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Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 1
U L M A
Ziele
Mit der Anwendung des Ultraleichtbaus wird die Funktionalität bei mobilen Arbeitsmaschinen durch Erhöhung bzw. durch Verbesserung von:
• Reichhöhe, • Reichweite, • Traglasten, • Verstellgeschwindigkeit, • Positionierungsgenauigkeit, • dynamischer Standsicherheit und • Fahrdynamik
erreicht.
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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U L M A
Umsetzung dieser Ziele
Die konsequente Anwendung des Form-, Stoff- und Strukturleichtbaus bei Verwendung von dünnen hochfesten Baustählen in Verbindung mit Metallschaum als Versteifungsstruktur führt zu ultraleichten Bauelementen mit hoher Systemsteifigkeit und -dämpfung.
Stellvertretend für die vielfältigen Arbeitseinrichtungen wurde der Ultraleichtbau beispielhaft an drei Demonstratoren untersucht.
Knickgelenkter Hohlkastenprofilausleger mit Leichtbauförderleitung
Verstellkinematik mit Leichtbau-Hydraulikzylinder
Schnellwechseleinrichtung mit Standardtieflöffel
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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U L M A
Projektpartner Forschungsbegleitender Arbeitskreis
Fraunhofer InstitutFertigungstechnikM aterialforschung
Universität Paderborn
Projektträger
Jean Harzheim GmbH & Co. KG
Gebr. Regenold GmbH & Co. KG
ZARM-Technik GmbH
Colcrete von Essen GmbH & Co. KG
Baier-Consulting Schunk
Sintermetalltechnik GmbH
Ingenieurbüro Dr.-Ing. E. Güner
DLR, Institut für Strukturmechanik
FHT Esslingen, FB Fahrzeugtechnik
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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U L M A
Metallschäume für den Leichtbau...
hohe spezifische Steifigkeit effiziente Energieabsorption erhöhtes Dämpfungsvermögen breiter Einsatztemperaturbereich gute Bearbeitbarkeit Recyklierbarkeit Nichtbrennbarkeit
Fraunhofer GesellschaftFirmenangehörige 11000Umsatz: Mio. Euro 90056 Institute bundesweit
Fraunhofer GesellschaftFirmenangehörige 11000Umsatz: Mio. Euro 90056 Institute bundesweit
Fraunhofer-Institut IFAMWiener Str. 12 Tel +49 421 2246 - 028359 Bremen Fax +49 421 2246 - 300homepage: http://www.fhg.ifam.de
komplex geformte Schaumbauteile
3-dim. Sandwichmaterialien
Machbarkeitsstudien
Aussteifung von Hohlbauteilen
Energieabsorber
Vibrationsdämpfung
Schalldämpfung
Brandschutz
komplex geformte Schaumbauteile
3-dim. Sandwichmaterialien
Machbarkeitsstudien
Aussteifung von Hohlbauteilen
Energieabsorber
Vibrationsdämpfung
Schalldämpfung
Brandschutz
Projektpartner IFAM
Verfahrensentwicklung
Werkstoffoptimierung
Machbarkeitsstudien
Kleinserienfertigung
Fraunhofer InstitutFertigungstechnikM aterialforschung
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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T-förmiges Bauteil Platte
Schaumdichte: 0,5 g/cm³
Aluminiumschaumkerne zur Verstärkung von Kastenprofilen
Schaumdichte: 0,6 g/cm³
Fraunhofer InstitutFertigungstechnikM aterialforschung
Projektpartner IFAM
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Herstellung von Schaumbauteilen aus Granulaten
Schäumbares Vormaterial in Block- oder Plattenform Kann durch Sägen und/oder Schneiden granuliert werden.
Größere Granulatmengen können elegant durch Stanzen oder industrielle Granulierverfahren hergestellt werden.Schäumen mit Granulat:
• gute Formfüllung durch expandierenden Schaum• „Verschmelzen“ der Granulate während der Expansion• Bei großen Formvolumina und Verwendung von Granulaten mit geringer Schüttdichte kann der gleichmäßige Wärmefluss in alle Granulatpartikel problematisch sein (inhomogene Schaumstruktur)
Fraunhofer InstitutFertigungstechnikM aterialforschung
Projektpartner IFAM
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Fertigung• Fügesysteme• Prozessanalyse• Prozesssteuerung• Prozessüberwachung
Informationstechnik• Wissensnetze• Internet
Werkstoff• Werkstoffeigenschaften• Stoffgesetze
Konstruktion• Auslegung und Gestaltung• Verbindungskennwerte• Berechnungskonzepte
Werkstoff- und Bauteilprüfung• Kennwertermittlung unter quasistatischer, schwingender und schlagartiger
Lasteinleitung sowie unter Temperatur- und Medienbelastung
• Bauteilprüfung• Schadensanalyse
FEM• Prozeßsimulation• Beanspruchungsanalyse
Personalqualifizierung• Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen im Bereich der Verbindungstechnik
Arbeitsschwerpunkte am LWF
Projektpartner LWFUniversität Paderborn
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Optimierung der Schaum-Klebung (ULMA)Kalibrieren Schaumplatte – Anpassung Klebstoffauftrag
Pro
fildi
cke
D,
Höh
e H
mm
Meßstelle
Dunbehandelt
Hkalibriert
Dkalibriert
Hunbehandelt
Ergebnis:Vollflächige Klebschichtanbindung
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Universität Paderborn
Projektpartner LWF
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Kastenträger
Schaumplatte
Spannsystem
Lastverteilung
Positionierhilfen
40 mm
Einkleben von Al-Schaumplatte(ULMA)
Universität Paderborn
Projektpartner LWF
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Langjährige Erfahrung bei:
Ermittlung von BM-Lastkollektiven
Berechnung der Betriebsfestigkeit
Labor- und Einsatzmessungen
FE- und MKS-Simulation
Konstruktion und CAD-Techniken
Entwicklung spezieller Prüfeinrichtungen
Forschungsschwerpunkte:
Kinematik und Strukturdynamik
Betriebsfestigkeit
Verschleißminderung
Antriebstechnik und Hydraulik
Asphalteinbau
Verdichtungstechnik
Steuerung und Regelung
Baurobotik
Überwachungs- und Diagnosesysteme
Baustoffrecycling
Lehrstuhl für Baumaschinentechnik
Kompetenz auf dem Gebiet der Baumaschinenforschung
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Lehrstuhl für Baumaschinentechnik (IFSL) Universitätsplatz 2 Tel.: 0391/67-18 710 39106 Magdeburg Fax: 0391/67-18 074
www.ifsl.mb.uni-magdeburg.de\~bmasch e-mail: poppy@mb.uni-magdeburg.de
BMT
Projektpartner Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Experimentelle Ermittlung der Endschlauch-Lastkollektivefür den Verteilermast einer Autobetonpumpe
Kraft
Zeit
Häufigkeit
Kraft
Ergebnisse:
Endschlauch-Lastkollektive für alle maßgeblichen Verteilermaststellungen und für unterschiedliche Betonförderleistungen
Lehrstuhl für Baumaschinentechnik
Projektpartner Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Fluiddynamische Finite-Elemente-Analysen
Experimentelle Ermittlung des Betondruckverlaufs
am Eingang und am Aus-gang der Förderleitung
Druck
Zeit
Häufigkeit
Kraft
Lastkollektive für:
- Reibungskräfte in derRohrleitung
- Kräfte infolge Strom-umlenkung
Rechnerische Ermittlung der Belastungen des Verteilermastes bei der Betonförderung
Lehrstuhl für Baumaschinentechnik
Projektpartner Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Forschungsgesellschaft für Technische Mechanik FEMCOS – Ingenieurbüro mbH
Profil
• FEM-Analysen• statische Berechnungen & Festigkeitsnachweise• CAD-Konstruktion• FEM-Software• CAD-FEM-Kopplung• Materialdaten-Management• 10 Beschäftigte
Kontakt
Herrenkrugstraße 939114 MagdeburgDeutschland
Tel: +49 391 811 04 18Fax: +49 391 811 04 23E-Mail: mail@femcos.de
Finite-Elemente-Berechnungen
www.femcos.de
Projektpartner FEMCOS
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Projektpartner FEMCOS
Ziel: Optimierung des Stabilitätsverhalten der Kästen(gleiches Stabilitätsverhalten für dünnere Bleche durch Beulsteifen aus Metallschaum bei gleichzeitiger signifikanter Massereduzierung).
Kastenträger wurden gemäß Auslegung gefertigt und experimentell untersucht (Bestätigung der berechneten Ergebnisse).
Stabilitätsverhalten dünnwandiger Kastenträger
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Projektpartner FEMCOS
Ableitung von FE-Modellen aus CAD-Daten und Untersuchung der relevanten Lastfälle.
Schnellwechsler und Adapterrahmen wurden von einander getrennt analysiert.
Festigkeitsuntersuchungen an einem Schnellwechsler (Lehnhoff)
Ziel:Aufzeigen von Möglichkeiten zur Optimierung des Bauteils hinsichtlich Gewichtseinsparung.
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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U L M A
Concrete placing at its best ...
Betonpumpen Stationäre Betonverteilermaste Mörtelmaschinen Tunnelmaschinen Industriepumpen und - Anlagen Consulting und Datentechnik Telebelt®
Hochdruckreiniger
Putzmeister Gruppe 2003Firmenangehörige 2018Umsatz: Mio. € 42517 Gesellschaften in 11 Ländern
Putzmeister Gruppe 2003Firmenangehörige 2018Umsatz: Mio. € 42517 Gesellschaften in 11 Ländern
PUTZMEISTER AGMax-Eyth-Str. 10 Tel +49 7127 599 - 072631 Aichtal Fax +49 7127 599 - 520homepage: http://www.pmw.de
Anbieter von Maschinen und Dienstleistungen
Globale PM-Präsenz Motto: „Kompetenz in Ihrer Nähe“
Modulare Produktstruktur, Variantenmanagement
Kommissionsbezogene Produktion
Eigenfertigung von Stahlbauteilen aus hochfestem Feinkornbaustahl
Anbieter von Maschinen und Dienstleistungen
Globale PM-Präsenz Motto: „Kompetenz in Ihrer Nähe“
Modulare Produktstruktur, Variantenmanagement
Kommissionsbezogene Produktion
Eigenfertigung von Stahlbauteilen aus hochfestem Feinkornbaustahl
Projektpartner Putzmeister
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Projektpartner Putzmeister
Neukonstruktion eines knickgelenkten Hohlkastenprofilauslegers (Armpaket) mit modernsten Konstruktionsmitteln
und Werkstoffen
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
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Projektpartner Putzmeister
Aluschaum
Kleber
Feinkorn-baustahl
Messungen
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kraf
t, N
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Beschleunigung der Mastspitze Endschlauchkraft
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Bes
chle
un
igu
ng
, m/s
²
-3000
0
3000
6000
Werkstoff- und Fügetechnik
Ultraleichte Bauteile
Berechnungen
• Hohlkastenprofil• Gelenk• Hydraulikzylinder• Förderleitung• Kupplung• Endschlauch
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 19
U L M A
Entwicklung von Hydraulikzylindern in Leichtbau- und Ultraleichtbauweise
Vom 3D-CAD-Modell zum Endprodukt
Anwendung numerischer Berechnungsmethoden zur Gewichtsoptimierung
Produkte für unterschiedlichsteAnwendungsbereiche(Bsp. Bauwesen, Marinetechnik)
Projektpartner Lingk & Sturzebecher Leichtbau
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 20
U L M A
Entwicklung einer Leichtbau-Förderleitung für Betonverteilermaste
Herkömmliche Bauweise(Stahlrohr) Gew. ca. 44 kg / je 3 m
Leichtbauweise (CFK-Rohr mit Zugankern) Gew. ca. 18 kg / je 3 m
Leichtbauweise (CFK-Rohr ohne Zuganker) Gew. ca. 15 kg / je 3 m
Projektpartner Lingk & Sturzebecher Leichtbau
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 21
U L M A
Beton-Förderleitung in Leichtbauweise
3D-CAD-Modell Numerische Simulation
Prototyp Prototyp nach erfolgreich absolviertem Berstversuch (p = 253 bar)
Projektpartner Lingk & Sturzebecher Leichtbau
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 22
U L M A
Lehmatic-Schnellwechselsystem für Hydraulikbagger Starre und hydraulisch angetriebene Grabgefäße Schaufeln für Radlader Zahn- und Verschleissteilsysteme
Lehnhoff Hartstahl GmbH & Co. Rungsstr.10-14 D-76534 Baden-BadenTel +49 (07223)966-0 Fax +49(07223)966-109 E-mail info@lehnhoff.de
120 Mitarbeiter
6000 m2 Produktionsfläche
Kunden in Baumaschinenindustrie, Tiefbau, Steinbruch und Gewinnung, Abbruch und Recycling
Produktion mit CAD/CAM -Technologie und Produktdatenmanagement
Vernetzte CNC/DNC- gesteuerte Fertigungsmaschinen
120 Mitarbeiter
6000 m2 Produktionsfläche
Kunden in Baumaschinenindustrie, Tiefbau, Steinbruch und Gewinnung, Abbruch und Recycling
Produktion mit CAD/CAM -Technologie und Produktdatenmanagement
Vernetzte CNC/DNC- gesteuerte Fertigungsmaschinen
Projektpartner Lehnhoff
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 23
U L M A
Projektpartner Lehnhoff
Schnellwechsler mit Standardtieflöffel
Ultra Leichtbau bei Mobilen Arbeitsmaschinen
BAUMA 2004 www.ul-ma.de FN 24
U L M A
Projektpartner Lehnhoff
Gesamtgewicht
Gewicht Gehäuse
Gewicht Aufhängung
Abmessungen [mm]
Schnellwechsler
1100 x 1000 x 2501100 x 1000 x 250
308 kg400 kg
872 kg1150 kg
1180 kg1550 kg
HS 80 LeichtHS 80
Gesamtgewicht
Gewicht Gehäuse
Gewicht Aufhängung
Abmessungen [mm]
Schnellwechsler
1100 x 1000 x 2501100 x 1000 x 250
308 kg400 kg
872 kg1150 kg
1180 kg1550 kg
HS 80 LeichtHS 80
Bauteilberechnung Schnellwechsler
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