Bosch - Symulacje komputerowe - innowacyjne techniki badające wytrzymałość i wydajność elektronarzędzi

Z jakimi obciążeniami musi poradzić sobie elektronarzędzie w sytuacjach ekstremalnych? Jak zachować wysoką wydajność produktu przy jednoczesnym zmniejszeniu jego rozmiarów? Dzięki przeprowadzanym symulacjom komputerowym oraz testom rzeczywistym można optymalizować właściwości produktu, a tym samym zwiększyć jego trwałość i wydajność.

Wyobraźmy sobie sytuację, gdy w trakcie remontu elewacji użytkownikowi wypada z ręki wkrętarka akumulatorowa. Uderzenie o twarde podłoże stanowi ekstremalne obciążenie dla takiego urządzenia, a przecież produkt powinien wyjść z tego bez szwanku – tego w każdym razie oczekuje klient. W laboratoriach Boscha odtwarzane są sytuacje mogące wydarzyć się w trakcie pracy. Prowadzone są zarówno testy, w których upadek jest filmowany kamerą wideo, jak również testy wirtualne. Następnie poprzez porównanie rzeczywistych i wirtualnych faz upadku modele symulacyjne są dopasowywane do odpowiednich warunków.

Dzięki symulacjom komputerowym rozszerzane są granice wytrzymałości mechanicznej produktów, co ma wpływ na ich trwałość i wydajność.


Dodatkowym atutem symulacji komputerowej jest wizualizacja naprężeń i sił rozciągających działających w materiale, co pozwala wykryć punkty konstrukcji najbardziej narażone na uszkodzenie. W zależności od obciążeń inżynierowie mogą wzmocnić materiał w danym miejscu lub zmienić konstrukcję danego elementu. Ważnym działaniem jest zoptymalizowanie wzornictwa elektronarzędzia już w fazie projektowania nowego modelu, gdyż dzięki temu można uniknąć kosztownych i czasochłonnych modyfikacji urządzenia w późniejszym czasie. Wysoka wydajność i niewielkie wymiary to najnowsze trendy w branży elektronarzędzi oraz urządzeń elektrycznych, które w związku z tym wymagają efektywnego chłodzenia.

Dużym wyzwaniem technicznym dla konstruktorów jest doprowadzenie strumienia chłodnego powietrza lub cieczy do miejsca wymagającego chłodzenia. Przy ograniczonej powierzchni dochodzi do większych strat mocy i wytwarzania ciepła, które należy odprowadzić na zewnątrz. Przegrzanie może stać się przyczyną zmęczenia i pękania materiału. Dlatego już w fazie projektowania nowych wiertarek inżynierowie zwracają baczną uwagę na to, aby w urządzeniu nie dochodziło do miejscowego, nadmiernego wzrostu temperatury. Odbywa się to między innymi przy zastosowaniu symulacji komputerowych przepływu powietrza, które pozwalają obserwować wszystkie szczegółowe parametry obiegu powietrza w urządzeniu.

Dzięki modelom urządzeń można stwierdzić, w jakim stopniu uzwojenia silników, części z tworzyw sztucznych czy łożyska odprowadzają ciepło. Produkty poddawane są również badaniom na stanowiskach testowych, gdzie odbywa się na przykład pomiar temperatury. Zewnętrzną oznaką systemu chłodzenia, zauważalną dla użytkownika wiertarki, są szczeliny wentylacyjne. Ich liczba oraz rozmieszczenie są wynikiem intensywnej pracy konstruktorów, wykonywanej zarówno przy pomocy modeli wirtualnych, jak i modeli rzeczywistych elektronarzędzi.

Wyobraźmy sobie sytuację, gdy w trakcie remontu elewacji użytkownikowi wypada z ręki wkrętarka akumulatorowa.




Dzięki zastosowaniu metody symulacji komputerowej udało się zaprojektować nową wkrętarkę, która przetrwa upadek z wysokości kilku metrów bez uszczerbku.

Symulacje komputerowe przepływu powietrza pozwalają obserwować wszystkie szczegółowe parametry obiegu powietrza w urządzeniu.


Symulacje komputerowe wykorzystywane są również do prac nad zmniejszeniem hałasu podczas pracy elektronarzędzi.

Jedną z metod testowania i optymalizowania konstrukcji urządzenia na monitorze komputera jest metoda elementów skończonych (Finite Elements Metod). Przy jej pomocy można prowadzić precyzyjną symulację właściwości materiałowych oraz warunków fizycznych. Dzięki temu już w fazie badań można w krótkim czasie stworzyć i zanalizować wiele wariantów konstrukcyjnych urządzenia. Takie działania były podjęte w przypadku wkrętarki akumulatorowej.

Metoda elementów skończonych umożliwiła wykrycie słabszych punktów produktu i zmodyfikowanie ich poprzez zastosowanie miejscowych wzmocnień lub wybór innego materiału. Modyfikacje są na bieżąco poddawane kolejnym testom, które trwają do chwili opracowania parametrów zapewniających urządzeniu możliwie najdłuższą żywotność. Dzięki tym badaniom wkrętarka akumulatorowa Boscha jest w stanie bez uszczerbku przetrwać upadek z wysokości kilku metrów.

Symulacje komputerowe wykorzystywane są również do prac nad zmniejszeniem hałasu podczas pracy elektronarzędzi. Przykładem jest laserowa technika pomiarowa. Dzięki niej można zobaczyć pola fal dźwiękowych emitowane przez szlifierkę kątową. W metodzie tej światło lasera opóźniane jest w różnym stopniu przez powietrze, którego gęstość w polu dźwiękowym zmienia się. Dokładna mapa propagacji sygnału wykorzystywana jest do lokalizacji źródła dźwięku.