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Bachelorarbeit: Analyse der wirkenden Belastungen am Fahrrad-Cockpit

Belastungstests für Velofahrer

Kann Velofahren noch bequemer werden? Es kann, findet Systemtechnik-Absolvent Andreas Mörker. Er hat mit einem Simulator verschiedene Velolenker auf ihre Ergonomie getestet.

Andreas Mörker
Andreas Mörker hat in einer Vergleichsstudie verschiedene Lenker getestet.

Wer viel und lange mit dem Velo fährt, kennt es: Irgendwann fangen die Handgelenke an zu schmerzen oder die Finger werden taub. Ursache dafür ist der stetige Druck auf Nerven und Blutgefässe. Daher suchen Anbieter ständig neue Lösungen, um Fahrradlenker weiter zu verbessern. Dieses Ziel verfolgt auch der Fahrradzubehöranbieter Veloplus. In dessen Auftrag hat Andreas Mörker im Rahmen seiner Bachelorarbeit den Komfort eines neuen Lenkers getestet. Für diese Vergleichsstudie nutzte er einen neuen Simulator, der bereits am Institut für Mechanische Systeme (IMES) entwickelt worden war. «Die Arbeit war perfekt geeignet, um den neuen Simulator zu testen», beginnt Andreas Mörker, der selbst ein erfahrener Biker ist.

«Mit den Daten der Sensoren habe ich die Belastung auf die Handgelenke des Velofahrers berechnet.»

Andreas Mörker

Simulator für reale Strecken

Probandin auf Simulator
Der Simulator kann realitätsnahe Fahrszenarien darstellen.

Um ein realistisches Fahrszenario darstellen zu können, ist der Simulator mit zwei Antrieben ausgestattet. Die Simulation wird dabei aber nicht einfach vom Computer generiert, wie der Absolvent erklärt: «Es handelt sich um reale Strecken, die mit Sensoren in der Federgabel aufgenommen und anschliessend berechnet wurden.» Die Tests hat er mit einer Probandin und einem Probanden durchgeführt. Sie «fuhren» mit je drei unterschiedlichen Lenkern eine Teerstrasse, einen Waldweg und einen Mountainbike-Trail zum Vergleich. Dehnmessstreifen an der Lenkerklemmung zeichneten die Daten für je fünf Durchläufe von 30 Sekunden auf. «Mit dem Mittelwert der Dehnungen habe ich die auf die Handgelenke wirkende Kraft anhand eines Biegebalkenmodells berechnet», sagt Andreas Mörker. 

Klare Ergebnisse und ein weiterer Test

Grafik mit Sensordaten
Die Sensordaten zeigen, welche Kräfte auf die Probandin auf dem Mountainbike-Trail einwirken.

Die Vergleichstests mit den unterschiedlichen Lenkern und Fahrszenarien ergaben, dass der neu entwickelte Lenker die Stösse besser abfedert. «Das war nicht nur die subjektive Wahrnehmung der Testpersonen», sagt Andreas Mörker. «Auch die Messungen der Sensoren kommen zu diesem Resultat.» Da die Dehnmessstreifen selbst kleinste Veränderungen messen, kann man sogar leichte Verschiebungen des Oberkörpers erkennen. «Das hängt davon ab, wie man auf dem Fahrrad sitzt, und resultiert in unterschiedlichen Belastungen der Handgelenke», so der Absolvent. Um den neuen Simulator weiter zu testen, hat der Systemtechniker mittels Oberflächenelektromyografie zusätzlich die Aktivität der Schultermuskulatur beim Velofahren gemessen. Damit konnte er veranschaulichen, wie hoch die maximale Muskelkontraktion – also die nicht bewusst durchgeführte Muskelanspannung – in den jeweiligen Fahrszenarien ist.

Breite Anwendungsmöglichkeiten

Nachdem die Tests für den Wirtschaftspartner so zufriedenstellende Ergebnisse erbracht haben, denkt Andreas Mörker über weitere Anwendungsmöglichkeiten des Simulators nach: «Vorstellbar wäre eine Kooperation mit SwissOlympic, um Material oder Trainingskonzepte zu testen.» Aber auch für die Produktentwicklung sieht er einen Mehrwert. «Ausserdem bietet der Fahrradsimulator viele Möglichkeiten für Forschungsprojekte und im Bereich der Funktionen gibt es noch grosses Entwicklungspotenzial.» Eine gute Chance für zukünftige Studierende, wie Andreas Mörker findet.

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