Power Tools

Acamedic Staff

M.Sc. Matthias Dörr
M.Sc. Sebastian Helmstetter
M.Sc. Andreas Lindenmann
M.Sc. Tassilo Schröder
M.Sc. Michael Steck
M.Sc. Michael Uhl
M.Sc. Andreas Wettstein
M.Sc. Jürgen Wilwer
M.Sc. Sebastian Zimprich

Topics and Focuses

At the Chair of Power-Tools and Machine Elements, we develop methods to support the development process with a focus on the specific challenges of the power tool industry. One focus is the development of measurement, modelling and validation methods based on the IPEK-XiL. We consider the user, application and power tool systemically integrative. Our aim is to explore methods and processes to support the product development of systems in which technical systems and humans interact directly with each other. In particular, we concentrate on machines where people are in the flow of power. In the development of measurement, modelling and validation methods, the understanding of the overall system, consisting of man, machine, environment and application, plays a decisive role. This understanding is the basis for the derivation of the design target variables for the individual machine elements used in the product and a driver for innovations in device technology.

Service Offer

As our partner in the appliance industry, we will strengthen you in the competition for innovation through our range of services.

Theoretical and experimental investigation of devices
Capture interactions between user, device and application environment
Development of validation methods for hand-held devices and device subsystems incl. development of test equipment.

Equipment

Power tool interaction test bench for performing hand-held device tests
User interaction test bench for examining user properties
Automated power tool test bench for robot-controlled device validation
Portable capacitive pressure measuring foils for the measurement of forces between user and device
Force measurement technology in device handles for the measurement of forces between user and device
6-axis force plate for measuring the application forces to the ground
Dust sensor for measuring application-related emissions
Mobile data acquisition system for data acquisition in the field
3D scanner for reverse engineering on Power Tools
Fiber optic meter for detecting strain in power tool housings
3D motion tracking system for capturing the user body posture and movement sequences during the use of devices
Further equipment of the institute can be found here.

Theses

Current theses of the research group can be found here.

Selected Publications

2020

Frontloading in Aircraft Development Process by Integration of a new Validation Method.
Gwosch, T.; Steck, M.; Dörr, M.; Matthiesen, S.
2020. KIT, Karlsruhe. doi:10.5445/IR/1000117783

2019

Einfluss der Produktreife auf die Bewertung der Anwendungseignung technischer Produkte.
Trojan, K.; Germann, R.; Matthiesen, S.
2019. DS 98: Proceedings of the 30th Symposium Design for X (DFX 2019), 18-19 September 2019, Jesteburg, Germany. Ed.: D. Krause, 183–194, The Design Society. doi:10.35199/dfx2019.16

Ein Beitrag zur störgrößenreduzierten Erfassung und Beurteilung der Anwendungseignung im Kontext der nutzerzentrierten Produktentwicklung von Power-Tools = A contribution to the disturbance-reduced recording and evaluation of usability in the context of user-centered product development of power tools. Dissertation.
Germann, R.
2019. Karlsruhe. doi:10.5445/IR/1000099688

Experimental analysis of user forces by test bench and manual hammer drill experiments with regard to vibrations and productivity.
Uhl, M.; Bruchmüller, T.; Matthiesen, S.
2019. International journal of industrial ergonomics, 72, 398–407. doi:10.1016/j.ergon.2019.06.016

Antriebsstrangprüfstände zur Ableitung von Konstruktionszielgrößen in der Produktentwicklung handgehaltener Power-Tools. Dissertation.
Gwosch, T.
2019. Karlsruhe. doi:10.5445/IR/1000096256

Adjustable Impedance Elements for Testing and Validation of Aircraft.
Lindenmann, A.; Heyden, E.; Matthiesen, S.; Krause, D.
2019. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2019, Stuttgart, 16. Mai 2019. Hrsg.: H. Binz, 63–72, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart

The Rotational Mechanical Impedance of the Hand-Arm System - A Preliminary Study.
Lindenmann, A.; Matthiesen, S.
2019. 14th International Conference on Hand Arm Vibration, Bonn, 21. - 24. Mai 2019. Abstracts, 75–76, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), Berlin

Frontloading in der Produktentwicklung handgehaltener Power-Tools – Lastmodelle für den Einsatz in Antriebsstrangprüfständen.
Steck, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2019. Konstruktion, (05-19), 83–90

Recognizing Product Application based on Integrated Consumer Grade Sensors: A Case Study with Handheld Power Tools.
Dörr, M.; Ries, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2019. 29th CIRP Design Conference: open design and design as exponential technology, Póvoa de Varzim, Portugal, 8th to 10th May 2019

Experimental Abrasive Contact Analysis – Dynamic Forces between Grinding Discs and Steel for common Angle Grinder Applications.
Dörr, M.; Zimprich, S.; Dürkopp, A.; Bruchmüller, T.; Gittel, H.-J.; Matthiesen, S.; Pelshenke, C.; Dültgen, P.
2019. 11th TOOLING 2019 conference & exhibition, Aachen, Germany, 12 - 16 May 2019

Virtual Coupling of Powertrain Components: New Applications in Testing.
Gwosch, T.; Steck, M.; Matthiesen, S.
2019. ASIM – Simulation technischer Systeme, Braunschweig, 21. Februar 2019 - 22. Februar 2019. Hrsg.: Umut Durak, Christina Deatcu, Jan Hettwer, 163–168, ARGESIM, Wien

Objective usability evaluation of drywall screwdriver under consideration of the user experience.
Germann, R.; Jahnke, B.; Matthiesen, S.
2019. Applied ergonomics, 75 (75), 170–177. doi:10.1016/j.apergo.2018.10.001

2018

Eine qualitative Untersuchung der Reibungsverhältnisse und des Oberflächenverschleißes in schlagend angezogenen Schraubenverbindungen.
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Sturm, C.
2018. Schraubenverbindungen 2018 - 6. VDI-Tagung, Würzburg, 21. - 22. November 2018, VDI- Verlag

Analysis of dynamic system behaviour using sequence modelling with the C&C $^{2}$ -Approach - a case study on a power tool hammer mechanism.
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Grauberger, P.
2018. Proceedings of NordDesign: Design in the Era of Digitalization, NordDesign 2018, The Design Society

Testfallgenerierung – Vorgehen zur Lastkollektivermittlung durch Data Mining am Winkelschleifer.
Matthiesen, S.; Dörr, M.; Zimprich, S.
2018. 29. DfX-Symposium 2018, Tutzing, 25.-26. September. Hrsg.: D. Krause, 12

Adjustable impedance elements for testing and validation of system components.
Heyden, E.; Lindenmann, A.; Oltmann, J.; Bruchmueller, T.; Krause, D.; Matthiesen, S.
2018. Book of Abstracts. Symposium Lightweight Design in Product Development (LWD-PD18), Zurich, CH, June 14-15, 2018, 44–46, CMASLab, Zurich. doi:10.3929/ethz-b-000283432

Anforderungen an ein Messsystem zur Ermittlung der Rotationsimpedanz von Hand-Arm Systemen.
Matthiesen, S.; Lindenmann, A.; Bruchmüller, T.
2018. 7. VDI-Tagung Humanschwingungen 2018, Würzburg, 24.-25. April 2018, 91–106, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf

From Reality to Simulation – Using the C&C²-Approach to Support the Modelling of a Dynamic System.
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Sturm, C.; Steck, M.
2018. Procedia CIRP, 70, 475–480. doi:10.1016/j.procir.2018.03.039

Meaningful Prediction Parameters for Evaluating the Suitability of Power Tools for Usage.
Matthiesen, S.; Germann, R.
2018. Procedia CIRP, 70, 241–246. doi:10.1016/j.procir.2018.02.040

The influence of variating passive user interactions on power tools in the context of product development.
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmueller, T.
2018. Forschung im Ingenieurwesen. doi:10.1007/s10010-018-0269-x

Modellbildung mit dem C&C²-Ansatz in der Gestaltung - Techniken zur Analyse und Synthese.
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Hölz, K.; Nelius, T.; Bremer, F.; Wettstein, A.; Gessinger, A.; Pflegler, B.; Nowoseltschenko, K.; Voß, K.
2018. KIT, Karlsruhe. doi:10.5445/IR/1000080744

Hand-arm models for supporting the early validation process within the product development of single impulse operating power tools.
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Germann, R.; Schäfer, T.; Schmidt, S.
2018. Forschung im Ingenieurwesen, 82, 1–12. doi:10.1007/s10010-018-0265-1

2017

Experimentelle Identifikation von Schwingungsursachen in Antriebssträngen von Power-Tools.
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Bruchmueller, T.
2017. VDI Fachtagung Schwingungen 2017: Berechnung, Überwachung, Anwendung, Nürtingen, 10. - 11. Oktober 2017, 311–322, VDI-Verlag, Düsseldorf

Realitätsnahe Komponententests zur Unterstützung der Produktentwicklung bei der Validierung von Power-Tools.
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.; Dultgen, P.; Pelshenke, C.; Gittel, H.-J.
2017. Konstruktion, 69 (7-8), 76–81

Ansatz zur objektiven und effizienten Erfassung der empfundenen Anwendungseignung von Power-Tool.
Matthiesen, S.; Germann, R.
2017. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2017, Stuttgart, 28.06.2017 - 29.06.2017. Hrsg.: Roth, Daniel, Frauenhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart

Frontloading in der Produktentwicklung von Power-Tools durch frühe Validierung mit Hilfe von leistungsskalierten Prototypen.
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.; Grauberger, P.; Steck, M.; Cersowsky, S.
2017. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2017 (SSP 2017) : Produktentwicklung im disruptiven Umfeld, Stuttgart, Deutschland, 29. Juni 2017

Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 18196N – Entwicklung einer beanspruchungsidentischen Prüftechnik für Elektrowerkzeug-Komponenten [Zusammenfassung des Abschlussberichtes zum IGF-Vorhaben].
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Gittel, H.-J.
2017. FGW - Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe, Remscheid

2016

Ein anpassbares Hand-Arm-Modell mit rotatorischem Freiheitsgrad zur Validierung handgehaltener Geräte.
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Zumstein, T.
2016. 6. VDI-Tagung Humanschwingungen 2016 : Würzburg, Germany, 26.-27. April 2016, 95–110, VDI Verlag, Düsseldorf

Experimentelle Ermittlung von Bauteilbelastungen eines Power Tool Antriebsstrangs durch indirektes Messen in realitätsnahen Anwendungen als ein Baustein in der Teilsystemvalidierung.
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Schäfer, T.; Dültgen, P.; Pelshenke, C.; Gittel, H.-J.
2016. Forschung im Ingenieurwesen, 80 (1), 17–27. doi:10.1007/s10010-016-0203-z

2015

A method to develop hand-arm models for single impulse stimulation.
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Schaefer, T.; Schmidt, S.
2015. Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration. Ed.: X. Gao, Beijing University Health Science Center Capital Medical University, Beijing, China

The influence of the user on the power tool functionality -- a force sensing handle for a hammer drill.
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmueller, T.; Stelzer, D.; Truenkle, B.
2015. Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration. Ed.: X. Gao, Beijing University Health Science Center Capital Medical University, Beijing, China

2014

Der Mensch als zentrales Teilsystem in Wechselwirkung mit handgehaltenen Geräten - Ein problemorientierter Ansatz zur Untersuchung dieser Schnittstelle.
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmüller, T.; Marko, A. M.
2014. Design for X : Beiträge zum 25. DfX-Symposium. 25th Symposium Design for X, DFX 2014, Bamberg, Germany, 1. October - 2. October 2014, 193–204

Overview of all IPEK Publications

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