Realitätsnahe und reproduzierbare Randbedingungen in der Vibrationsanalyse - Ein Ersatzuntergrund für elektropneumatische Bohrhämmer = Realistic and Reproducible Boundary Conditions in Vibration Analysis - A Substitute Workpiece for Electro-pneumatic Hammer Drills

In Vibrationsanalysen von Power-Tools wird ermittelt, welchen Vibrationsemissionen der Anwender während der Anwendung ausgesetzt ist. Im System Power-Tool stehen Anwender, Maschine und Untergrund in einem direkten Leistungsfluss und beeinflus-sen sich durch ihre dynamischen Eigenschaften gegenseitig. Die Güte einer Vibrati-onsanalyse hängt sowohl vom Anwender als auch von der Maschine und dem Unter-grund ab. Ein Ansatz, zur Verbesserung dieser Güte, ist der Einsatz von physischen Ersatzsystemen für Anwender und Untergrund.
Die Norm DIN EN ISO 28927-10 regelt die Ermittlung der Schwingungsemission bei Bohrhämmern und bietet eine technische Lösung an, um die Streuung aus dem Kontakt Werkzeug-Untergrund zu verbessern. ... mehrNeben dieser technischen Lösung sind weitere Systeme am Markt vorhanden, mit denen der Kontakt zwischen Werkzeug und Untergrund nachgebildet werden kann. Bei den vorhandenen Systemen ist nicht sichergestellt, in welchem Anwendungsbereich sie Gültigkeit besitzen und wie realitäts-nah beziehungsweise wie reproduzierbar die Vibrationen im Vergleich zum Hammerbohren in Beton sind. Für realitätsnahe und reproduzierbare Vibrationsanalysen von Bohrhämmern liegt im Stand der Forschung kein geeignetes validiertes physisches Ersatzsystem vor.
In dieser Forschungsarbeit werden die Stoßzahl und das Bohrmoment verwendet, um die mechanisch-dynamischen Wechselwirkungen im Kontakt Bohrer-Beton zu beschreiben. Die Bohrmomente und Stoßzahlen werden in einer Studie für unterschiedliche Bohrtiefen, Betonsorten und Vorschubkräfte quantifiziert. Mittels eines Simulationsmodells werden die Stoßzahlen in einen physischen Ersatzuntergrund überführt und in einer Studie verifiziert. Abschließend werden in einer Vibrationsanalyse die Be-schleunigungen am Hauptgriff und am Gehäuse des Bohrhammers ermittelt und mit den Beschleunigungen beim Hammerbohren in Beton vergleichen.
Mit dem in dieser Forschungsarbeit entwickelten Ersatzuntergrund können Vibrationsanalysen realitätsnah und mit reduzierter Streuung im Vergleich zum Hammerbohren in Beton durchgeführt werden. Die Streuungen aus dem Stoßkontakt Bohrer-Beton werden durch den Einsatz einer Kombination aus Ringfeder und Graugusszylinder im Vergleich zum Hammerbohren in Beton reduziert. Die Aufprägung eines dem Hammerbohren in Beton äquivalenten Bohrmoments, führt zu einem realitätsnahen Be-triebspunkt des Bohrhammers. Diese Forschungsarbeit leistet einen Beitrag zum For-schungsschwerpunkt Ersatzuntergrundsysteme.

The vibration analyses of power tools determine the vibration emissions to which the user is exposed during the application. In the System Power-Tool, the user, the ma-chine and the workpiece are in a direct power flow and influence each other through their dynamic properties. The accuracy of a vibration analysis depends on the user as well as on the machine and the workpiece. One approach to improve this accuracy is to use physical replacement systems for the user and the workpiece.
The standard DIN EN ISO 28927-10 regulates the determination of the vibration emission of hammer drills and offers a technical solution to improve the scatter from the contact tool-workpiece. ... mehrIn addition to this technical solution, there are other systems on the market which can be used to simulate the contact between the tool and the workpiece. With the existing systems it is not guaranteed in which application area they are valid and how realistic and how reproducible the vibrations are compared to hammer drilling in concrete. For realistic and reproducible vibration analyses of hammer drills no suitable validated physical replacement system is currently available in the state of research.
In this research, the coefficient restitution and drilling torque are used to describe the mechanical-dynamic interactions in the contact between drill bit and concrete. Drilling torque and the coefficient restitution are quantified in a study for different drilling depths, concrete types and feed forces. By means of a simulation model, the impact coefficients are transferred to a physical workpiece replacement system and verified in a study. Finally, the accelerations at the main handle and the housing of the hammer drill are determined in a vibration analysis and compared with the accelerations during hammer drilling in concrete.
With the workpiece replacement system developed in this research work, vibration analyses can be carried out realistically and more reproducible in comparison to ham-mer drilling in concrete. The scatter from the impact contact between the drill bit and the concrete is reduced by the use of a combination of friction spring and a cast iron cylinder. The simulation of a drilling torque measured during hammer drilling concrete leads to a realistic hammer drill operating point. This research work makes a contribu-tion to the research focus workpiece replacements.