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INTERAS

Das intelligente Rasenmähermesser

Programm / Ausschreibung Bridge, Brückenschlagprogramm, 27. Ausschreibung Bridge 1 Status laufend
Projektstart 02.01.2019 Projektende 30.06.2022
Zeitraum 2019 - 2022 Projektlaufzeit 42 Monate
Keywords Simulation; Mehrkörpersysteme; Parameterermittlung; Rasenmähgeräte

Projektbeschreibung

Bei hochwertigen technischen Produkten ist der zuverlässige, sichere und ergonomische Betrieb mittlerweile zur Voraussetzung für erfolgreiche Marken und Produkte geworden. Für Rasenmähgeräte müssen beispielsweise personengefährdende Situationen wie z.B. Messerbruch ausgeschlossen werden und eine prognostizierte Lebensdauer muss für alle Komponenten eingehalten werden um am europäischen Markt zu bestehen. Zudem müssen Hersteller auf aktuelle Trends wie individualisierte Produkte und den zunehmend autonomen Betrieb reagieren. Die Individualisierung bringt jedoch große Herausforderungen für die Zuverlässigkeit mit sich, da nicht alle Komponenten in allen möglichen Kombinationen ausreichend berechnet und getestet werden können. Um bei der steigenden Autonomie gleichzeitig eine hohe Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit bzw. Benutzerfreundlichkeit zu erreichen sind genaue Modelle notwendig, die es erlauben in nahezu allen Situationen die richtige Entscheidung zu treffen. Das Rasenmähermesser nimmt dabei eine entscheidende Rolle ein, da es die wesentliche Größe an der Schnittstelle zwischen der situationsabhängigen und damit veränderlichen Außenwelt und dem bekannten Gerät darstellt. Das hier vorgestellte Projekt INTERAS (Das intelligente Rasenmähermesser) hat als vorrangiges Ziel, die Vorgänge am Messer, d.h. Kräfte, Momente, Deformation bzw. Schwingungen, Spannungen, etc., in unterschiedlichen Betriebsbedingungen besser zu verstehen, da eine genaue Kenntnis der Vorgänge am Messer die Entwicklung von Rasenmähgeräten wesentlich voranbringt. Dabei werden einerseits über Versuchsstände und Versuchsgeräte mit entsprechender Messtechnik ausreichend Daten gesammelt und andererseits die aus den Daten erstellen Simulationsmodelle verwendet um mit einfacher Messtechnik, welche sich in Produkte aufgrund der niedrigen Kosten integrieren ließen (z.B. Beschleunigungssensoren), die Kräfte am Messer zu rekonstruieren. Durch die kontinuierliche Identifikation der Kräfte am Messer kann der Schneidvorgang in vieler Hinsicht optimiert werden – z.B. energieeffizient, schwingungsreduziert oder lärmreduziert – wodurch ein entscheidender Wettbewerbsvorteil erzeugt werden kann. Mithilfe der entwickelten Simulationsmodelle ist es möglich, die Auslegung zukünftiger Geräte auch deutlich zuverlässiger und schneller durchzuführen. Darüber hinaus soll durch eine Korrelation der Messdaten an unterschiedlichen Positionen wie z.B. direkt am Messer, Gehäuse oder Antrieb bestimmt werden, wie viele Sensoren zur Abschätzung der Betriebsbedingungen und Störfälle benötigt werden. Somit werden im letzten Teil des Projektes auf Basis der Versuche und Modelle Strategien entwickelt, welche zu einer gesteigerten „Intelligenz“ der Geräte im Sinne autonomer Funktionalität führen.

Abstract

Reliable, safe and ergonomic operation of high-quality technical products has become a prerequisite for successful brands and products. In the case of lawn mowers situations that could endanger people (e.g. broken blades) must be ruled out and a predicted service life must be maintained for all components in order to survive on the European market. In addition, manufacturers must react to current trends such as individualized products and increasingly autonomous operation. However, individualization poses great challenges for reliability, as not all components can be sufficiently analyzed and tested in all possible combinations. In order to achieve a high level of safety, usability and user-friendliness at the same time as autonomous functionality increases, precise models are required that allow the right decision to be made in (almost) all situations. The lawnmower blade plays a decisive role here, as it represents the essential part at the interface between the situation-dependent and unknown environment and the known device. The primary objective of the project INTERAS (The Intelligent Lawnmower Blade) is to better understand the processes at the blade, i.e. forces, moments, deformation or vibrations, stresses, etc., in different operating conditions, since their precise knowledge significantly advances the development of lawn mower equipment. On the one hand, sufficient data is collected from test benches and mowers with appropriate measuring devices. On the other hand, the simulation models created from the measured data are used to reconstruct the forces at the blade using simple measuring technology which could be integrated into products due to low costs (e.g. acceleration sensors at the housing). By continuously identifying the forces at the blade, the cutting process can be optimized in many respects – e.g. energy-efficient, reduced vibration or reduced noise – which can generate a decisive competitive advantage. With the help of the simulation models developed, it is also possible to faster design future devices and to make them more reliable. In addition, a correlation of the measured data at different positions, e.g. directly at the blade, housing or drive, should determine how many sensors are required to estimate the operating conditions and faults. In the last part of the project the experiments and models are evaluated in order to develop strategies, which lead to an increased "intelligence" of the devices in the sense of extended autonomous functionality.