Motivation und Inhalt:

Abbruchhämmer sind Maschinen zum Zerkleinern von mineralischen Strukturen. Sie zeichnen sich durch ein Hammerschlagwerk aus, welches die Funktion von Meißel und Hammer in einer Maschine kombiniert. Durch hochfrequente Schlagimpulse zertrümmert die Meißelschneide den mineralischen Untergrund. Dabei ist das Schlagwerk großen Belastungen ausgesetzt. Unerlässlich für die Entwicklung leichter und dennoch robuster Maschinen sind Versuche mit Prototypen, da computergestützte Simulationen auf Vereinfachungen beruhen, durch die Unsicherheiten entstehen. Langzeittests mit mineralischen Materialien sind jedoch schwierig, da das Material während des Versuchs zerstört wird. Ebenso ist die Wiederholgenauigkeit solcher Versuche kritisch, da es sich beim Untergrund um ein Naturprodukt oder eine Dispersion bestehend aus Naturprodukten handelt. Eine gute Reproduzierbarkeit ist insbesondere bei Prüfungen zur Bewertung der Vibrationsemission erforderlich. Um vibrationsbedingte Erkrankungen zu vermeiden, sind diese Untersuchungen für handgehaltene Geräte wichtig und von der Gesetzgebung vorgeschrieben.
Abbruchhämmer gibt es in verschiedenen Größen: von kleinen handgehaltenen Bohrhämmern, über Presslufthämmer bis hin zu Hydraulikhämmern, die an Baggern angebaut werden. Für Bohrhämmer besteht seit Jahrzehnten die Bestrebung, Ersatzuntergründe zu entwickeln, die das Einschlagverhalten eines mineralischen Untergrunds reproduzierbar nachbilden und die Problematik der Materialzerstörung lösen. Bisherige Ersatzuntergründe erfüllen jedoch nicht alle Anforderungen von Maschinenentwicklern und Gesetzgebung. Forschungsziel ist es, einen Ersatzuntergrund auf Basis hydraulischer Komponenten zu entwickeln, der die Anforderungen erfüllt.

Stand der Technik/Forschung:

Für die Ermittlung der Vibrationsemission von Bohrhämmern wird heutzutage der mechanische Ersatzuntergrund Dynaload verwendet. Dieser besteht aus einem mit Stahlkugeln gefüllten Zylinderrohr, welches mit einer in axialer Richtung frei gelagerten Zylinderscheibe abgeschlossen ist. Wird mit einem Bohrhammer auf das System gehämmert, werden die Stahlkugeln deformiert. Durch Reibung entsteht ein dämpfendes Verhalten, welches das Hämmern auf mineralisches Material nachbilden soll. Schwächen des Systems sind die fehlende Einstellbarkeit, sowie das sich mit zunehmendem Verschleiß ändernde Dämpfungsverhalten. Für größere Abbruchhämmer wie Pressluft- und Hydraulikhämmer ist kein Ersatzuntergrund mit guten Dämpfungseigenschaften bekannt.

Forschungslücke:

Es ist nicht bekannt, wie präzise der Ersatzuntergrund Dynaload das Einschlagverhalten verschiedener mineralischer Materialien imitieren kann. Es ist nicht bekannt, inwieweit mit hydraulischen Elementen ein verschleißfreier und einstellbarer Ersatzuntergrund realisiert werden kann.

Projektziele:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Methode zur Bewertung von Ersatzuntergründen für Abbruchhämmer entwickelt. Mit der Methode wird der Ersatzuntergrund Dynaload analysiert und sein Einschlagverhalten für verschiedene Mineralien bewertet. Es wird ein hydraulischer Ersatzuntergrund für Bohrhämmer entwickelt. Dieser soll einstellbar sein, sodass das Einschlagverhalten verschiedener Materialien für Bohrhämmer unterschiedlicher Größe realitätsnah nachgestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird eine Methode erstellt, mit der hydraulische Parameter für die zu prüfende Kombination aus Bohrhammer und Material ermittelt werden können. Es wird untersucht, inwieweit die Methode zur Auslegung hydraulischer Ersatzuntergründe für die Prüfung größerer Hammerschlagwerke angewendet werden kann.