Rückstoßoptimierungs-Konzepte für Bolzensetzgeräte

Abstract

The goal of this work was to derive new concepts for recoil optimization of direct fastening tools. The most promising concept was designed and manufactured as a prototype. With the prototype the concept could be validated. The project was approached with five working steps. As a first step an extensive report and patent research has been done in order to depict the state of the art inside and outside of Hilti. The second step was to build up a system model for gaining a deep system understanding. Building up on the system model new hypothesis/concepts could be derived in a third step. Those hypothesis/concepts were put through an assessment in order to select the most promising concept. The concept of using a carriage has been chosen. The idea behind that concept is to prolong the force-over-time signal by using a damper element mounted between the grip and the accelerated masses. Therefore, the force, acting on the hand of the user, gets reduced. In the fourth step the concept had to be put into a detailed design in order to manufacture a functional prototype. In the last step the chosen concept was validated by doing recoil measurements, pressure glove measurements and a video high speed analysis. The recoil measurement and the pressure glove measurement show a recoil reduction of around 50%. The video high speed analysis shows a slight reduction of the turning angle of the tool. During this work, finding the correct damper to achieve a prolonged ‘force-over-time’ curve played a central role. First, an ideal force-distance diagram of the required damping element was defined. Since the ideal force-distance diagram could not be achieved with standard damping elements, several companies of damping technology have been approached in order to find a suiting damping element. The damping elements of the different companies were further analyzed.

Ziel dieser Arbeit war es, ausgehend von einer Bericht und Patentrecherche Konzepte zur Verbesserung des Rückstoßempfindens bei Bolzensetzgeräten zu finden. Das vielversprechendste Konzept sollte als Prototyp ausgeführt werden, um anschließend validiert zu werden. Es wurde dabei methodisch in fünf Schritten vorgegangen. Im ersten Schritt wurde, um den Stand der Technik innerhalb und außerhalb von Hilti abzubilden, eine umfassende Recherche von internen Berichten sowie Patenten gemacht. Im zweiten Schritt wurde, um ein gutes Systemverständnis zu erlangen, ein System Modell erstellt. Aufbauend auf diesem konnten im dritten Schritt Hypothesen/Konzepte, welche zu einer Verbesserung des Rückstoßempfindens führen, formuliert werden. Diese Konzepte wurden anschließend einer Bewertung unterzogen. Als vielversprechendstes Konzept wurde das Konzept der Lafettierung gewählt. Das bedeutet, dass zwischen den durch den Rückstoßimpuls beschleunigten Massen und dem Griff ein Feder-Dämpfer-Element befestigt wird. Dadurch wird die maximale Handkraft reduziert, da die Kraft-über-Zeit-Kurve zeitlich gedehnt wird. Das gewählte Konzept wurde anschließend im vierten Schritt auskonstruiert und gefertigt. Im letzten Schritt wurde die Funktion des Konzepts validiert. Hierfür wurden Rückstoßmessungen, Druckhandschuhmessungen und eine Video-Highspeed-Analyse durchgeführt. Die Rückstoß und Druckhandschuh-Messungen zeigten eine Reduktion des Rückstoßes von etwa 50%. Die Video-Highspeed-Analyse zeigte eine geringe Reduktion der Drehbewegung des Geräts. Eine zentrale Aufgabe bei der Realisierung des Konzepts war es auch geeignete Dämpferelemente zu finden. Hierzu wurde zunächst die ideale Federkennlinie definiert. Da für die geforderte Federkennlinie keine Standardlösung gefunden werden konnte, wurden Anfragen an verschiedene externe Dämpfungstechnik-Firmen gestellt, um eine technische Lösung für die geforderten Eigenschaften des Dämpfers zu erhalten. Die Lösungen der verschiedenen Firmen wurden näher untersucht.