Christian Schumacher – Anwendungstechniker bei Barlog und leidenschaftlicher Mountainbiker – war an der Ideenfindung für einen Schraubenschlüssel aus Kunststoff beteiligt. Foto: Barlog

Leichtes Werkzeug

Leichtbau

Drehmoment mit Überraschung: Wie eine Metallsubstitution den Alltag erleichtert

Metallsubstitution sorgt für leichtere Bauteile und somit für energieeffizientere Maschinen oder Antriebe. In der Automobilindustrie etwa ist Leichtbau schon lange ein beherrschendes Thema. Doch welchen Nutzen bringen Leichtbauteile in unserem Alltag? Eine Antwort auf diese Frage haben die Experten der Barlog Gruppe durch ein Entwicklungsprojekt gefunden – indem sie einen Schraubenschlüssel konzipierten, der den Alltag von Outdoorsportlern spürbar erleichtert.

Christian Schumacher ist Anwendungstechniker und bereits seit seiner Ausbildung bei der Barlog Gruppe. Als leidenschaftlicher Mountainbiker kam er während seiner Zeit als Auszubildender regelmäßig mit dem Rad zur Arbeit und hat damit das Entwicklerteam zu einer Idee inspiriert: Da es beim Radsport auf jedes Gramm ankommt, lässt sich sicher auch beim mitgeführten Werkzeug noch Gewicht einsparen. Die Idee war geboren und musste nur noch umgesetzt werden.

Peter Barlog, Geschäftsführer der Barlog Gruppe Foto: Barlog
Peter Barlog, Geschäftsführer der Barlog Gruppe Foto: Barlog

„Im Elektrobereich würde ein kompletter Werkzeugsatz aus Kunststoff zwei Vorteile bringen: leichtes Gewicht und elektrische Isolation.“

„Eigentliches Ziel des Projekts war, ein Bauteil zu entwerfen, an dem sich die Metallsubstitution durch Kunststoff besonders gut demonstrieren lässt“, erklärt Peter Barlog, Geschäftsführer der Barlog Gruppe. „Herausgekommen ist nicht nur ein perfekter Demonstrator, sondern ein praktisches Werkzeug, das wegen seines geringen Gewichts besonders nützlich für Outdoorsportler ist.“ Ein 13er-Schraubenschlüssel aus Kunststoff spart mit einem Gewicht von etwa 20 g im Vergleich zu seinem metallischen Pendant rund 42 g ein. Dies könnte ein erster Schritt zu einem vollständigen Satz von aus Kunststoff bestehenden und elektrisch isolierenden Werkzeugen im Werkzeugkasten sein.

In sieben Schritten zum Kunststoff-Schraubenschlüssel
Auf Herz und Nieren im Prüflabor getestet: Der Schraubenschlüssel aus Kunststoff arbeitet bis zu einem Drehmoment von über 18 Nm. Foto: Barlog
Auf Herz und Nieren im Prüflabor getestet: Der Schraubenschlüssel aus Kunststoff arbeitet bis zu einem Drehmoment von über 18 Nm. Foto: Barlog

Der Entwicklungsprozess bestand aus sieben verschiedenen Schritten: aus der Definition des Anforderungsprofils (1), dem Festlegen des Gestaltungsspielraums (2), der Simulation der mechanischen Belastung (3), der kunststoffgerechten Konstruktion (4), der Simulation der optimierten Geometrie (5) und letztlich der Umsetzung im Prototypenwerkzeug (6) mit abschließender Verifizierung der Leistungs­fähigkeit im Prüflabor (7). Alle Schritte wurden mithilfe des Full-Service-Angebots von Barlog in verschiedenen Geschäftsbereichen des Kunst­stoff­experten realisiert.
Die Definition des Anforderungsprofils (1) lautete: Das Werkzeug muss genau die Leistung wie sein Pendant aus Metall erbringen und dementsprechend bis zu einem Drehmoment von über 18 Nm standhalten. Weitere notwendige Eigenschaften: elektrisch isolierend, einsatz­fähig bei Raumtemperatur sowie beständig gegen alle üblichen im Werkstattalltag eingesetzten Substanzen wie Öle, Fette oder Bremsflüssigkeit. Ziele der äußeren Gestaltung (2): Das Werkzeug muss auf eine Sechskantmutter passen, und der Maulschlüssel darf nicht dicker als das Original aus Metall sein.

Bei der Simulation der mechanischen Belastung (3) wurde die Bauteilgeometrie dann auf die Probe gestellt. „Mithilfe der Finite-Elemente-­Methode haben wir zunächst die Faserorientierung des Kunststoffs und dann das erreichbare Drehmoment ermittelt“, erklärt Barlog. „Nach der Simulation hielt das entwickelte Werkzeug leider nur einem Drehmoment von bis zu 8,65 Newtonmeter stand. Wir mussten daher noch einige Parameter ändern.“ Mit ihrer Expertise und Erfahrung gelang es den Barlog-Mitarbeitern, die Geometrie des Bauteils zu optimieren und so die kunststoffgerechte Konstruktion (4) abzuschließen. „Bevor das Werkzeug dann tatsächlich als Prototyp gebaut wurde, musste die optimierte Geometrie (5) in wiederkehrenden Simulationen bestehen“, so Barlog. Dies bedeutete grünes Licht für das Team des Barlog-Geschäftsbereichs Protosys: Im eigens entwickelten Rapid-Tooling- Verfahren stellten die Mitarbeiter den Prototypen schnell und kostengünstig aus dem Originalkunst­stoff her (6). Abschließend wurde das tatsächlich erreichte Drehmoment im Prüflabor verifiziert (7): Es wurden alle Tests bestanden, und die zuvor berechneten 18,7 Nm wurden sogar leicht übertroffen.

Erleichterung bei Sportler und Elektriker

Das Ergebnis: Aus einem Demonstrator wurde direkt ein Werkzeug im Einsatz, und Outdoorsportler Christian Schumacher ist noch heute mehr als zufrieden mit dessen Leistung. „Als ich den Prototypen in der Hand hielt, habe ich ihn direkt getestet und war begeistert“, erinnert sich Schumacher. „Man kann den Schraubenschlüssel für viele Reparaturen einsetzen. Dank der deutlichen Gewichtseinsparung von 70 Prozent ist das Werkzeug wirklich bequem zu transportieren. Das macht ein Radfahrerherz glücklich.“

Außerdem stellt der Schraubenschlüssel eine Inspiration für die Entwicklung weiterer Werkzeuge aus Kunststoff dar – da der Prototyp elektrisch isolierend ist, wäre eine komplette Werkzeugserie dieses Materials zum Beispiel für Elektroinstalla­teure eine echte Alternative. „Im Elektrobereich würde ein kompletter Werkzeugkasten aus Kunststoff gleich zwei Vorteile bringen“, so Barlog. „Zum einen die Gewichtsreduktion und zum anderen würde sich der Installateur den Wechsel zwischen elektrisch isolierenden und nicht isolierenden Werkzeugen sparen. Und das wiederum führt zu einem schnelleren und leichteren Arbeitsprozess.“

 

Aufmacherbild: Barlog