Antriebsstrangprüfstände zur Ableitung von Konstruktionszielgrößen in der Produktentwicklung handgehaltener Power-Tools

In dieser Arbeit werden zwei Antriebsstrangprüfstände zur Ableitung von Konstruktionszielgrößen für Antriebssysteme handgehaltener Power-Tools entwickelt, verifiziert und beispielhafte Zielgrößen für die Konstruktion ermittelt. Durch physische Komponententests unter Einbindung in die Umgebungssysteme wird es möglich, Antriebskomponenten früh im Produktentwicklungsprozess zu untersuchen und aufeinander abzustimmen. Besondere Vorteile bietet dies in frühen Produktentwicklungsphasen, in denen noch nicht alle Komponenten der Maschine funktionsfähig vorliegen. Damit wird das Frontloading in der Produktentwicklung unterstützt und gefördert.
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Die Arbeit beschreibt das Vorgehen zur Entwicklung zweier Antriebsstrangprüfstände für handgehaltene Power-Tools. Zunächst werden in manuellen Tests mit Hilfe von mit Messtechnik ausgestatteten Maschinen belastungsabhängige Systemgrößen experimentell erfasst und Erkenntnisse zum Systemverhalten in der Anwendung gewonnen. Es erfolgt die Entwicklung eines Prüfstands für Dynamikuntersuchungen an einem Winkelschleiferantriebsstrang und eines Prüfstands für die Untersuchung des Auslöseverhaltens von Überrastkupplungen in Akkubohrschraubern. Für beide Antriebsstrangprüfstände werden Lastmodelle aus den manuellen Tests generiert. Anhand der Anforderungen an die Antriebsstrangprüfstände werden diese verifiziert.

Die Ableitung von Konstruktionszielgrößen wird in Experimenten an den Antriebsstrangprüfständen durch beispielhafte Anwendungen gezeigt. Für den Lagersitz eines Winkelschleiferantriebs werden Bauteilvarianten, welche sich in ihrem Elastizitätswert unterscheiden, hinsichtlich dem Schwingungsverhalten des Triebstrangs untersucht und Konstruktionszielgrößen daraus abgeleitet. Für die Überrastkupplung eines Akkubohrschraubers werden Geometrievarianten hinsichtlich deren Einfluss auf das dynamische Verhalten des Triebstrangs untersucht und aus den Erkenntnissen Konstruktionszielgrößen abgeleitet.

In this work, two powertrain test benches are developed and verified to derive design targets for drive systems of hand-held power tools. Several design targets are determined. Physical component tests with integration into the surrounding systems enable to investigate and tuning drive components early in the product development process. This offers particular advantages in the early product development phases, in which not all components of the machine are yet functional. This supports and promotes frontloading in the product development.

The method for the development of two powertrain test benches for hand-held power tools is described. ... mehrIn manual tests, load-dependent system variables are experimentally acquired by means of machines equipped with sensors. Furthermore, these tests provide an insight into the system behaviour in the application. The development of a test stand for dynamic tests on an angle-grinder drive train and a test stand for the investigation of the release behaviour of overload clutches in cordless screwdrivers is carried out. For both powertrain test benches, load models are generated from the manual tests. The powertrain test benches are verified by checking the requirements.

Investigations on the powertrain test benches demonstrate the derivation of design targets for exemplary applications. Component variants of the bearing seat of an angle-grinder motor shaft, which differ in their elasticity value, are analysed with regard to the vibration behaviour of the drive train and design targets are derived from this. For the overload clutch of a cordless screwdriver, geometry variants are being investigated with regard to their influence on the dynamic behaviour of the drive train and design targets are derived.