Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung der Entwicklungsprozesse durch die systemische Prüfung der Interaktion Maschine – Werkzeug am Beispiel Winkelschleifer

Die erfolgreiche Entwicklung von Produkten ist ein wesentlicher Faktor für die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens. Hierbei spielen besonders die Einhaltung der Entwicklungszeit und der rechtzeitige Markteintritt der Produkte eine große Rolle. Insbesondere die mittelständischen Hersteller von Elektrowerkzeugen und die Hersteller deren Werkzeuge haben nicht die Ressourcen und Kapazitäten, entwicklungsbegleitende Iterationsschleifen im umfangreichen Maße durchzuführen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Prüfmethodik und Bereitstellung eines Entwicklungsleitfadens für die Geräte- und Werkzeugbranche zur Lebensdaueruntersuchung von Elektrowerkzeugen und Werkzeugen mit Hilfe von geeigneten Prüfständen. Dabei liegt der Fokus auf der anwendungsäquivalenten Abbildung von mechanisch-dynamischen Belastungen, die aus dem Werkzeug-Werkstück-Kontakt sowie dem Werkzeug unter Berücksichtigung der Anwendung entstehen. Die Methode ermöglicht die Erfassung und Quantifizierung von Querkräften und Momenten auf das Elektrowerkzeug und seiner Werkzeuge durch Erforschung von neuartigen Prüfständen. Die Hersteller erhalten neben der Prüfstandstechnologie alle Erkenntnisse in einem Erprobungsleitfaden. So sind die Hersteller der Schleifwerkzeuge und der Elektrowerkzeuge in der Lage, die Abhängigkeiten zwischen äußerlich aufgebrachter Belastung und dem Standzeit- und Verschleißverhalten zu erkennen. Dieser Leitfaden dient dazu, bei zukünftigen Produktweiter- und –neuentwicklungen aufwändige handgeführte Tests zu vermeiden und kann bereits in der Konzeptionierungsphase Berücksichtigung finden. Somit ergeben sich für die KMU ein hohes monetäres Einsparungspotential und eine signifikante Reduktion von Entwicklungsrisiken in der Produktentwicklung. Der Erprobungsleitfaden gibt damit den Entwicklungsingenieuren direkte Hilfestellung bei der anwendergerechten Auslegung der Geräte.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden in manuellen Tests die Kombination verschiedenster Gerätetypen, Anwendungen, Werkzeuge und Schleifmittel untersucht. In über 200 Versuchen konnte die mechanisch-dynamische Belastung im Werkzeug-Werkstück-Kontakt bis 200 Hz ermittelt und die Stichprobengröße statistisch abgesichert werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Werkzeugtyp einen signifikanten Effekt auf den dynamischen Anteil der mechanischen Belastung hat. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass die dynamische Kraft einen starken Effekt auf den Scheibenverschleiß hat.

Im Forschungsvorhaben wurden Methoden und ein Prüfstand für Schleifscheiben entwickelt, der unterschiedliche Maschinen simulieren kann und damit halbautomatische Untersuchungen an verschiedenen Schleifmitteln ermöglicht. Damit wurden dynamische Übertragungsmodelle für verschiedene Schleifscheiben für die Geräteerprobung entwickelt. Zudem wurden Erkenntnisse zu kritischen Drehzahlen von Trennscheiben gesammelt und der Einfluss von Schleifscheiben auf die Belastung des Antriebsstrangs quantifiziert.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Methoden und ein Prüfstand für Winkelschleifer entwickelt, um das dynamische Verhalten von Maschine und Werkzeug in verschiedenen Anwendungen abzubilden. Damit wurden Dauerlauftests für verschiedene Anwendungen durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die Prüfstandtests die gleiche mechanische Belastung wie manuelle Tests abbilden und damit ein gleiches Tragbild im Winkelgetriebe ergeben.

Damit wurde durch das Vorhaben die Prüftechnik, Methoden und Erkenntnisse zu den Werkzeugen und Geräten sowie zur teilautomatisierten Erprobung bereitgestellt, um frühe entwicklungsbegleitende Versuche auf Prüfständen durchführen zu können und den Anteil der aufwändigen manuellen Tests in Geräte- und Werkzeugerprobung deutlich zu verringern. Somit wurde das Ziel des Forschungsvorhabens erreicht.