Ein gesamtsystemischer Ansatz zur simulationsgestützten Analyse und Optimierung eines Bohrhammerschlagwerkes [finale Version] = An overall systemic approach for the simulation-supported analysis and optimization of a striking mechanism of a hammer drill [final version]

Pneumatische Bohrhämmer wurden Ende des 19 Jahrhunderts für den Bergbau entwickelt. Heutzutage sind deutlich leistungsstärkere und leichtere elektropneumatische Bohrhämmer auf Baustellen anzutreffen. Die Abstimmung und Optimierung des Schlagwerks ist bis heute eine Herausforderung.
Diese Arbeit beschreibt einen gesamtsystemischen Ansatz zur simulationsgestützten Analyse und Optimierung eines Bohrhammerschlagwerkes. Über einen gesamtsystemischen Ansatz wird ein Bohrhammerschlagwerk analysiert, simuliert und anschließend Optimierungsvorschläge entwickelt. Bei diesem Vorgehen wird das Power-Tool in Wechselwirkung mit seinen umgebenden Systemen Anwender und Umwelt betrachtet. ... mehrSomit entsteht ein Gesamtsystem aus Anwender, Power- Tool und Umwelt, das mit Prüfständen verifiziert wird.
Ziel der Forschungsarbeit ist die Entwicklung einer Simulationsmethode zur Optimierung von elektropneumatischen Bohrhammerschlagwerken. Dies wird am Beispielsystem Makita DHR243RTJ beschrieben. Mithilfe eines dreistufigen Ansatzes, Systemidentifikation, Simulationsmodell und Schlagwerkoptimierung, konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden.
Durch die genaue Analyse des Gesamtsystems Anwender, Power- Tool und Umwelt, konnten relevante Parameter, die die Schlagleistung beeinflussen, identifiziert werden. Ein deutlicher Einflussparameter ist die Andruckkraft. Die Andruckkraft ist die vom Anwender auf den elektrischen Bohrhammer in Vorschubrichtung wirkende Kraft.
Mit dem Simulationsmodell des Schlagwerks kann die Einzelschlagenergie berechnet werden. Dieses Modell nutzt Eingangsgrößen, die an einem physischen Prüfstand gemessen wurden. Die berechneten Ausgangsgrößen der Simulation werden mit den entsprechenden Messgrößen am gleichen Prüfstand verglichen.
Es konnte nachgewiesen werden, dass die berechneten Ausgangsgrößen der Simulation von den gemessenen Daten am Prüfstand nur geringfügig abweichen. Darüber wurde das Simulationsmodell verifiziert. Die Parameterstudien, die mit dem Simulationsmodell durchgeführt werden, reduzieren den Testaufwand bei der Entwicklung von Schlagwerken.
Als Ergebnis werden geometrische Änderungen vorgeschlagen, die zu einer Optimierung des Bohrhammerschlagwerks führen.
Ein Erfolgsfaktor dafür, ist die simulationsgestützte Analyse im gesamtsystemischen Ansatz.

Pneumatic hammer drills were developed for the mining industry at the end of the 19th century. Today, much more powerful and lighter electro-pneumatic hammer drills can be found on construction sites. The tuning and optimization of the striking mechanism is still a challenge for development engineers today.
This paper describes a simulation method for optimizing a striking mechanism of a hammer drill. An overall systemic approach is used to analyse, simulate and optimize a striking mechanism of a hammer drill. This approach looks at the power tool in interaction with its surrounding subsystems, the user and the environment. ... mehrThis results in a complete system consisting of user, power tool and environment, which is verified with test rigs.
The aim of the research work is to develop a simulation method for the optimization of electro-pneumatic striking mechanism of a hammer drill. This is described in the example of the Makita DHR243RTJ system. The three-stage approach: system identification, simulation model and percussion optimization led to the following insights:
The precise analysis of the overall system user, power tool and environment allowed us to identify relevant parameters that influence the impact performance. A clear influence parameter is the extent to which the user presses on the electric drill hammer (pressure force).
The individual impact energy can be calculated using a simulation model of the striking mechanism. This model uses input variables that are also measured on a physical test rigs and calculates output variables that are also measured there. The deviation of the output variables from the simulation to the measurements are small and thus the model is verified. Parameter studies carried out with the help of the simulation model reduce the testing effort.
As a result, geometric changes are proposed that optimize the striking mechanism of a hammer drill using the simulation model.
A success factor for this is the simulation-supported analysis in the overall systemic approach.