert des Druckes auf demselben

Sensor dargestellt.

Die mittlere zeitliche Änderung des Messwertes über alle belasteten Sensoren (p

> 0,1 kPa) während einer Messung beträgt -1,43 bis 0.91 kPa/min, wobei

negative Werte nur sehr selten auftreten. Es ist nicht zu erkennen, dass eine

systematische Änderung der Größe des Trends – etwa eine kontinuierliche

Abnahme - in zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen besteht.

In fast allen Fällen ist die Änderung pro Zeiteinheit positiv mit dem mittleren

Druck des jeweiligen Sensors korreliert. Eine negative Korrelation tritt in acht der

Messungen auf dem Fahrzeugsitz 2 auf, hierbei ist der mittlere Anstieg des

Druckes in sieben Fällen negativ.

24

Abb. 2: Druckverlauf an zufällig ausgewählten Sensoren während der Messung der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 2 mit der Versuchsperson 13. Links die gemessenen Daten mit einer zeitlichen Zunahme des Druckes, rechts das Ergebnis der Entfernung dieses Trends durch Anwendung der Gleichung 3.

Tab. 1: Mittlere zeitliche Veränderung der angezeigten Druckmesswerte während der Messung der Sitzdruckverteilung sowie Pearson´sche Korrelationskoeffizienten zwischen der Größe des Trends und dem Mittelwert des Druckes des einzelnen Sensors. Messung auf dem Holzstuhl. Signifikante Korrelationen sind durch * (α = 0,05) bzw. ** (α = 0,01) gekennzeichnet. In fast allen Fällen ist die Größe des Trend positiv mit dem Mittelwert des Druckes auf den Sensor korreliert.

Mittlere Veränderung

[kPa/min] Korrelationskoeffizient

Messung: 1 2 3 1 2 3 VP- Nr.

O1 0,38 0,44 0,78** 0,83** O2 0,38 0,44 0,62** 0,57** O3 0,29 0,38 0,54** 0,35** O4 0,56 0,35 0,77** 0,57** O5 0,57 0,41 0,61** 0,36** O6 0,42 0,17 0,76** 0,24* O7 0,85 0,26 0,85** 0,84** O8 0,16 0,35 0,22* 0,02 O9 0,03 0,38 0,02 0,76**

O10 0,09 0,27 0,25* 0,52** O11 0,55 0,91 0,27* 0,34** O12 0,15 0,57 0,55** 0,71** O13 0,11 0,19 0,28 0,46** 0,40** 0,42**

25

Tab. 2: Mittlere zeitliche Veränderung der angezeigten sowie Pearson´sche Korrelationskoeffizienten zwischen der Größe des Trends und dem Mittelwert des Druckes des einzelnen Sensors. Messung auf dem Sitz 1 (Füße aufgesetzt). In fast allen Fällen ist die Größe des Trend positiv mit dem Mittelwert des Druckes auf den Sensor korreliert.



Messung: 1 2 3 1 2 3 VP- Nr.

O2 0,14 0,30 0,61** 0,79** O8 0,07 0,31 0,33** 0,54** O9 0,08 0,01 0,15 0,06 -0,27* -0,02

O10 0,15 0,24 0,56** 0,74** O14 0,30 0,33 0,65** 0,53**

Tab. 3: Mittlere zeitliche Veränderung der angezeigten sowie Pearson´sche Korrelationskoeffizienten zwischen der Größe des Trends und dem Mittelwert des Druckes des einzelnen Sensors. Messung auf dem Sitz 1 (Beine ausgestreckt). In allen Fällen ist die Größe des Trend positiv mit dem Mittelwert des Druckes auf den Sensor korreliert.



Messung: 1 2 3 1 2 3 VP- Nr.

O2 0,14 0,20 0,37** 0,53** O8 0,29 0,14 0,31** 0,13* O9 0,06 0,04 0,08 0,27** 0,13* 0,17*

O10 0,30 0,18 0,55** 0,36** O14 0,17 0,33 0,33** 0,70**

Tab. 4: Mittlere zeitliche Veränderung der angezeigten sowie Pearson´sche Korrelationskoeffizienten zwischen der Größe des Trends und dem Mittelwert des Druckes des einzelnen Sensors. Messung auf dem Sitz 2. In fast allen Fällen ist die Größe des Trend positiv mit dem Mittelwert des Druckes auf den Sensor korreliert.

Mittlere Veränderung [kPa/min] Korrelationskoeffizient Messung: 1 2 3 4 1 2 3 4

VP- Nr. 1 0,41 0,15 0,12 0,27 -0,12 0,58** 0,34** 0,66**2 0,24 0,23 0,56** 0,36** 3 0,14 0,13 0,15 -0,53 0,34** 0,45** 0,07 -0,42**4 0,44 0,07 0,38 0,45 0,53** 0,28** 0,67** 0,78**5 0,13 0,00 0,26 0,26 0,56** -0,01 0,61** 0,70**6 0,04 0,07 0,05 0,08 0,19* 0,16* 0,25** 0,29**7 0,51 -0,12 0,79** -0,31** 8 0,34 0,15 0,02 0,12 0,63** 0,32** 0,03 0,36**9 0,33 0,41 0,43** 0,70**

10 0,24 0,24 -1,43 0,11 0,52** 0,49** -0,23** 0,65**11 -0,30 0,28 0,91 0,01 -0,45** 0,16* 0,89** 0,01 12 0,23 0,08 0,17 0,16 0,70** 0,59** 0,64** 0,60**13 0,05 0,35 -0,04 0,39** 0,68** -0,33** 14 -0,18 0,11 0,14 0,16 -0,57** 0,59** 0,53** 0,55**15 0,27 0,10 0,09 0,39 0,69** 0,51** 0,69** 0,45**16 0,19 0,05 0,12 0,05 0,59** 0,41** -0,46** 0,01 17 0,23 0,12 0,05 -0,12 0,74** 0,81** 0,47** -0,47**18 0,02 0,45 0,17** 0,72**

26

Die Reproduzierbarkeit der Sitzdruckverteilungsmessung

Durch die Betrachtung der Sitzdruckverteilungen konnte festgestellt werden,

dass in allen Fällen die Druckverteilungen aus den Wiederholungsmessungen,

zwischen denen die Versuchsperson aufstand und sich wieder setzte, für alle

Versuchspersonen nach den festgelegten Kriterien sehr ähnlich sind und keiner

getrennten Behandlung bedürfen.

Abbildung 3 mag dies verdeutlichen. Deutlich zu erkennen ist die große

Ähnlichkeit der beiden Messungen, obgleich die Versuchsperson zwischen den

Messungen aufgestanden ist und sich wieder gesetzt hat. Sowohl die Form der

Kontaktfläche als auch die Lage der Druckmaxima und des Schwerpunktes sind

fast identisch.

Abb. 3: Zwei Sitzdruckverteilungen der Versuchsperson 14 auf dem Fahrzeugsitz 2. Zahlenangaben kennzeichnen Abmessungen in mm. Die auftretenden Druckwerte sind auf einer Farbskala von weiß nach schwarz kodiert, es wurde für beide Messungen die volle Farbskala ausgenutzt. Das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung.

Darstellung der Sitzdruckverteilungen

In den Abbildungen 4 bis 6 seinen exemplarisch einige Sitzdruckverteilungen auf

den drei verwendeten Sitzen darstellt, um dem Leser eine Vorstellung über das

Aussehen einer Sitzdruckverteilung auf unterschiedlichen Sitzen und für

unterschiedliche Versuchspersonen zu vermitteln. Eine vollständige Übersicht ist

dem Anhang 1 zu entnehmen.

Die Druckverteilung auf dem Holzstuhl ist geprägt von einer im Vergleich zu den

anderen Sitzen merklich kleineren Kontaktfläche. Deutlich sind die Druckmaxima

unter den Sitzbeinhöckern zu erkennen (teilweise existieren Nebenmaxima unter

dem Steißbeinbereich), von denen aus der Druck nach außen hin rasch

abnimmt.

27

In Gegensatz dazu ist sowohl auf Sitz 1 (Füße aufgesetzt) als auch auf Sitz 2 die

Kontaktfläche groß. Es finden sich deutliche Druckmaxima unter den

Sitzbeinhöckern, von hier aus nimmt der Druck zum Rand hin langsam ab. Bei

den Versuchspersonen O8 und 3 ist der Kontakt mit den Seitenwülsten des

Schalensitzes zu erkennen, bei VP 14 nicht. Ein solcher Kontakt trat insgesamt

häufiger beim Sitz 1 als bei dem Sitz 2 auf.

Die mit ausgestreckten Beinen auf Sitz 1 sitzenden Versuchspersonen haben die

größte Kontaktfläche mit dem Sitz. Hier sind die Druckmaxima nicht mehr auf

die Sitzbeinhöcker beschränkt, auch unter den Oberschenkeln finden sich

ähnlich hohe Druckwerte.

Des weiteren ist beachtenswert, dass im Sitzen mit auf dem Boden aufgesetzten

Füßen so gut wie nie ein Kontakt der Unterschenkel mit der Sitzfläche besteht,

nur bei zwei Versuchspersonen auf dem Holzstuhl war ein leichter Kontakt

gegeben.

Abb. 4: Sitzdruckverteilungen der Versuchspersonen O2 und O7 auf einem Holzstuhl. Zahlenangaben kennzeichnen Abmessungen in mm. Die auftretenden Druckwerte sind auf einer Farbskala von weiß nach schwarz kodiert, es wurde für beide Messungen die volle Farbskala ausgenutzt. Das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung.

28

Abb. 5: Sitzdruckverteilungen der Versuchsperson O8 auf dem Fahrzeugsitz 1. Links wurden die Füße auf den Boden aufgesetzt, rechts die Beine ausgestreckt.

Abb. 6: Sitzdruckverteilungen der Versuchspersonen 3 und 14 auf dem Fahrzeugsitz 2.

Verwendete Kenngrößen

Daten der Versuchspersonen

An der Messung der Sitzdruckverteilung auf dem Holzstuhl nahmen 13

Versuchspersonen teil, 5 Personen auf dem Fahrzeugsitz 1 und 18 auf dem

Fahrzeugsitz 2.

In den Abbildungen 7 bis 9 sind die Masse, die Körpergröße sowie der Quetelet-

Index (BMI) der Versuchspersonen dargestellt. Von diesen Größen wird

angenommen, dass sie einen Einfluss auf die Sitzdruckverteilung und die

Wahrnehmung von Vibrationen besitzen.

29

Die Masse der Versuchspersonen, deren Sitzdruckverteilung auf dem Holzstuhl

gemessen wurde, variierte zwischen 57 kg und 103 kg, die Körpergröße

zwischen 169 cm und 190 cm und der Quetelet- Index zwischen 18,5 kg/m² und

28,5 kg/m².

Für dem Fahrzeugsitz 1 betragen die Spannweiten für die Körpermasse 57 kg bis

95 kg, für die Größe 169 cm bis 187 cm und für den Quetelet- Index 18,5 kg/m²

bis 27,2 kg/m².

Für dem Fahrzeugsitz 2 betragen die Spannweiten für die Körpermasse 47 kg bis

93 kg, für die Größe 164 cm bis 192 cm und für den Quetelet- Index 17,5 kg/m²

und 29,4 kg/m².

In den Abbildungen 10 bis 15 sind die Perzeptionsschwellen für

Ganzkörpervibrationen bei den Frequenzen 16 Hz und 31,5 Hz unter Anregung

des Sitzes in vertikaler Richtung dargestellt.

Diese Perzeptionsschwellen liegen für 11 Personen, gemessen auf dem Holzstuhl

und für 16 Personen, gemessen auf dem Fahrzeugsitz 2, vor [Bellmann 2001].

Für die Gesamtbeschleunigung nach ISO 26319 liegen sie auf dem Holzstuhl im

Bereich von 86,9 dB bis 90,9 dB (16 Hz) bzw. 86,3 dB bis 90,7 dB (31,5 Hz). Es

bestehen somit interindividuelle Unterschiede in der Perzeptionsschwelle von

bis zu 4 dB (16 Hz) bzw. 4,4 dB (31,5 Hz).

Auf dem Fahrzeugsitz 2 liegen die Perzeptionsschwellen für die Gesamt-

beschleunigung nach ISO 2631 im Bereich von 81,4 dB bis 87,5 dB (16 Hz) bzw.

78,0 dB bis 90,3 dB (31,5 Hz). Die Spannweite der Werte ist auf diesem Sitz mit

6,1 dB (16 Hz) bzw. 12,3 dB (31,5 Hz) größer als auf dem Holzstuhl.

In der Abbildung 16 sind die Unterschiedsschwellen (just noticeable differences

in Level, JNDL) für die 16 Versuchspersonen auf dem Fahrzeugsitz 2 angegeben.

Die Unterschiedsschwellen für Ganzkörpervibrationen bei 31,5 Hz liegen im

Bereich von 0,9 dB bis 2,6 dB [Bellmann 2001], der Wert von 4,8 dB für

Versuchsperson 14 ist ungewöhnlich hoch und daher als unzutreffend

anzusehen, er wird nicht weiter verwendet.

Alle hier graphisch dargestellten Daten können dem Anhang 2 in Tabellenform

entnommen werden.

9 Definition siehe Anhang 9

30

Körpermasse der Versuchspersonen

40

50

60

70

80

90

100

110

Holzstuhl Sitz 1/I Sitz 1/II Sitz 2

Mas

se [

kg]

Abb. 7: Körpermasse der Versuchspersonen, deren Sitzdruckverteilung auf den angegebenen Sitzen gemessen wurde. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson. Die Versuchspersonen für die Messung auf dem Fahrzeugsitz 1 in zwei Sitzhaltungen (Sitz 1/I = Füße aufgesetzt, Sitz 1/II = Beine ausgestreckt) sind identisch, ihre wiederholte Darstellung dient nur der besseren Vergleichbarkeit mit nachfolgenden Darstellungen. Von zwei Personen (symbolisiert durch kleine schwarze Säulen) war die Körpermasse unbekannt.

Körpergröße der Versuchspersonen

150

160

170

180

190

200


Grö

ße

[cm

]

Abb. 8: Körpergröße der Versuchspersonen, deren Sitzdruckverteilung auf den angegebenen Sitzen gemessen wurde. Jede Säule entspricht einer Versuchs-person.

31

Quetelet - Index der Versuchspersonen

15

18

21

24

27

30


Ind

ex [

kg/c

m²]

Abb. 9: Quetelet- Index (body mass index) der Versuchspersonen, deren Sitz-druckverteilung auf den angegebenen Sitzen gemessen wurde. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

Perzeptionsschwelle bei 16 Hz (Siki Z - Richtung)

75

78

81

84

87

90

93

Holzstuhl Sitz 2

Bes

chl.p

egel

[d

B]

Abb. 10: Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 16 Hz. Angegeben ist der Beschleunigungspegel, der an der Wahrnehmungs-schwelle auf der Sitzfläche in vertikaler Richtung auftrat10 (gemessen mit einem Sitzkissen- Beschleunigungsaufnehmer). Jede Säule entspricht einer Versuchsperson. Kleine schwarze Säulen kennzeichnen Versuchspersonen, deren Perzeptionsschwelle unbekannt war. Die Reihenfolge der Anordnung der Versuchspersonen entspricht den vorhergehenden Diagrammen.

10 120 dB Beschleunigungspegel entsprechen einer Beschleunigung von 1 m/s².

32

Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz (Siki Z - Richtung)

65

70

75

80

85

90

95

Holzstuhl Sitz 2

Bes

chl.p

egel

[d

B]

Abb. 11: Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 31,5 Hz. Angegeben ist der Beschleunigungspegel, der an der Wahrnehmungs-schwelle auf der Sitzfläche in vertikaler Richtung auftrat. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

Perzeptionsschwelle bei 16 Hz (Siki Gesamt)

78

81

84

87

90

93

Holzstuhl Sitz 2

Bes

chl.p

egel

[d

B]

Abb. 12: Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 16 Hz. Angegeben ist der Gesamtbeschleunigungspegel als vektorielle Summe der Beschleunigungspegel in drei orthogonale Raumrichtungen, der an der Wahrnehmungsschwelle auf der Sitzfläche auftrat. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

33

Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz (Siki Gesamt)

70

73

76

79

82

85

88

91

94

Holzstuhl Sitz 2

Bes

chl.p

egel

[d

B]

Abb. 13: Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 31,5 Hz. Angegeben ist der Gesamtbeschleunigungspegel als vektorielle Summe der Beschleunigungspegel in drei orthogonale Raumrichtungen, der an der Wahrnehmungsschwelle auf der Sitzfläche auftrat. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

Perzeptionsschwelle bei 16 Hz (Siki + Boden)

80

83

86

89

92

Holzstuhl Sitz 2

Bes

chl.p

egel

[d

B]

Abb. 14: Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 16 Hz. Angegeben ist der Gesamtbeschleunigungspegel nach ISO 2631 (siehe Anhang 9), der an der Wahrnehmungsschwelle auftrat. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

34

Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz (Siki + Boden)

76

79

82

85

88

91

94

Holzstuhl Sitz 2

Bes

chl.p

egel

[d

B]

Abb. 15: Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 31,5 Hz. Angegeben ist der Gesamtbeschleunigungspegel nach ISO 2631 (siehe Anhang 9), der an der Wahrnehmungsschwelle auftrat. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

JNDL bei 31,5 Hz

0

1

2

3

4

5

Sitz 2

Peg

eld

iffe

ren

z [d

B]

Abb. 16: Unterschiedsschwellen für Ganzkörpervibrationen der Versuchs-personen auf dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2 bei einer Frequenz von 31,5 Hz. Jede Säule entspricht einer Versuchsperson.

35

Summenparameter zur Beschreibung des statischen Sitzkomforts

Die Bestimmung der Parameter, die in der Literatur als Maß für den statischen

Sitzkomfort (Teilaspekt Sitzdruckverteilung) in Betracht gezogen wurden, lieferte

folgende Ergebnisse, die in den Abbildungen 17 bis 23 dargestellt sind;

Zusätzliche tabellarische Übersichten sind dem Anhang 3 zu entnehmen. Eine

Zusammenstellung der Mittelwerte pro Sitz über alle Versuchspersonen enthält

die Tabelle 5.

Die komfortrelevanten Parameter variieren zwischen den einzelnen Sitzen, wobei

höhere Werte geringeren statischen Sitzkomfort repräsentieren. Besonders

niedrige Werte werden für den Sitz 1 (Beine ausgestreckt) erreicht, gefolgt von

Sitz 1 (Füße aufgesetzt) und Sitz 2. Auf dem Holzstuhl werden meist die

höchsten Werte erreicht, für die Parameter „Mittlerer Druck“ sowie die DB-

Komfortkennzahlen hat dieser Sitz ähnliche Werte wie der Sitz 2. Die

Standardabweichung pro Mittelwert ist für die zwei DB- Komfortkennzahlen

deutlich größer als für die anderen Parameter.

Mittlerer Druck auf der Sitzkontaktfläche

0

1

2

3

4

5

6

7


Dru

ck [

kPa]

Abb. 17: Mittelwert des Druckes an der Kontaktfläche Mensch / Sitz nach Gleichung 4. Angabe als Mittelwert über Wiederholungsmessungen und Standardabweichung. Höhere Werte bedeuten geringeren Sitzkomfort. Jede Säule steht für eine Versuchsperson. (Sitz 1/I = Füße aufgesetzt, Sitz 1/II = Beine ausgestreckt).

36

Maximaler Druck auf der Sitzkontaktfläche

0

5

10

15

20

25


Dru

ck [

kPa]

Abb. 18: Maximalwert des Druckes an der Kontaktfläche Mensch / Sitz nach Gleichung 5. Höhere Werte bedeuten geringeren Sitzkomfort. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

Mittlerer Druckgradient auf der Sitzkontaktfläche

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2


Dru

ckg

rad

ien

t [k

Pa/

cm]

Abb. 19: Mittelwert des Betrages des Druckgradienten der Druckverteilung an der Kontaktfläche Mensch / Sitz nach Gleichung 8. Höhere Werte bedeuten geringeren Sitzkomfort. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

Maximaler Druckgradient auf der Sitzkontaktfläche

0

1

2

3

4


Dru

ckg

rad

ien

t [k

Pa/

cm]

Abb. 20: Maximalwert des Betrages des Druckgradienten der Druckverteilung an der Kontaktfläche Mensch / Sitz nach Gleichung 8. Höhere Werte bedeuten geringeren Sitzkomfort. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

37

CV des Druckes auf der Sitzkontaktfläche

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2


Var

iati

on

sko

effi

zien

t

Abb. 21: Variationskoeffizient der Druckverteilung an der Kontaktfläche Mensch / Sitz nach Gleichung 9. Höhere Werte bedeuten geringeren Sitzkomfort. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

Komfortkennzahl DB (p0 = 40 mbar)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600


Ken

nza

hl

Abb. 22: Komfortkennzahl nach einem Patent von Daimler- Benz unter Annahme eines über die Sitzfläche konstanten Schwellenwertes für den Druck von 40 mbar, berechnet nach Gleichung 10. Höhere Werte bedeuten geringeren Sitzkomfort. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

Komfortkennzahl DB (p0 = 60 mbar)

0

100

200

300

400

500

600

700

800


Ken

nza

hl

Abb. 23: Komfortkennzahl nach einem Patent von Daimler- Benz unter Annahme eines über die Sitzfläche konstanten Schwellenwertes für den Druck von 60 mbar berechnet nach Gleichung 10. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

38

Tab. 5: Mittelwerte der komfortrelevanten Parameter über alle Versuchspersonen für drei unterschiedliche Sitze (Sitz 1 in zwei Sitzhaltungen). ∇p = Betrag des Druckgradienten. Sitz 1/I = Füße aufsetzt, Sitz 1/II = Beine ausgestreckt. Mittelwerte ± Standardabweichung.

Sitz Mittlerer

Druck [kPa]

Max. Druck [kPa]

Mittlerer ∇p

[kPa/cm]

Max. ∇p

[kPa/cm] CV

DB Komfort

(p0 = 40mbar)

DB Komfort

(p0 = 60mbar)

Holz-stuhl

4,5 ± 0,6

17,2 ± 2,6

0,92 ± 0,13

2,98 ± 0,43

0,97 ± 0,07

472 ± 283

230 ± 142

Sitz 1/I 3,4 ± 0,3

11,0 ± 1,6

0,55 ± 0,06

1,50 ± 0,20

0,75 ± 0,12

160 ± 72

59 ± 25

Sitz 1/II3,1 ± 0,8

7,8 ± 1,7

0,44 ± 0,05

1,25 ± 0,22

0,66 ± 0,09

109 ± 53

25 ± 25

Sitz 2 4,5 ± 0,6

14,7 ± 2,0

0,65 ± 0,08

1,96 ± 0,29

0,81 ± 0,05

507 ± 236

240 ± 120

Weitere Summenparameter

Die neben den komfortrelevanten Parametern aus der Sitzdruckverteilung

berechneten Größen, von denen vermutet wurde, sie besäßen einen Einfluss auf

die Wahrnehmung von Ganzkörpervibrationen, sind in den Abbildungen 24 bis

26 zu sehen. Zusätzliche tabellarische Darstellungen sind dem Anhang 4 zu

entnehmen. Eine Zusammenstellung der Mittelwerte pro Sitz über alle

Versuchspersonen enthält die Tabelle 6.

Die Kontaktfläche ist auf dem Holzstuhl wesentlich geringer als auf allen anderen

Sitzen. Auf dem Sitz 1 (Füße aufgesetzt) sowie dem Sitz 2 ist sie etwa gleich

groß. Am größten ist sie auf Sitz 2, falls die Versuchsperson die Beine beim

Sitzen ausstreckte.

Hinsichtlich der scheinbaren Masse auf der Sitzfläche ist eine kontinuierliche

Zunahme vom Holzstuhl über Sitz 1/I und Sitz 1/II zum Sitz 2 zu erkennen. Der

Anteil der errechneten Masse an der tatsächlichen Masse der Versuchspersonen

zeigt den gleichen Verlauf, er ist mit 78 % auf dem Sitz 2 fast doppelt so groß

wie auf dem Holzstuhl mit 41 %.

39

Belastete Sitzfläche (p > 0,1 kPa)

0

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400


Fläc

he

[cm

²]

Abb. 24: Größe der Kontaktfläche zwischen dem Sitzenden und dem Sitz nach Gleichung 11. Nur der Bereich des Gesäßes und der Unterschenkel wurde erfasst. Angabe als Mittelwert über Wiederholungsmessungen und Standardabweichung. Jede Säule steht für eine Versuchsperson. (Sitz 1/I = Füße aufgesetzt, Sitz 1/II = Beine ausgestreckt).

Scheinbare Masse auf der Sitzfläche

0

20

40

60

80

100


Mas

se [

kg]

Abb. 25: Scheinbare Masse auf der Sitzfläche als Produkt des mittleren Druckes und der Kontaktfläche nach Gleichung 12. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

Anteil scheinbarer Masse an Körpermasse

20

40

60

80

100


An

teil

[%]

Abb. 26: Verhältnis der scheinbaren Masse auf der Sitzfläche zum Körpergewicht der Versuchsperson. Jede Säule steht für eine Versuchsperson.

40

Tab. 6: Mittelwerte der Kontaktfläche, der scheinbaren Masse auf der Sitzfläche sowie des Anteiles an der Körpermasse über alle Versuchspersonen für drei unterschiedliche Sitze (Sitz 1 in zwei Sitzpositionen). ∇p = Betrag des Druckgradienten. Sitz 1/I = Füße aufsetzt, Sitz 1/II = Beine ausgestreckt. Mittelwerte ± Standardabweichung.

Sitz Kontaktfläche

[cm²] Masse auf Sitzfläche

[kg] Anteil an Körpermasse

[%] Holz-stuhl

664 ± 151

30,2 ± 8,4

41 ± 6

Sitz 1/I 1242 ± 476

45,8 ± 23,4

62 ± 17

Sitz 1/II 1726 ± 292

51,0 ± 12,5

69 ± 14

Sitz 2 1294 ± 191

59,1 ± 9,5

78 ± 8

Häufigkeitshistogramme

Die Ergebnisse der Einteilung in Druckbereichsklassen, die erfolgte, da ein

Zusammenhang zwischen dem Anteil der Druckwerteklassen an der

Kontaktfläche Mensch/Sitz und der Wahrnehmung von Vibrationen vermutet

wurde, seien an einigen Beispielen demonstriert, die in den Abbildungen 27 bis

29 gegeben sind; Es handelt sich um die zu den bereits abgebildeten

Sitzdruckverteilungen passenden Histogramme. Histogramme für alle

Versuchspersonen mit einer Einteilung in 7 (Holzstuhl), 13 (Sitz 1) bzw. 10 (Sitz 2)

Klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck der jeweiligen Messung

(personenabhängig) sind dem Anhang 5 zu entnehmen.

Bei allen Messungen, bei denen die Füße auf den Boden aufgesetzt wurden, ist

eine mehr oder minder deutliche Dominanz des unteren Druckbereiches zu

erkennen mit einer kontinuierlichen Abnahme zu höheren Druckwerten hin.

Diese Abnahme ist auf dem Sitz 1 weniger stark ausgeprägt als auf den anderen

Sitzen. Im Gegensatz dazu ist auf Sitz 1 (Beine ausgestreckt) eine recht

gleichmäßige Verteilung der Klassen zu ersehen.

In den Abbildungen 10 bis 12 sind vergleichend die Anteile der

unterschiedlichen Duckwerteklassen an der Gesamtfläche für die einzelnen

Versuchspersonen (innerhalb der Sitze sortiert nach steigendem Körpergewicht)

dargestellt. In Anhang 6 sind diese Daten für die Einteilung in 5 Klassen in

Tabellenform niedergelegt.

Abbildung 30 bestätigt die zuvor getätigten Aussagen einer mit zunehmendem

Druck immer geringer werdenden Klassenhäufigkeit, wobei wieder bei dem Sitz

1/I und besonders dem Sitz 1/II eine gleichmäßigere Verteilung der Klassen zu

diagnostizieren ist. Abbildung 31 spiegelt die Situation auf dem Holzstuhl wider,

in der die Klasse der geringsten Druckwerte den weitaus größten Anteil an der

gesamten Kontaktfläche einnimmt. Abbildung 32 zeigt die Verteilung der 10

Druckwerteklassen als Anteil der Kontaktfläche auf dem Fahrzeugsitz 2. Es

41

bestätigt sich die zuvor geäußerte Feststellung einer kontinuierlichen Abnahme

der Häufigkeit mit dem Druck.

Die Ergebnisse der Einteilung in absolute, also nicht an die Versuchsperson

angepasste Klassen sind in Anhang 7 dargestellt und sollen an dieser Stelle

nicht weiter behandelt werden.

Abb. 27: Häufigkeitshistogramme für die Versuchspersonen O2 und O7 auf dem Holzstuhl. Säulen kennzeichnen den Anteil der Klasse an der Gesamtfläche, die durchgezogene Linie markiert die kumulative Häufigkeit.

Abb. 28: Häufigkeitshistogramme für die Versuchsperson O8 auf dem Sitz 1, links wurden die Füße auf den Boden aufgesetzt, rechts die Beine ausgestreckt.

Abb. 29: Häufigkeitshistogramme für die Versuchspersonen 3 und 14 auf dem Fahrzeugsitz 2.

42

Anteil 5 rel. Druckklassen an der belasteten Fläche

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0


An

teil

an b

elas

tete

r Fl

äch

e

Abb. 30: Anteil der 5 Druckwerteklassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck für die jeweilige Messung (personenabhängig) an der Gesamtfläche für die einzelnen Versuchspersonen. Sitz 1/I = Füße aufsetzt, Sitz 1/II = Beine ausgestreckt. Innerhalb der Säulen von unten nach oben zunehmender Druck.


0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Holzstuhl

An

teil

an b

elas

tete

r Fl

äch

e

Abb. 31: Anteil der 7 Druckwerteklassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck für die jeweilige Messung (personenabhängig) an der Kontaktfläche für die einzelnen Versuchspersonen bei der Messung auf dem Holzstuhl.

43


0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Sitz 2

An

teil

an b

elas

tete

r Fl

äch

e

Abb. 32: Anteil der 10 Druckwerteklassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck für die jeweilige Messung (personenabhängig) an der Gesamtfläche für die einzelnen Versuchspersonen bei der Messung auf dem Fahrzeugsitz 2.

Statistische Auswertung

Korrelationsanalysen

Die Ergebnisse der Korrelationsanalysen, die ausgeführt wurden um zu prüfen,

ob ein Zusammenhang zwischen den Daten der Versuchspersonen, den psycho-

physikalischen Daten und den Parametern der Sitzdruckverteilung besteht,

gliedern sich in folgende Unterpunkte:

1. Korrelation der Versuchspersonendaten (Masse, Größe, BMI, Perzeptions-

und Unterschiedsschwelle) gegen die komfortrelevanten Parameter und die

weiteren Summenparameter „Scheinbare Masse auf Sitzfläche“ sowie

‚Kontaktfläche“ (→ Tabellen 7 bis 10).

2. Korrelation der Perzeptions- und Unterschiedsschwelle gegen Masse, Größe

und body mass index der Versuchspersonen (→ Tabellen 11 und 12).

3. Korrelation der Perzeptions- und Unterschiedsschwelle gegen die Anteile

der relativen (personenabhängigen) Druckwerteklassen („Histogramme“) an

der Kontaktfläche (→ Tabellen 13 bis 17).

4. Korrelation der Perzeptions- und Unterschiedsschwelle gegen die Anteile

der absoluten (personenunabhängigen) Druckwerteklassen an der

Kontaktfläche (→ Tabelle 18 und 19).

Die Korrelationsanalysen zeigen eine Reihe von statistischen Zusammenhängen

auf:

- Die Masse der Versuchspersonen und häufig auch ihr Quetelet- Index sind

mit der Größe der Kontaktfläche als auch der scheinbaren Masse auf dem

Sitz korreliert (→ Tabellen 7 bis 10).

44

- Die Masse der Versuchspersonen und ihr Quetelet- Index sind auf dem

Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 1 (Beine ausgestreckt) mit dem mittleren

Druck korreliert, auf letzteren Sitz auch mit dem mittleren Druckgradienten

und den DB- Komfortkennzahlen (→ Tabellen 7 und 9).

Auf dem Holzstuhl ist nur der Quetelet- Index mit den DB-

Komfortkennzahlen korreliert (→ Tabelle 7).

- Die Masse der Versuchspersonen und ihr Quetelet- Index sind auf dem

Holzstuhl und dem Sitz 1 (Füße aufgesetzt) negativ mit dem

Variationskoeffizienten korreliert, auf dem Sitz 1 gilt dies ebenfalls für die

Größe der Versuchsperson (→ Tabellen 7 und 8).

- Der Variationskoeffizient ist auf dem Holzstuhl negativ mit der

Perzeptionsschwelle bei 16 Hz korreliert (→ Tabelle 7).

- Bei einer Einteilung des Druckwertebereiches in 5 Klassen von 0,2 kPa bis

zum Maximalwert der jeweiligen Messung (versuchspersonenabhängig) ist

auf dem Holzstuhl der Anteil der Klasse mit den geringsten Drücken an der

Kontaktfläche negativ mit der Perzeptionsschwelle bei 16 Hz korreliert

(Tabelle 14), auf dem Fahrzeugsitz 2 dieselbe Klasse negativ mit der

Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz, allerdings nur für die

Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631 (Tabelle 15).

Bei einer Einteilung in 7 solcher Klassen existiert auf dem Holzstuhl eine

negative Korrelation der 1. Klasse mit der Perzeptionsschwelle bei 16 Hz, für

die 5. Klasse eine positive Korrelation mit derselben Perzeptionsschwelle

(Tabelle 16).

Für den Fahrzeugsitz 2 ergibt sich eine Korrelation der zweiten Klasse von 10

Klassen mit der Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz, diesmal unabhängig davon,

welcher der Beschleunigungspegel als Maß für die Perzeptionsschwelle

verwendet wurde (Tabelle 17).

In Anhang 8 sind die Flächen, deren Anteil an der Gesamtfläche mit einer

Perzeptionsschwelle korreliert ist, in Abbildungen der Druckverteilung

hervorgehoben. Wichtig ist hierbei anzumerken, dass für den Holzstuhl die 5.

von 7 Klassen, die positiv mit der Perzeptionsschwelle bei 16 Hz korreliert ist,

teilweise nur ein oder zwei Sensoren umfasste.

- Der Anteil der Flächen, die einen Druck von 17,5- 20 kPa aufweisen, an der

Kontaktfläche ist für den Fahrzeugsitz 2 negativ mit der Perzeptionsschwelle

bei 31,5 Hz korreliert, allerdings nur, falls der Gesamtbeschleunigungspegel

auf der Sitzfläche als Maß für die Perzeptionsschwelle gewählt wurde

(Tabelle 18).

Insbesondere bleibt festzuhalten, dass weder die Masse der Versuchspersonen,

ihre Körpergröße oder ihr Quetelet- Index noch die meisten der

45

Komfortkenngrößen mit einer Wahrnehmungs- oder Unterschiedsschwelle

korreliert sind (Ausnahme: Der Variationskoeffizient ist auf dem Holzstuhl mit

der Perzeptionsschwelle bei 16 Hz korreliert.). Dies gilt auch für die Größe der

Kontaktfläche und die scheinbare Masse auf der Sitzfläche.

Tab. 7: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten der Versuchspersonendaten gegen die Parameter der Sitzdruckverteilung für den Holzstuhl. ∇p = Betrag des Druckgradienten. CV = Variationskoeffizient. Perzeptionsschwelle aus-gedrückt als Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631 in dB. Signifikante Korrelationen sind durch * (α = 0,05) bzw. ** (α = 0,01) gekennzeichnet.

Größe Masse BMI Perz.schwelle

bei 16 Hz Perz.schwelle

bei 31,5 Hz Mittlerer Druck 0,52 0.68* 0.63* 0,49 -0,27

Max. Druck 0,00 0,14 0,22 0,11 -0,14 Mittlerer ∇p 0,00 0,00 0,00 0,25 -0,30

Max. ∇p -0,01 -0,08 -0,08 0,03 -0,04 CV -0,64* -0,76** -0,63* -0,65* 0,14

DB Komf. (p0=40mbar) 0,24 0,51 0.59* 0,18 -0,04 DB Komf. (p0=60mbar) 0,24 0,51 0.59* 0,17 -0,04

Kontaktfläche 0.61* 0.75** 0.69* 0,05 0,43 Scheinbare Masse 0.75** 0.96** 0.89** 0,29 0,20

Tab. 8: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten der Versuchspersonendaten gegen die Parameter der Sitzdruckverteilung für den Fahrzeugsitz 1 (Füße aufgesetzt).

Größe Masse BMI Mittlerer Druck -0,05 0,22 0,30

Max. Druck -0,78 -0,77 -0,67 Mittlerer ∇p -0,46 -0,36 -0,30

Max. ∇p -0,15 -0,07 -0,06 CV -0,73 -0,97** -0,93*

DB Komf. (p0=40mbar) 0,65 0,75 0,66 DB Komf. (p0=60mbar) 0,53 0,61 0,53

Kontaktfläche 0,81 0.93* 0,84 Scheinbare Masse 0,78 0.90* 0,81

Tab. 9: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten der Versuchspersonendaten gegen die Parameter der Sitzdruckverteilung für den Fahrzeugsitz 1 (Beine ausgestreckt).

Größe Masse BMI Mittlerer Druck 0,66 0.96** 0.95*

Max. Druck 0,79 0,79 0,65 Mittlerer ∇p 0,45 0.89* 0.96*

Max. ∇p 0,60 0,77 0,77 CV 0,45 0,16 -0,03

DB Komf. (p0=40mbar) 0,55 0.92* 0.96**DB Komf. (p0=60mbar) 0,74 0.95* 0.90*

Kontaktfläche -0,19 -0,29 -0,23 Scheinbare Masse 0,14 0,43 0,55

46

Tab. 10 Teil 1: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten der Versuchspersonen-daten gegen die Parameter der Sitzdruckverteilung für den Fahrzeugsitz 2.

Größe Masse BMI JNDL bei 31,5 Hz Mittlerer Druck 0,32 0,37 0,27 -0,22

Max. Druck 0,00 -0,01 -0,04 0,23 Mittlerer ∇p 0,01 -0,15 -0,22 0,16

Max. ∇p -0,21 -0,20 -0,15 0,36 CV -0,48 -0,42 -0,22 0,32

DB Komf. (p0=40mbar) 0,23 0,34 0,30 -0,15 DB Komf. (p0=60mbar) 0,23 0,33 0,29 -0,15

Kontaktfläche 0,17 0.64** 0.76** -0,15 Scheinbare Masse 0,38 0.80** 0.82** -0,29

Tab. 11 Teil 2: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten der Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen an den angegebenen Messpositionen gegen die Parameter der Sitzdruckverteilung für den Fahrzeugsitz 2.

Sitzfläche (z) Sitzfläche (Ges.) Gesamtbeschl. ISO 2631 16 Hz 31,5 Hz 16 Hz 31,5 Hz 16 Hz 31,5 Hz

Mittlerer Druck -0,15 0,06 -0,05 0,10 -0,06 0,22 Max. Druck -0,30 -0,15 -0,23 -0,20 -0,24 -0,13

Mittlerer ∇p -0,16 -0,04 -0,01 0,02 0,04 0,14 Max. ∇p -0,26 -0,26 -0,10 -0,32 -0,08 -0,27

CV -0,28 -0,18 -0,26 -0,27 -0,27 -0,44 DB Komf.

(p0=40mbar) -0,22 -0,17 -0,14 -0,19 -0,18 -0,13

DB Komf. (p0=60mbar) -0,21 -0,17 -0,13 -0,19 -0,18 -0,13

Kontaktfläche 0,06 0,00 -0,11 -0,02 -0,20 -0,16 Scheinbare

Masse -0,06 0,04 -0,12 0,05 -0,21 0,04

Tab. 12: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten vom Masse, Größe und BMI (body mass index) der Versuchspersonen gegen ihre Perzeptionsschwelle (Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631) bei 16 Hz und 31,5 Hz auf dem Holzstuhl.

Größe Masse BMI Perz.schwelle bei 16 Hz 0,48 0,25 0,05

Perz.schwelle bei 31,5 Hz 0,60 0,19 -0,11

Tab. 13: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten vom Masse, Größe und BMI (body mass index) der Versuchspersonen gegen ihre Perzeptions- und Unterschiedsschwelle (JNDL) auf dem Fahrzeugsitz 2.

Größe Masse BMI JNDL bei 31,5 Hz -0,35 -0,42 -0,38

16 Hz 0,15 -0,06 -0,17 Perz.schwelle, Sitzfläche z- Beschleunigung 31,5 Hz 0,01 0,07 0,06

16 Hz 0,16 -0,11 -0,25 Perz.schwelle, Sitzfläche Gesamtbeschleunigung 31,5 Hz -0,01 0,07 0,08

16 Hz 0,12 -0,17 -0,31 Perz.schwelle, Gesamt-beschleunigung nach ISO 2631 31,5 Hz 0,13 0,18 0,12

47

Tab. 14: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten des Anteils von 5 Druckwerte-klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck der jeweiligen Messung an der Kontaktfläche gegen die Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen bei 16 Hz und 31,5 Hz (Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631) auf dem Holzstuhl. Klasse 1 ist die Klasse mit den niedrigsten Druckwerten.

Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5Perz.schwelle bei 16 Hz -0.71* 0,28 0,14 0,58 0,02

Perz.schwelle bei 31,5 Hz 0,01 0,13 -0,06 0,28 -0,42

Tab. 15: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten des Anteils von 5 Druckwerte-klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck der jeweiligen Messung an der Kontaktfläche gegen die Unterschieds- sowie Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen bei 16 Hz und 31,5 Hz auf dem Fahrzeugsitz 2.

Kl. 1 Kl. 2 Kl. 3 Kl. 4 Kl. 5 JNDL bei 31,5 Hz -0,04 0,29 0,12 -0,11 -0,27

16 Hz -0,30 -0,05 0,02 0,20 0,24 Perz.schwelle, Sitzfläche z- Beschleunigung 31,5 Hz -0,29 0,15 0,02 0,15 0,02

16 Hz -0,28 -0,10 -0,09 0,25 0,34 Perz.schwelle, Sitzfläche Gesamtbeschleunigung 31,5 Hz -0,40 0,14 0,03 0,24 0,09

16 Hz -0,31 -0,03 -0,12 0,22 0,36 Perz.schwelle, Gesamt-beschleunigung nach ISO 2631 31,5 Hz -0,52* 0,08 0,18 0,27 0,13

Tab. 16: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten des Anteils von 7 Druckwerte-klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck der jeweiligen Messung an der Kontaktfläche gegen die Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen bei 16 Hz und 31,5 Hz (Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631) auf dem Holzstuhl. Klasse 1 ist die Klasse mit den niedrigsten Druckwerten.

Kl. 1 Kl. 2 Kl. 3 Kl. 4 Kl. 5 Kl. 6 Kl. 7 Perz.schwelle bei 16 Hz -0,64* -0,21 0,29 -0,11 0,81** 0,34 -0,05

Perz.schwelle bei 31,5 Hz 0,08 0,21 -0,25 0,06 -0,01 -0,02 -0,41

Tab. 17: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten des Anteils von 10 Druckwerte-klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck der jeweiligen Messung an der Kontaktfläche gegen die Unterschieds- sowie Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen bei 16 Hz und 31,5 Hz auf dem Fahrzeugsitz 2.

Kl. 1 Kl. 2 Kl. 3 Kl. 4 Kl. 5 JNDL bei 31,5 Hz 0,04 -0,16 0,27 0,22 -0,13

16 Hz -0,44 0,17 -0,14 0,06 0,22 Perz.schwelle, Sitzfläche z- Beschleunigung 31,5 Hz -0,01 -0,53* 0,11 0,12 -0,23

16 Hz -0,40 0,13 -0,16 0,00 0,15 Perz.schwelle, Sitzfläche Gesamtbeschleunigung 31,5 Hz -0,09 -0,61* 0,02 0,19 -0,19

16 Hz -0,39 0,05 -0,12 0,09 0,15 Perz.schwelle, Gesamt-beschleunigung nach ISO 2631 31,5 Hz -0,16 -0,73** -0,02 0,19 -0,01

Kl. 6 Kl. 7 Kl. 8 Kl. 9 Kl. 10JNDL bei 31,5 Hz 0,04 0,26 -0,07 -0,19 -0,22

16 Hz -0,13 0,28 0,12 0,15 0,22 Perz.schwelle, Sitzfläche z- Beschleunigung 31,5 Hz 0,11 0,07 0,20 0,23 -0,04

16 Hz -0,19 0,16 0,21 0,21 0,33 Perz.schwelle, Sitzfläche Gesamtbeschleunigung 31,5 Hz 0,03 0,18 0,28 0,30 0,05

16 Hz -0,22 0,10 0,19 0,21 0,38 Perz.schwelle, Gesamt-beschleunigung nach ISO 2631 31,5 Hz 0,20 0,19 0,30 0,24 0,15

48

Tab. 18: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten des Anteils von 8 Druckwerte-klassen im Bereich 0,2 kPa bis 20,0 kPa an der Kontaktfläche gegen die Unterschieds- und Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen auf dem Fahrzeugsitz 2.

Druckbereich in kPa 0,2-2,5 2,5-5 5-7,5 7,5-10

JNDL bei 31,5 Hz -0,06 0,25 -0,09 0,10 16 Hz -0,04 0,11 0,21 0,29 Perz.schwelle, Sitzfläche z-

Beschleunigung 31,5 Hz -0,10 -0,06 -0,01 0,03 16 Hz -0,08 0,07 0,11 0,24 Perz.schwelle, Sitzfläche

Gesamtbeschleunigung 31,5 Hz -0,21 -0,04 0,08 0,09 16 Hz -0,11 0,13 0,16 0,20 Perz.schwelle, Gesamt-

beschleunigung nach ISO 2631 31,5 Hz -0,48 0,01 0,20 0,22 10-12,5 12,5-15 15-17,5 17,5-20

JNDL bei 31,5 Hz -0,01 -0,08 -0,16 0,04 16 Hz -0,22 -0,21 -0,20 -0,01 Perz.schwelle, Sitzfläche z-

Beschleunigung 31,5 Hz 0,22 -0,05 -0,11 -0,41 16 Hz -0,14 -0,09 -0,07 -0,02 Perz.schwelle, Sitzfläche

Gesamtbeschleunigung 31,5 Hz 0,21 -0,02 -0,09 -0,51* 16 Hz -0,17 -0,10 -0,05 -0,08 Perz.schwelle, Gesamt-

beschleunigung nach ISO 2631 31,5 Hz 0,21 0,04 -0,04 -0,47 Tab. 19: Pearson´sche Korrelationskoeffizienten des Anteils von 7 Druckwerte-klassen im Bereich 0,2 kPa bis 24,5 kPa an der Kontaktfläche gegen die Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen bei 16 Hz und 31,5 Hz (Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631) auf dem Holzstuhl.

Druckbereich in kPa

0,2-3.5

3,5- 7

7- 10,5

10,5-14

14-17,5

17,5-21

21-24,5

Perz.schwelle bei 16 Hz -0,51 -0,03 0,28 0,19 0,49 0,27 -0,47 Perz.schwelle bei 31,5 Hz 0,34 -0,09 0,17 -0,35 -0,21 -0,10 0,06

Vergleich der verwendeten Sitze

Es wurde eine statistische Analyse (Mann-Whitney-U Test) durchgeführt um zu

überprüfen, ob

1. Die Versuchspersonenkollektive für die einzelnen Sitze in Masse und

Körpergröße vergleichbar waren.

2. Systematische Unterschiede in den Parametern der Sitzduckverteilung und

den Perzeptions- sowie Unterschiedsschwelle zwischen den Sitzen

bestanden.

In Tabelle 20 sind die Ergebnisse des Mann-Whitney-U Tests (zweiseitig) für die

Masse, Größe und den Quetelet- Index der Versuchspersonen dargestellt. Man

erkennt, dass für alle diese Maße die Erwartungswerte für die Versuchs-

personenkollektive auf den drei Sitzen als gleich anzusehen sind.

In Tabelle 21 sind die Resultate des Tests für die sieben komfortrelevanten

Parameter der Sitzdruckverteilung aufgelistet. Für die meisten Parameter

existiert ein Unterschied im Erwartungswert für die unterschiedlichen Sitze /

Sitzhaltungen. Für die Größen „Mittlerer Druck“ und „DB Komfortkennzahl mit

p0 = 40 mbar“ ist kein Unterschied zwischen dem Holzstuhl und Sitz 2 sowie den

49

beiden Sitzhaltungen auf Sitz 1 zu erkennen. Auch für den maximalen Betrag des

Druckgradienten ist kein Unterschied im Erwartungswert zwischen den

Sitzhaltungen zu erkennen. Kein signifikanter Unterschied besteht zwischen dem

Holzstuhl und dem Sitz 2 in Bezug auf die DB Komfortkennzahl mit p0 = 60 mbar.

Letztendlich ergibt sich kein signifikanter Unterschied für den

Variationskoeffizienten zwischen dem Sitz 1 (Füße aufgesetzt) und Sitz 2.

Tabelle 22 gibt die Ergebnisse des Mann-Whitney-U Tests für die Parameter

„Kontaktfläche“ und „Scheinbare Masse auf der Sitzfläche“ wieder. Außer in

einem Fall sind diese Größen für die drei Sitze (Sitz 1 in zwei Sitzhaltungen)

verschieden.

In Tabelle 23 wurden die Anteile der 5 Druckbereichsklassen von 0,2 kPa bis zum

Maximaldruck der Messung (personenabhängig) an der Kontaktfläche

miteinander verglichen. Für die Klassen 1, 3 und 5 besteht ein signifikanter

Unterschied zwischen dem Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz 2, für die beiden

anderen Klassen nicht.

Tabelle 24 stellt die Ergebnisse des Tests angewandt auf die

Perzeptionsschwellen dar. Die Perzeptionsschwellen auf dem Holzstuhl und dem

Fahrzeugsitz 2 sind unabhängig von der Messposition signifikant voneinander

verschieden.

Tab. 20: Signifikanz des Mann-Whitney-U Tests für die Masse, Größe und den Quetelet- Index (BMI) der Versuchspersonen auf den drei Sitzen. Bei einer Signifikanz kleiner 0,05 ist die Annahme der Gleichheit der Erwartungswerte zu verwerfen.

Masse Größe BMI Holzstuhl zu Sitz 1 1,00 0,42 0,92 Holzstuhl zu Sitz 2 1,00 0,42 0,92

Sitz 1 zu Sitz 2 0,40 0,62 0,34

Tab. 21: Signifikanz des Mann-Whitney-U Tests für die sieben komfortrelevanten Parameter der Sitzdruckverteilung auf den drei Sitzen. Der Stern (*) markiert Größen mit ungleichem Erwartungswert (α = 0,05). ∇p = Betrag des Druckgradienten. CV = Variationskoeffizient. Sitz 1/I: Füße aufgesetzt, Sitz 1/II: Beine ausgestreckt.

Mittl. Druck

Max. Druck

Mittl. ∇p

Max. ∇p

CV DB Komf.

p0=40mbar DB Komf.

p0=60mbarHolzstuhl

zu Sitz 1/I 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00*

Holzstuhl zu

Sitz 1/II

0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00*

Holzstuhl zu

Sitz 2

0,64 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,56 0,80

Sitz 1/I zu Sitz 1/II

0,10 0,00* 0,00* 0,11 0,00* 0,32 0,02*

Sitz 1/I zu Sitz

2 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,27 0,00* 0,00*

Sitz 1/II zu

Sitz 2

0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00*

50

Tab. 22: Signifikanz des Mann-Whitney-U Tests für die Kontaktfläche und die scheinbare Masse auf der Sitzfläche für die drei Sitze. Der Stern (*) markiert Größen mit ungleichem Erwartungswert (α = 0,05). Sitz 1/I: Füße aufgesetzt, Sitz 1/II: Beine ausgestreckt.

Kontaktfläche Scheinbare Masse Holzstuhl zu Sitz 1/I 0,00* 0,03* Holzstuhl zu Sitz 1/II 0,00* 0,00* Holzstuhl zu Sitz 2 0,00* 0,00*

Sitz 1/I zu Sitz 1/II 0,00* 0,00* Sitz 1/I zu Sitz 2 0,00* 0,00* Sitz 1/II zu Sitz 2 0,00* 0,55

Tab. 23: Signifikanz des Mann-Whitney-U Tests, angewandet auf die Anteile von 5 Druckbereichsklassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck der Messung (personenabhängig) an der Kontaktfläche . Der Stern (*) markiert Größen mit ungleichem Erwartungswert (α = 0,05).

Holzstuhl zu Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5 Sitz 2 0,00* 0,19 0,00* 0,00* 0,47

Tab. 24: Signifikanz des Mann-Whitney-U Tests, angewandet auf die Perzeptionsschwellen bei 16 Hz und 31,5 Hz. Der Stern (*) markiert Größen mit ungleichem Erwartungswert (α = 0,05).

Sitzfläche (z) Sitzfläche (Ges.) Gesamtbeschl. ISO 2631Holzstuhl zu 16 Hz 31,5 Hz 16 Hz 31,5 Hz 16 Hz 31,5 Hz

Sitz 2 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00* 0,00*

51

Diskussion

Die Interpretation dieses recht umfangreichen Datenmaterials erfordert es

zunächst, sein Augenmerk auf die Daten zu richten, die einem Rückschlüsse auf

die Zuverlässigkeit der Datenerfassung, insbesondere die Eignung des

Meßsystems und des Messverfahrens, erlauben.

Im gegebenen Fall fällt zunächst auf, dass die Sensordaten einen Trend – eine

zeitabhängige Änderung des Mittelwertes – aufweisen. Zur Erklärung kommt

einerseits eine Veränderung des real auftretenden Druckes in Frage, wie sie

durch eine Verdichtung des Sitzmaterials (Polyurethanschaum) bedingt sein

könnte, andererseits eine Sensordrift als nachteilige Eigenschaft der

eingesetzten Drucksensoren handelt. Die Erklärung einer Verdichtung des

Sitzmaterials muss jedoch abgelehnt werden, da der Trend in vergleichbarem,

wenn nicht größerem Maße auch auf dem unnachgiebigen Holzstuhl auftrat. In

Frage kommen daher eine Abnahme des Sensorwiderstandes durch Erwärmung

und/oder durch den einwirkenden Druck, beide Phänomene sind für

druckempfindliche Farben bekannt [Tekscan 1998]. Die Tatsache, dass die Größe

des Trends positiv mit dem mittleren Druck auf dem Sensor korreliert ist lässt

vermuten, dass es sich um Drift durch Druckbelastung handelt. Der

Alternativbegründung, dass höherbelastete Sensoren besseren Kontakt zum

menschlichen Körper haben und sich daher stärker erwärmen kann nicht

entsprochen werden, da einerseits die Sensoren durch die Kleidung der

Versuchsperson und die äußere Hülle der Messmatte aus einem Cordstoff gut

isoliert sind und weiterhin keine systematische Abnahme des Trends innerhalb

zeitlich nacheinanderliegender Messungen zu beobachten war.

Da ein linearer Anstieg der Messwerte zu beobachten war kann nicht gesagt

werden, wann eine Stabilisierung des Messwertes eintreten wird. Die in

manchen Fällen festzustellende Abnahme des Anstiegs zum Ende der Messung

hin lässt aber vermuten, dass eine wenig längere Messzeit zur Stabilisierung der

Werte geführt hätte (Für druckempfindliche Farben ist ein logarithmischer

Zusammenhang zwischen der Drift und der Zeit bekannt [Tekscan 1998]). Daher

ist zu empfehlen, bei zukünftigen Messungen die Versuchsperson eine Zeit von

ca. fünf Minuten vor der Messung auf dem Sitz verbringen zu lassen. Insgesamt

wird der durch die ungenaue Korrektur der Drift verursachte Fehler als gering

eingestuft.

Wesentlich kritischer ist die Frage nach der Richtigkeit der absoluten Druckwerte.

Eine grobe Abschätzung bietet die Größe „Verhältnis der scheinbaren Masse auf

der Kontaktfläche zur Körpermasse der Versuchsperson“ in der Tabelle 6, dieser

Wert betrug bei Messungen von [Palfy 2001] auf einem weichen Sitz 80 – 90 %.

52

Vor allem auf dem Holzstuhl ist dieser Wert deutlich unterschritten. Die

Richtigkeit der Berechnung wurde Vorsorglicherweise mittels der vom Hersteller

mitgelieferten Software überprüft, die ebenfalls die scheinbare Masse auf der

Messfläche berechnen kann. Während sich der etwas geringere Wert auf den

Fahrzeugsitzen durchaus durch Unterschiede in der Geometrie der Sitze (etwa

eine unterschiedliche Höhe der Sitzfläche über dem Boden und eine

unterschiedliche Neigung dieser) gegenüber dem von [Palfy 2001] verwendeten

erklären lässt ist dies für den Holzstuhl nicht möglich. Es ist nicht einsichtig,

wohin die Versuchsperson mehr als die Hälfte ihrer Masse verlagert haben soll,

zumal die fast senkrechte Lehne keinen Halt bietet, es muss das Meßsystem als

Ursache angenommen werden.

Es kommt insbesondere eine Überschreitung des zulässigen (linearen)

Druckbereiches in Frage (der leider vom Hersteller nicht angegeben wurde) oder

ein konstruktionsbedingtes Problem der Messung auf harten Unterlagen.

Beispielsweise könnten die Lötpunkte an den Sensoren, die naturgemäß dicker

als der Sensor selbst sind, einen Teil der einwirkenden Kraft aufgenommen

haben. Diese Probleme sind als schwerwiegender als die Sensordrift

einzustufen, daher sollte im nachfolgenden stets bedacht werden, dass

hinsichtlich der Sitzdruckverteilung auf dem Holzstuhl mit systematisch zu

niedrigen Werten, insbesondere im Bereich der hohen Drücke, zu rechnen ist.

Als nächstes seinen die Parameter des statischen Sitzkomforts betrachtet, um

einen Vergleich dieser Werte mit den subjektiven Einschätzungen des

Sitzkomforts durch die von [Daimler- Benz 1998] gegebenen qualitativen

Merkmale einer optimalen Sitzdruckverteilung durchzuführen.

Für die meisten Kennwerte besteht ein signifikanter Unterschied zwischen den

drei Sitzen (Sitz 1 in zwei Sitzhaltungen), wobei eine Zunahme der

komfortrelevanten Parameter, also eine Verschlechterung des Sitzkomforts, in

der Reihenfolge Sitz 1, Sitz 2 und Holzstuhl zu verzeichnen ist. Für die Parameter

„Mittlerer Druck“ sowie die Daimler- Benz Komfortkennzahlen kann davon

ausgegangen werden, dass diese unter Berücksichtigung der zuvor für die

Messung der Druckverteilung auf harten Unterlagen genannten Probleme höher

ausgefallen wären und daher der Holzstuhl stets der unbequemste Sitz wäre.

Die gefundene Komfortreihenfolge kann als zutreffend angesehen werden, da

ein Holzstuhl sicherlich von den meisten Menschen als wesentlich

unkomfortabler als ein Fahrzeugsitz empfunden wird. Auch die bessere

Bewertung des Sitzes 1 wird zutreffend sein, da dieser weicher als Sitz 2 war,

aber nicht so weich, dass schwere Personen ihn „durchsaßen“.

Nicht verständlich ist hingegeben die Beurteilung des Sitzes 1 in der Sitzhaltung

„Beine ausgestreckt“ als besonders bequem. Die Sitzdruckverteilung in dieser

Sitzhaltung widerspricht eklatant den Vorstellungen über eine optimale

53

Sitzdruckverteilung [Daimler- Benz 1998], da hier ein hoher Druck unter den

Oberschenkel auftritt. Diese Fehlbewertung macht ein Problem mit den

verwendeten Kenngrößen deutlich: Sie unterscheiden nicht oder nur in

ungenügendem Maße nach einzelnen Bereichen der Druckverteilung (Die

Daimler- Benz Komfortkennzahlen verwenden für die Unterschenkel den

gleichen Schwellenwert von 40 mbar wie für das Gesäß mit Ausnahme der

Sitzbeinhöcker).

Eine wichtige Erkenntnis der Untersuchung ist, dass der Sitzkomfort gemessen

an den sieben gewählten Parametern nicht systematisch von der Masse, Größe

oder dem Quetelet- Index der Versuchspersonen abhängt. Zwar existiert auf

dem Holzstuhl eine negative Korrelation dieser Größen mit dem

Variationskoeffizient, aber andererseits eine positive mit dem mittleren Druck.

Daher ist zu schlussfolgern, dass ein hoher oder niedriger Sitzkomfort in erster

Linie eine Eigenschaft des Sitzes ist, die für eine große Bandbreite an

Versuchspersonen konstant ist.

Der wichtigste Teil dieser Untersuchung ist die Bewertung des

Zusammenhanges zwischen Parametern der Sitzdruckverteilung und den

Perzeptions- sowie Unterschiedsschwellen.

Nur für einen komfortrelevanten Parameter, dem Variationskoeffizienten,

existiert eine Korrelation mit der Perzeptionsschwelle bei 16 Hz, und zwar

ausschließlich auf dem Holzstuhl. Es kann somit angenommen werden, dass

kein Zusammenhang zwischen dem statischen Sitzkomfort (Teilaspekt

Sitzdruckverteilung) und der Wahrnehmung von Vibrationen besteht.

Auch sind die gegebenen Wahrnehmungs- und Unterschiedsschwellen nicht von

Alter, Größe und Quetelet- Index der Versuchpersonen abhängig, es sind daher

Eigenschaften der Menschen an sich.

Auf der andere Seite ist ein Zusammenhang der Perzeptionsschwellen bei 16 Hz

(Holzstuhl) bzw. 31,5 Hz (Sitz 2) mit dem Anteil einer bestimmten

Druckbereichsklasse an der gesamten Kontaktfläche gegeben. Für beide Sitze ist

eine negative Korrelation der ersten Klasse (niedrigste Drücke) von fünf Klassen

im Bereich 0,2 kPa bis zum personenabhängigen Maximaldruck der Messung mit

einer Perzeptionsschwelle vorhanden.

Dieses ist durchaus plausibel, sofern man davon ausgeht, dass die

Wahrnehmung der angebotenen schwachen niederfrequenten Vibrationen

vorwiegend über Sensoren in der Haut stattfindet. Die mit wenig Druck

belasteten Hautbereiche besitzen eine deutlich geringere Härte als die durch

hohen Druck stark verdichteten. Folglich bewirken eingebrachte Vibrationen hier

große Schwingungsamplituden, während die verdichteten Bereiche sich mehr

wie ein starrer Körper verhalten und die Vibrationen – etwa in das Skelett -

54

weiterleiten. Eine gleichhohe Vibration wird somit in den wenig belasteten

Bereichen eine höhere Empfindung auslösen als in den stärker belasteten.

Als weitere / ergänzende Erklärung bietet sich die Annahme an, die

Mechanorezeptoren könnten angesichts eines auf sie wirkenden hohen

statischen Druckes die im Vergleich hierzu sehr geringen Druckänderungen

durch die angebotenen Vibrationen nicht mehr detektieren, da sie bereits

vollständig erregt sind. Wäre im Gegensatz dazu die Weiterleitung von

Vibrationen über das Skelett ein ausschlaggebender Faktor in der Perzeption

schwacher Vibrationen wäre eine negative Korrelation des Anteils der hohen

Druckwerteklassen an der Gesamtfläche zu erwarten, die jedoch in keinem Fall

auftritt (Die positive Korrelation der 5. Klasse von 7 auf dem Holzstuhl mit der

Perzeptionsschwelle bei 16 Hz kann als statistisches Artefakt angesehen werden,

da die zugehörige absolute Fläche teilweise nur einen oder zwei Sensoren

umfasste).

Die Tatsache, dass auf dem Fahrzeugsitz 2 eine bessere Korrelation mit der

Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz erzielt wird, falls man statt der gesamten ersten

(untersten) Klasse von 5 Druckwerteklassen nur deren obere Hälfte verwendet

präzisiert das Bild: Offensichtlich ist auf weichen Sitzen ein gewisser

Mindestanpressdruck erforderlich, da sonst aufgrund der Polsterung ein zu

geringer Energiebetrag in das Gewebe eingeleitet wird.

Die bisher gemachten Überlegungen bleiben jedoch einige Antworten schuldig:

Auf der einen Seite sind hiermit die signifikante höheren Perzeptionsschwellen

auf dem Holzstuhl nicht zu erklären, da auf diesem Stuhl der Anteil der soeben

charakterisierten Flächen mit niedrigem Druck signifikant höher ist als auf dem

Sitz 2. Es muss daher vermutet werden, dass hinsichtlich der

Vibrationswahrnehmung auch ein qualitativer Unterschied zwischen einem

starren und einem weichen Sitz besteht.

In Frage kommen hier insbesondere die unterschiedlichen Einleitungs-

richtungen; Beide Sitze wurden in vertikaler (z-) Richtung angeregt, jedoch treten

auf dem nachgiebigen Fahrzeugsitz auch nennenswerte Vibrationspegel in hori-

zontaler (x-, y-) Richtung auf, die auf dem Holzstuhl nicht vorhanden sind. Diese

Vibrationskomponenten könnten auf dem weichen Sitz über die Rückenlehne in

den Körper eingeleitet werden und zur Wahrnehmung beitragen.

Auf der anderen Seite wurde für die Perzeptionsschwellen stets nur ein Wert für

die Sitzfläche angegeben, obwohl man sich nicht sicher sein kann, dass überall

auf der Fläche die gleichen Vibrationspegel auftreten. Auf dem weichen Sitz,

dessen Sitzpolster eine beträchtliche Höhe besitzt, sind andere

Verteilungsmuster als die Gleichverteilung denkbar. Es kann aus dieser

Untersuchung nicht zweifelsfrei geschlussfolgert werden, ob die Flächen

geringen Anpressdruckes sensibler sind oder einfach stärker erregt werden,

55

allerdings spricht die Tatsache, dass der Befund höherer Sensibilität auch auf

dem Holzstuhl mit seiner inhärent gleichmäßigen Vibrationsverteilung gefunden

wurde, eher für diese These.

Abschließend bleibt anzumerken, dass die Verwendung von Druckwerteklassen

fester, also personenunabhängiger Breite nur in einem Fall zu einer Korrelation

mit der Perzeptionsschwelle führte. Die persönlichen Eigenschaften der

Versuchspersonen dürfen also nicht vollkommen außer acht gelassen werden,

möglicherweise handelt es sich hierbei sogar um eine Anpassung der

Rezeptorenempfindlichkeit oder –dichte an anatomische Merkmale.

Fassen wir die wesentlichen Aussagen zusammen:

1. Das verwendete Meßsystem GeBioM SoftMess weist eine druckabhängige

Sensordrift auf, daher sollte für zukünftige Untersuchungen die Messzeit zu

einer Stabilisierung der Messwerte auf circa fünf Minuten vergrößert

werden.

2. Das Meßsystem ermittelt auf harten Oberflächen systematisch zu niedrige

Druckwerte und sollte hier nicht oder nur mit einer (dünnen) weichen

Unterlage eingesetzt werden.

3. Die verwendeten komfortrelevanten Parameter sind im Regelfall geeignet die

Komfortunterschiede zwischen den drei verschiedenen Sitzen zu

beschreiben. Leider unterscheiden sie nicht oder nur ungenügend noch

einzelnen Körperpartien und geben in dieser Untersuchung

Komfortänderungen durch Änderung der Sitzhaltung fehlerhaft wieder.

4. Perzeptions- und Unterschiedsschwellen sind nicht abhängig von den

gewählten komfortrelevanten Parameter sowie der Größe der Kontaktfläche

oder der scheinbaren Masse auf der Sitzfläche. Auch sind die unabhängig

von Größe, Masse und Quetelet- Index der Versuchspersonen.

5. Die Perzeptionsschwelle bei 16 Hz (Holzstuhl) und 31,5 Hz (Sitz 2) sind

abhängig vom Anteil der Flächen, die nur mit einem geringen statischen

Druck beaufschlagt sind, an der gesamten Kontaktfläche. Dies ist auf die

höhere Sensibilität dieser Flächen gegenüber Vibrationen zurückzuführen.

6. Die signifikanten Unterschiede in den Perzeptionsschwellen auf dem

Holzstuhl und dem Fahrzeugsitz lassen sich nur durch einen qualitativen

Unterschied in der Vibrationswahrnehmung bzw. –weiterleitung auf den

beiden Sitztypen erklären.

56

Ausblick

Die in der Diskussion aufkommenden Fragen und Probleme machen es bereits

deutlich: Es besteht weiterer Forschungsbedarf.

Zunächst betrifft dies die Seite der Meßsysteme, hier wäre ein umfassender

Vergleichstest der angebotenen Produkte wünschenswert, im Besonderen auf

ihre Eignung für die Messung auf harten Unterlagen. Eine solche Untersuchung

konnte in der vorliegenden Diplomarbeit leider nicht ausgeführt werden, da das

Meßsystem nur für eine kurze Zeit zur Verfügung stand.

Des weiteren sind Forschungen hinsichtlich zuverlässiger Komfortparameter der

Sitzdruckverteilung notwendig, da die in dieser Untersuchung gewählten

Parameter zwar eine grobe Orientierung vermitteln aber dennoch zu unsensitiv

auf Einflüsse wie die Körperhaltung reagieren.

Mit zuverlässigen Meßsystemen und zuverlässigen Komfortparametern ist eine

Ausdehnung dieser Untersuchung sinnvoll, da die verwendete Zahl an

Versuchspersonen und Sitzen kein ausreichendes Maß an statistischer

Sicherheit bietet. Insbesondere wäre es sinnvoll, ein konstantes

Versuchspersonenkollektiv auf mehreren Sitz zu „vermessen“, da erst in diesem

Fall eine vollständige Trennung der Einflussfaktoren „Versuchsperson“ und

„Sitz“ in Hinbezug auf die psychophysikalischen als auch komfortrelevanten

Parameter möglich ist.

Letztendlich ist eine Messung der Vibrationsverteilung auf Sitzen erforderlich, da

sonst nicht sicher entschieden werden kann, ob es sich bei der Korrelation

zwischen der Perzeptionsschwelle und dem Anteil geringbelasteter Flächen an

der Kontaktfläche um eine höhere Sensitivität oder eine höhere Anregung

handelt. Versuche, dynamische Messungen der Sitzdruckverteilung auszuführen

wurden bereits getätigt [Boileau 1999], jedoch wurden hier im Vergleich zu dem

Perzeptionsschwellen hohe Vibrationspegel von 120 dB und mehr im

Frequenzbereich 1 Hz bis 10 Hz verwendet. Hierbei spielen wiederum technische

Aspekte eine Rolle, denn zur Zeit ist kein Druckverteilungsmeßsystem verfügbar,

das in der Lage wäre derart geringe Vibrationspegel zu erfassen. Auch

Alternativlösungen wie Messmatten mit Beschleunigungsaufnehmern sind

bislang nicht absehbar.

57

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59

Anhang

Anhang 1: Graphische Darstellungen der Sitzdruckverteilung

Abb. 33- 45: Darstellungen der Sitzdruckverteilung auf dem Holzstuhl für die Versuchspersonen O1 bis O13. Zahlenangaben kennzeichnen Abmessungen in mm. Die auftretenden Druckwerte sind auf einer Farbskala von weiß nach schwarz kodiert, es wurde für alle Messungen die volle Farbskala ausgenutzt. Das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung.

60

61

Abb. 46- 50: Darstellungen der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 1 für die Versuchspersonen O2, O8, O9, O10 und O14 in der Sitzhaltung „Füße aufgesetzt“. Die auftretenden Druckwerte sind auf einer Farbskala von weiß nach schwarz kodiert, es wurde für alle Messungen die volle Farbskala ausgenutzt. Das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung.

62

Abb. 51- 55: Darstellungen der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 1 für die Versuchspersonen O2, O8, O9, O10 und O14 in der Sitzhaltung „Beine ausgestreckt“. Die auftretenden Druckwerte sind auf einer Farbskala von weiß nach schwarz kodiert, es wurde für alle Messungen die volle Farbskala ausgenutzt. Das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung.

63

Abb. 56- 73: Darstellungen der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 2 für die Versuchspersonen 1 bis 18. Die auftretenden Druckwerte sind auf einer Farbskala von weiß nach schwarz kodiert, es wurde für alle Messungen die volle Farbskala ausgenutzt. Das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung.

64

65

66

67

Anhang 2: Daten der Versuchspersonen

In den nachfolgenden Tabellen sind die Daten der Versuchspersonen,

namentliche ihre Körpergröße und –masse, ihr Quetelet- Index sowie ihre

Perzeptions- und Unterschiedsschwellen angegeben. Ebenfalls ist vermerkt, auf

welchem Sitz ihre Sitzdruckverteilung gemessen wurde.

Tab. 25: Daten der Versuchspersonen sowie Angabe der Sitze, auf denen ihre Sitzdruckverteilung gemessen wurde. BMI = body mass index.

Versuchs-personen-Nr.

Größe [cm] Masse [kg] BMI [kg/m²]Holz-stuhl

Sitz 1 Sitz 2

O1 190 103 28,5 x O2 169 57 20,0 x x O3 172 59 19,9 x O4 180 76 23,5 x O5 190 81 22,4 x O6 180 79 24,4 x O7 181 79 24,1 x O8 178 83 26,2 x x O9 179 73 22,8 x x

O10 180 60 18,5 x x O11 185 71 20,7 x O12 180 72 22,2 x O13 - - - x O14 187 95 27,2 x

1 180 74 22,8 x 2 185 73 21,3 x 3 178 93 29,4 x 4 186 84 24,3 x 5 180 83 25,6 x 6 172 67 22,6 x 7 180 75 23,1 x 8 172 63 21,3 x 9 178 81 25,6 x

10 170 68 23,5 x 11 185 85 24,8 x 12 180 73 22,5 x 13 192 82 22,2 x 14 164 47 17,5 x 15 180 83 25,6 x 16 187 82 23,4 x 17 170 73 25,3 x 18 - - - x

68

Tab. 26: Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen auf dem starren Holzstuhl bei Anregung in z- Richtung für zwei Frequenzen.

VP- Nr.Beschleunigung auf der Sitz-oberfläche (z-Richtung) [dB]

Gesamtbeschleunigung nach ISO 263111 [dB]

f = 16 Hz f = 31,5 Hz f = 16 Hz f = 31,5 Hz O3 86,4 85,7 87,1 86,3 O3 87,1 86,5 87,7 87,1 O4 89,3 88,3 89,9 89,0 O5 88,1 90,1 88,7 90,7 O6 90,3 85,7 90,9 86,3 O7 87,3 86,5 87,9 87,1 O8 86,3 88,3 86,9 88,9 O9 88,6 89,2 89,2 89,8

O10 88,3 89,9 88,9 90,6 O11 89,2 88,1 89,8 88,7 O12 87,6 89,3 88,2 90,0

Tab. 27: Perzeptionsschwellen der Versuchspersonen auf dem Fahrzeugsitz 2 bei Anregung in z- Richtung für zwei Frequenzen.

VP- Nr.Beschl. auf der Sitz-oberfläche (z) [dB]

Beschl. auf der Sitz-oberfläche (Ges.) [dB]

Gesamtbeschl. nach ISO 2631 [dB]

16 Hz 31,5 Hz 16 Hz 31,5 Hz 16 Hz 31,5 Hz 1 81,9 71,5 85,2 76,0 87,5 83,8 2 81,3 73,4 83,9 77,2 86,3 86,1 3 77,3 78,0 79,0 82,4 81,4 90,3 4 83,6 74,3 85,1 79,1 87,0 84,2 5 81,0 74,5 83,7 77,7 85,7 85,8 6 78,7 75,4 80,7 77,4 82,7 83,5 8 84,6 73,0 85,9 79,0 87,4 84,8 9 80,3 80,1 82,4 85,7 84,4 89,1

10 81,8 74,0 83,4 75,8 84,8 78,0 11 79,5 70,0 82,3 71,3 84,0 79,1 12 78,0 74,1 79,8 75,7 81,9 82,2 13 81,8 74,2 83,1 77,0 84,8 82,0 14 78,3 78,5 81,1 82,1 84,0 87,0 15 80,6 78,1 82,0 82,4 83,9 85,7 16 78,5 82,2 80,9 84,8 82,6 90,1 17 80,0 70,1 81,6 73,1 83,3 78,3

11 Definition siehe Anhang 9

69

Tab. 28: Unterschiedsschwellen der Versuchspersonen auf dem Fahrzeugsitz 2 bei Anregung in z- Richtung für eine Frequenz. *Wert vermutlich unzutreffend.

VP- Nr. JNDL bei 31,5 Hz [dB] 1 1,8 2 0,9 3 1,5 4 2,3 5 1,8 6 1,8 8 1,3 9 2,3

10 1,5 11 2,1 12 1,1 13 1,8 14 4,8* 15 2,6 16 1,1 17 1,0

70

Anhang 3: Komfortrelevante Parameter der Sitzdruckverteilung

In den nachfolgenden Tabellen sind die Werte der Parameter dargestellt, die in

der Literatur für die Bewertung des statischen Sitzkomforts aus der

Sitzdruckverteilung in Betracht gezogen wurden.

Tab. 29: Komfortrelevante Parameter, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Holzstuhl. ∇p = Betrag des Druckgradienten. CV = Variationskoeffizient (Standardabweichung/Mittelwert).

VP- Nr.

Mittlerer Druck [kPa]

Max. Druck [kPa]

Mittlerer ∇p

[kPa/cm]

Max. ∇p

[kPa/cm] CV

DB Komfort

(p0 = 40mbar)

DB Komfort

(p0 = 60mbar)

O1 5,2 15,5 0,87 2,70 0,78 444 214 O2 4,8 15,4 0,94 2,57 0,99 331 159 O3 3,9 16,6 0,94 2,97 1,01 221 105 O4 4,6 19,5 0,99 3,46 0,98 515 252 O5 5,2 17,4 1,04 3,21 0,94 608 298 O6 4,7 18,1 0,91 3,03 0,93 530 258 O7 5,0 17,9 0,98 2,95 0,98 522 256 O8 4,4 16,3 0,87 2,87 1,03 487 239 O9 3,9 18,2 0,78 2,81 0,95 616 302 O10 3,7 14,5 0,80 2,66 1,04 197 92 O11 4,3 17,0 1,02 3,23 0,94 343 166 O12 4,5 16,2 0,91 2,59 1,00 388 187 O13 4,3 19,5 0,91 3,38 1,04 791 390

Tab. 30: Komfortrelevante Parameter, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Sitz1 (Füße aufgesetzt). ∇p = Betrag des Druckgradienten

VP- Nr.


Max. Druck [kPa]

Mittlerer ∇p

[kPa/cm]

Max. ∇p

[kPa/cm] CV

DB Komfort

(p0 = 40mbar)

DB Komfort

(p0 = 60mbar)

O2 3,6 14,4 0,66 1,92 0,84 174 75 O8 3,3 10,9 0,53 1,30 0,71 114 40 O9 3,5 11,0 0,54 1,60 0,78 147 57 O10 3,4 10,8 0,52 1,34 0,86 120 46 O14 3,2 8,3 0,47 1,45 0,57 178 52

Tab. 31: Komfortrelevante Parameter, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Sitz1 (Beine ausgestreckt). ∇p = Betrag des Druckgradienten

VP- Nr.


Max. Druck [kPa]

Mittlerer ∇p

[kPa/cm]

Max. ∇p

[kPa/cm] CV

DB Komfort

(p0 = 40mbar)

DB Komfort

(p0 = 60mbar)

O2 2,4 6,6 0,40 0,89 0,67 54 5 O8 3,0 7,2 0,45 1,24 0,54 111 17 O9 3,1 7,2 0,45 1,41 0,63 134 25 O10 2,4 6,8 0,37 1,03 0,69 65 4 O14 3,3 10,9 0,49 1,32 0,78 122 46

71

Tab. 32: Komfortrelevante Parameter, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Sitz 2. ∇p = Betrag des Druckgradienten

VP- Nr.


Max. Druck [kPa]

Mittlerer ∇p

[kPa/cm]

Max. ∇p

[kPa/cm] CV

DB Komfort

(p0 = 40mbar)

DB Komfort

(p0 = 60mbar)

1 5,2 15,1 0,78 2,42 0,82 669 325 2 4,9 13,4 0,71 1,83 0,76 616 297 3 4,4 13,4 0,61 1,81 0,76 398 183 4 4,4 14,2 0,61 1,81 0,74 452 209 5 4,8 14,8 0,65 1,81 0,80 577 274 6 4,0 14,2 0,60 1,89 0,83 323 147 7 3,9 13,1 0,56 1,58 0,81 249 107 8 4,4 15,8 0,67 1,92 0,79 430 202 9 4,6 13,5 0,63 1,87 0,81 395 185 10 3,6 11,0 0,52 1,85 0,82 219 96 11 4,6 17,0 0,65 2,53 0,85 638 305 12 5,1 16,4 0,78 2,27 0,80 803 391 13 4,4 14,5 0,63 1,78 0,83 356 166 14 4,2 16,9 0,73 2,26 0,89 529 250 15 3,7 12,1 0,55 1,59 0,84 255 111 16 5,1 15,1 0,67 1,82 0,81 632 306 17 5,1 16,9 0,69 1,93 0,93 958 471 18 3,7 10,8 0,50 1,66 0,73 204 78

72

Anhang 4: Kontaktfläche und scheinbare Masse auf der Sitzfläche

In den nachfolgenden zwei Abbildungen sind die Größe der Kontaktfläche sowie

die scheinbare Masse auf der Sitzfläche als Säulendiagramme dargestellt. Jede

Säule entspricht einer Versuchsperson. Angabe als Mittelwert und

Standardabweichung über die Wiederholungsmessungen der Versuchsperson.

Tab. 33: Kontaktfläche sowie scheinbare Masse auf dem Sitz, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Holzstuhl. Zusätzlich ist der Anteil dieser errechneten Masse an der Masse der Versuchsperson angegeben.

VP- Nr. Kontaktfläche



[%] O1 899 49,3 48 O2 445 18,2 32 O3 454 17,7 30 O4 621 32,8 43 O5 710 32,4 40 O6 602 32,2 41 O7 777 36,3 46 O8 693 32,5 39 O9 822 29,0 40 O10 495 20,2 34 O11 597 28,9 41 O12 877 33,3 46 O13 634 30,2 -

Tab. 34: Kontaktfläche sowie scheinbare Masse auf dem Sitz, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Sitz 1 (Füße aufgesetzt). Zusätzlich ist der Anteil dieser errechneten Masse an der Masse der Versuchsperson angegeben.




[%] O2 831 29,1 51 O8 1369 44,7 54 O9 989 38,2 52 O10 1004 30,6 51 O14 2017 86,2 91

Tab. 35: Kontaktfläche sowie scheinbare Masse auf dem Sitz, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Sitz 1 (Beine ausgestreckt). Zusätzlich ist der Anteil dieser errechneten Masse an der Masse der Versuchsperson angegeben.




[%] O2 1529 39,2 69 O8 1955 70,6 85 O9 1978 55,7 76 O10 1853 44,0 73 O14 1313 45,6 48

73

Tab. 36: Kontaktfläche sowie scheinbare Masse auf dem Sitz, berechnet aus den Sitzdruckverteilungen auf dem Sitz 2. Zusätzlich ist der Anteil dieser errechneten Masse an der Masse der Versuchsperson angegeben.




[%] 1 1084 59,1 80 2 1043 41,6 57 3 1497 69,0 74 4 1509 65,4 78 5 1412 69,2 83 6 1236 48,4 72 7 1213 52,1 69 8 1117 51,6 82 9 1189 65,9 81 10 1436 51,7 76 11 1310 66,1 78 12 1161 57,5 79 13 1291 60,2 73 14 962 39,7 84 15 1629 64,8 78 16 1218 66,7 81 17 1404 69,7 95 18 1584 64,5 -

74

Anhang 5: Histogramme der Sitzdruckverteilung (relative Klassen)

In den nachfolgenden Abbildungen sind die Verteilungen der Druckklassen als

Anteile der Flächen, die mit dem jeweiligen Druck belastet wurden, an der

gesamten Kontaktfläche (p > 0,1 kPa) dargestellt. Die Einteilung erfolgte in

sieben Klassen von 0,2 kPa bis zum personenabhängigen Maximaldruck der

Messung. Säulen kennzeichnen die relative Klassenhäufigkeit, die

durchgezogene Linie Markiert die kumulative Häufigkeit. Die Histogramme

beziehen sich auf die gleichen Sitzdruckverteilungen, wie sie in Anhang 1

abgebildet sind.

Abb. 74- 86: Histogramme der Sitzdruckverteilung auf dem Holzstuhl für die Versuchspersonen O1 bis O13.

75

76

Abb. 87- 91: Histogramme der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 1 für die Versuchspersonen O2, O8, O9, O10 und O15 in der Sitzhaltung „Füße aufgesetzt“.

Abb. 92- 96: Histogramme der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 1 für die Versuchspersonen O2, O8, O9, O10 und O15 in der Sitzhaltung „Beine ausgestreckt“.

77

Abb. 97- 114: Histogramme der Sitzdruckverteilung auf dem Fahrzeugsitz 2 für die Versuchspersonen 1 bis 18.

78

79

80

Anhang 6: Anteil relativer Druckwerteklassen an der Kontaktfläche

In den nachfolgenden Tabellen sind die Anteile der Flächen, die mit dem

jeweiligen Druck belastet wurden, an der gesamten Kontaktfläche (p > 0,1 kPa)

dargestellt. Die Einteilung erfolgte in fünf Klassen von 0,2 kPa bis zum

personenabhängigen Maximaldruck der Messung. Die Anteile in Prozent sind

über die Wiederholungsmessungen der Versuchsperson gemittelt. Die Klasse 1

ist die Klasse der niedrigsten Drücke.

Tab. 37: Anteil von 5 Druckbereichsklassen an der Kontaktfläche für die Versuchspersonen O1 bis O13 bei der Messung auf dem Holzstuhl. VP- Nummer Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5

O1 42 20 16 16 5 O2 57 17 14 5 8 O3 61 25 10 2 2 O4 52 24 12 8 5 O5 50 20 16 11 4 O6 49 20 13 10 8 O7 52 14 14 9 11 O8 60 21 9 6 3 O9 55 17 15 11 3

O10 59 22 9 5 6 O11 49 26 11 9 5 O12 55 18 12 8 6 O13 62 22 8 7 1

Mittelwert 54 20 12 8 5

Tab. 38: Anteil von 5 Druckbereichsklassen an der Kontaktfläche für die Versuchspersonen 2, O8, O9, O10 und O14 bei der Messung auf dem Fahrzeugsitz 1, Sitzhaltung „Füße aufgesetzt“. VP- Nummer Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5

O2 44 30 16 9 3 O8 34 29 20 13 4 O9 40 24 21 12 4

O10 45 24 18 7 6 O14 22 18 26 23 12


Tab. 39: Anteil von 5 Druckbereichsklassen an der Kontaktfläche für die Versuchspersonen 2, O8, O9, O10 und O14 bei der Messung auf dem Fahrzeugsitz 1, Sitzhaltung „Beine ausgestreckt“. VP- Nummer Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5

O2 32 19 23 19 7 O8 18 17 20 23 23 O9 27 25 21 18 8

O10 32 29 19 13 7 O14 40 25 16 13 7


81

Tab. 40: Anteil von 5 Druckbereichsklassen an der Kontaktfläche für die Versuchspersonen 1 bis 18 bei der Messung auf dem Fahrzeugsitz 2. VP- Nummer Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5

1 42 18 14 15 11 2 37 20 14 16 12 3 39 24 21 12 4 4 38 24 21 13 5 5 42 21 16 15 7 6 45 27 19 6 3 7 44 27 19 8 2 8 40 25 19 11 4 9 41 19 13 17 10

10 43 23 12 13 9 11 48 22 18 11 2 12 41 21 20 11 6 13 43 24 18 10 5 14 48 31 12 6 2 15 44 22 16 13 4 16 42 17 17 17 7 17 53 16 11 15 5 18 36 22 21 16 6


82

Anhang 7: Anteil absoluter Druckwerteklassen an der Kontaktfläche

In den nachfolgenden Tabellen sind die Anteile der Flächen, die mit dem

jeweiligen Druck belastet wurden, an der gesamten Kontaktfläche (p > 0,1 kPa)

dargestellt. Die Einteilung erfolgte in Klassen von 0,2 kPa bis zum Maximaldruck

auf dem betreffenden Sitz (personenunabhängig). Die Anteile in Prozent sind

über die Wiederholungsmessungen der Versuchsperson gemittelt.

Tab. 41: Anteil von sieben Druckbereichsklassen an der Kontaktfläche für die Versuchspersonen O1 bis O13 bei der Messung auf dem Holzstuhl. VP- Nummer Druckbereich in kPa

0,2-3.5 3,5- 7 7- 10,5 10,5-14 14-17,5 17,5-21 21-24,5O1 44 22 18 14 2 0 0 O2 57 21 11 9 2 0 0 O3 55 28 10 3 2 2 0 O4 50 21 11 10 4 3 0 O5 53 19 17 9 3 0 0 O6 49 19 13 10 7 1 0 O7 55 17 12 13 3 0 0 O8 55 21 11 7 5 1 0 O9 61 23 12 4 0 0 0

O10 60 21 9 4 5 1 0 O11 49 25 12 8 4 1 0 O12 61 19 11 8 1 0 0 O13 56 21 10 6 5 2 1

Mittelwert 54 21 12 8 3 1 0

Tab. 42: Anteil von acht Druckbereichsklassen an der Kontaktfläche für die Versuchspersonen 1 bis 18 bei der Messung auf dem Fahrzeugsitz 2.

VP- Nr. Druckbereich in kPa 0,2- 2,5 2,5 -5 5 -7,5 7,5 -10 10-12,5 12,5-15 15-17,5 17,5-201 37 18 14 11 9 8 2 0 2 42 22 20 15 2 0 0 0 3 36 23 20 14 5 2 0 0 4 37 23 21 15 3 1 0 0 5 38 21 15 13 9 3 1 0 6 42 25 20 9 3 2 0 0 7 40 24 17 11 5 2 0 1 8 36 23 20 14 5 2 1 0 9 38 17 12 12 13 7 2 0

10 50 21 15 12 2 0 0 0 11 39 21 12 14 8 4 1 1 12 37 19 17 14 6 4 1 0 13 39 20 17 13 6 2 1 1 14 43 24 17 7 5 2 1 0 15 44 22 15 13 4 1 0 0 16 38 16 13 13 14 5 2 0 17 45 16 12 8 11 6 2 0 18 39 22 25 12 3 0 0 0

Mittelwert 40 21 17 12 6 3 1 0

83

Anhang 8: Markierte Sitzdruckverteilungen

In den folgenden Abbildungen der Sitzdruckverteilung, die denen in Anhang 1

entsprechen, sind die Flächen farblich markiert, deren Anteil an der gesamten

Kontaktfläche mit einer Perzeptionsschwelle korrelierte.

Abb. 115- 127: Sitzdruckverteilungen der Versuchspersonen O1 bis O13 auf dem Holzstuhl. Zahlenangaben kennzeichnen Abmessungen in mm, das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung. Der Anteil der dunkelgrau markierten Flächen an der Kontaktfläche korreliert negativ mit der Perzeptionsschwelle bei 16 Hz, der Anteil der mittelgrau markierten Flächen positiv mit ebendieser.

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Abb. 128- 145: Sitzdruckverteilungen der Versuchspersonen 1 bis 18 auf dem Fahrzeugsitz 2. Zahlenangaben kennzeichnen Abmessungen in mm, das Diamantsymbol markiert den Schwerpunkt der Druckverteilung. Der Anteil der dunkelgrau markierten Flächen an der Kontaktfläche korreliert negativ mit der Perzeptionsschwelle bei 31,5 Hz.

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Anhang 9: Gesamtbeschleunigung nach ISO 2631

Die bei der Ermittlung von Perzeptionsschwellen für Ganzkörpervibrationen

gemessenen Beschleunigungen in drei Raumrichtungen und an mehreren

Messpositionen können mittels der Gleichung:

222222wzzwyywxxv akakaka ++= (14)

mit

av = Gesamtbeschleunigung

awx , awy , awz = gewichtete Beschleunigungen in den Raumrichtungen x, y, z

kx , ky , kz = Raumwichtungsfaktoren für x, y, z

zu einer Gesamtbeschleunigung kombiniert werden. Bei Messung an mehreren

Messpunkten sind entsprechend mehrere Beschleunigungstripel zu addieren.

Auf die Anwendung einer Frequenzgewichtung kann bei einer sinusförmigen

Anregung verzichtet werden. Für eine sitzende Person betragen die

Raumwichtungsfaktoren bei Komfort- und Wahrnehmungsuntersuchungen:

Sitzfläche:

kx , ky , kz = 1

Rückenlehne:

kx = 0,8

ky = 0,5

kz = 0,4

Füße:

kx = 0,25

ky = 0,25

kz = 0,4.

In der gegebenen Untersuchung wurden nur die Beschleunigungen bestimmt,

die über die Sitzfläche und die Füße eingeleitet wurden.

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Hiermit versichere ich, dass ich diese Arbeit selbständig verfasst und keine

anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe.

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