Ziel der Entwicklung
Die vorrangige Motivation für die Bearbeitung des FuE-Projekts war es, dass die auf dem Anwender einwirkenden starken und gesundheitsschädlichen Belastungen bei dem Einsatz von elektrisch angetriebenen, handgeführten Elektrowerkzeugen (Winkelschleifer), durch die angestrebten Entwicklungsergebnisse relevant reduzieren werden können.
Schleifwerkzeuge, die in handgeführten Elektrowerkzeugen eingesetzt werden, haben die Nachteile eines starken Schwingens und einer hohen Geräuschemission. Beide Erscheinungen führen zu großen gesundheitlichen Belastungen für den Anwender als auch zu Problemen im Hinblick auf Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit für den Arbeitgeber und erhöhen zudem den Verschleiß am Werkzeug und dadurch auch die Leistungsfähigkeit des Werkzeuges. Aufgrund der langen Expositionszeiten für Lärm und Vibration beim Schleifen im Vergleich zu einem Trennprozess kam der angestrebten Entwicklungslösung, eines neuartigen Sandwich-Schleifwerkzeugs, eine wichtige Bedeutung zu. Beim Einsatz von Trennschleifern ist die Expositionszeit deutlich geringer und damit auch die Belastung für den Anwender weniger ausgeprägt. Bisherige Entwicklungen von Trennscheiben waren ausschließlich auf die Reduzierung des Lärms gerichtet und dienten nicht vorrangig der Verringerung von Vibrationen, da diese beim Trennen keine so entscheidende Rolle spielen.
Im Rahmen des geplanten FuE-Vorhabens bestand daher die Zielstellung lärm- und schwingungsgedämpfte Schleifscheiben für handgeführte Elektrowerkzeuge zu entwickeln, um einerseits die Belastung für den Anwender während des Einsatzes so stark zu reduzieren, dass keine Krankheiten, wie zum Beispiel das Weißfinger-Syndrom und/oder Gehörschäden, aufgrund der Minimierung bzw. Eliminierung von gesundheitsschädlichen Auswirkungen durch den Einsatz der Werkzeuge mehr auftreten können. Andererseits sollte durch die geplante Entwicklung eine Reduzierung des Verschleißes wie auch eine Erhöhung der Abtragsleistung beziehungsweise eine höhere Lebensdauer der Schleifwerkzeuge bei gleichzeitiger Einhaltung einer sehr guten Bearbeitungsqualität erzielt werden.
Vorteile und Lösungen
Als Lösungsansatz zur Erreichung der geplanten Zielstellungen wurden einerseits schwingungsdämpfende Materialien im Trägerkörper der Schleifwerkzeuge eingesetzt, die zwischen den zwei Außenlagen, vorzugsweise zwei dünne Scheiben aus Blech, integriert worden sind. Andererseits wurde die Geometrie des Trägerkörpers so gestaltet, dass durch gezielte Beeinflussung der Luftströmung während der Rotation der Schleifscheibe im handgeführten Elektrowerkzeug die Schwingungen und die Lärmemissionen minimiert werden konnten. Zur Erreichung der Projektzielstellung wurden sowohl die Schleifscheibengeometrie als auch Art und Aufbau des Dämpfungsmaterials untersucht, um so die weitestgehend optimale Lösung zur Geräusch- und Vibrationsdämpfung bei gleichzeitigem optimalen Standzeitverhalten und Bearbeitungsergebnis entwickeln zu können.
Im Ergebnis des Projektes konnte die Amplitude der Schwingung am Werkzeuggriff und die Geräuschemission relevant reduziert werden. Weiterhin wurde die Wärmeabfuhr von der Bearbeitungsstelle deutlich verbessert. Im Frequenzbereich ab 4 kHz wurde ein wesentlich schmaleres Spektrum erzielt, weshalb eine hohe Anzahl von Frequenzanteilen eliminiert wurde. Dadurch kann die gesundheitsschädigende Wirkung durch die Lärmbelastung sowie den Vibrationseintrag auf die Hände des Bedieners deutlich reduziert werden. Die im Rahmen des Projektes für die Versuchszwecke hergestellten Schleifscheiben haben einen Durchmesser von 125 Millimeter. Diese Größe ist die am weitesten verbreitete für handgeführte Geräte.
Diese Prototypwerkzeuge weisen die folgenden technischen Kenndaten auf: Scheibendurchmesser: 125 Millimeter, Scheibendicke: zirka zwei Millimeter, Dämpfungsmaterial: Luftspalt, maximal zulässige Drehzahl: 10.000 Umdrehungen pro Minute, Geräuschminderung: minus zehn Dezibel, Dämpfung am Werkzeuggriff: minus zehn Prozent, Schleifbelag: variabel, je nach Anwendungsfall und Fügeverfahren: Schweißen (zwischen Ober- und Unterschale).
Die Reduzierung der Schwingungen während der Bearbeitung, insbesondere an der Schleifscheibe selbst, gewährleistet auch ein deutlich vermindertes Verschleißverhalten des Werkzeuges.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die neuartigen Schleifscheiben sollen sowohl in der Bau- als auch in der Metallindustrie ihren Einsatz finden. Dazu wurden Prototypen einer Schleifscheibe mit einem Durchmesser von 125 Millimeter für handgeführte Elektrowerkzeuge realisiert. Die Möglichkeit der Skalierung auf Scheiben mit einem Durchmesser bis zu 230 Millimeter wurde in die Entwicklung mit einbezogen und ist grundsätzlich möglich. Die Zielstellung für die zu erreichende Dicke des Trägerkörpers des Schleifwerkzeugs lag bei drei Millimeter und wurde mit zwei Millimeter relevant übertroffen. Durch einen angepassten Schleifmittelbelag kann der neuartige Werkzeuggrundkörper in Sandwich-Bauweise an verschiedenste Anforderungen hinsichtlich des Materials und der Bearbeitungsaufgabe angepasst werden.
