Untersuchung und Analyse der Wechselwirkung zwischen den prüftechnischen und geometrischen Einflüssen zur sicherheitsgerechten und gefährdungsangepassten Dimensionierung der Schnittstelle Polycarbonat-Sichtscheibe und trennende Schutzeinrichtung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 171578664

Durch abgeschleuderte Elemente treten an Werkzeugmaschinen je nach Fertigungsverfahren Energien von über 80 kJ [UHL99] auf. Um den Maschinenbediener zu schützen, werden trennende Schutzeinrichtungen verwendet, die zur Prozessbeobachtung mit Maschinensicherheitsfenster ausgerüstet sind. Der Kern dieser sind Polycarbonat (PC) -Sichtscheiben. Zur sicherheitsgerechten Dimensionierung von trennenden Schutzeinrichtungen werden Aufprallprüfungen gemäß den entsprechenden Normen DIN EN 12415, DIN EN 12417 [DIN01b, DIN07c] vom Berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitssicherheit (BGIA) und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin durchgeführt. Der Fokus dieser Untersuchungen ist die Verhinderung des Durchschlags von Maschinensicherheitsfenstern. Das „Durchziehen“, d. h. das Prüfmuster wird aus der Wandmusteraufnahme gedrückt, wurde bisher nicht separat untersucht, ist jedoch ein enormes Gefahrenpotential [UHL09]. Die bisher durchgeführten Forschungsarbeiten bezüglich variierender Auflagebreite und geänderter Aufprallpunkte [MEW99, UHL01, ISI01, BOL04] liefern lediglich einige Hinweise, jedoch ist die Betrachtung der Wechselwirkungen der Einflussparameter unzureichend. Daher fehlt das ganzheitliche Verständnis zur Analyse, Erklärung und Verhinderung des Durchzugverhaltens vollständig. Um diese offene Fragestellung zu beantworten, soll im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens eine Untersuchung und Analyse der Wechselwirkung zwischen den prüftechnischen und geometrischen Einflüssen zur sicherheitsgerechten und gefährdungsangepassten Dimensionierung der Schnittstelle PC-Sichtscheibe und trennende Schutzeinrichtung durchgeführt werden. Hierzu werden erstmalig die Einflussparameter Auflagenbreite, Abmessung, Geometrie, Aufprallpunkt sowie die Materialstärke der PC-Sichtscheibe und der Auflagefläche in Abhängigkeit voneinander untersucht. Die Ergebnisse ermöglichen ein ganzheitliches Verständnis bezüglich des Werkstoffverhaltens der Schnittstelle PC-Sichtscheibe und trennender Schutzeinrichtung (in der Regel Stahl), die in bisherigen Untersuchungen stets als gegeben vorausgesetzt wurde. Die Meilensteine des Forschungsvorhabens sind die iterative Verbesserung der bestehenden FE-Modelle für den Aufprall, die genaue Betrachtung und Bestimmung der Auswirkungen des außermittigen Aufpralls, die Berücksichtigung nichtquadratischer Prüfmuster sowie die Integration der Auflage als nicht-starres Element, wie es der Realität entspricht. Das Hauptziel ist die Bestimmung der notwendigen Auflagebreite sowie die Materialstärke der Auflage von PC-Sichtscheiben in Abhängigkeit Ü von der PC-Materialstärke, der Abmessung PG inklusive der Geometrie und des kritischen Aufprallpunktes A, so dass ein Durchziehen verhindert wird. Die Untersuchungen werden an monolithischem PC durchgeführt, da dieses der Kern aller Maschinensicherheitsfenster ist. In der Praxis ist der monolithische Einsatz jedoch nicht zu empfehlen [VDW05]. Zur Reduzierung des finanziellen und zeitlichen Aufwands sollen die Untersuchungen schwerpunktmäßig durch Simulation mit Hilfe des Programms MSC.MARC/MENTAT durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden anschließend experimentell verifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen