Verlässliche Prognosen

Lebensdauerberechnung von Lademaschinen

Im baden-württembergischen Bad Schönborn produziert die Terex® Fuchs GmbH hochdynamisch beanspruchte Lademaschinen. Dabei spielen Trägheitskräfte eine große Rolle, da die Massen beschleunigt und verzögert werden müssen. Gelingt es, das Gewicht der bewegten Teile zu reduzieren, wird die zur Bewegung notwendige Energie reduziert. Die dadurch möglichen größeren Beschleunigungen erhöhen die Arbeitsgeschwindigkeit und verbessern die Produktivität. Gleichzeitig darf aber die Lebensdauer der Bauteile nicht verringert werden, nach Möglichkeit soll eine Gewichtsreduktion sogar noch zu einer erhöhten Lebensdauer beitragen. Um diesen Prozess zu unterstützen, hat das Ulmer Steinbeis-Transferzentrum Neue Technologien in der Verkehrstechnik eine Lebensdauerberechnung durchgeführt.

In einem ersten Schritt haben die Ulmer Experten Lastfälle und ihren zeitlichen Ablauf definiert. Dabei wurde die Position des Ladestiels als Funktion der Zeit und die zugehörige Last festgelegt. Basierend darauf konnte eine Abfolge von Finite Element (FE)-Lastfällen berechnet werden, aus denen wiederum für jeden Knoten der Struktur die Spannungstensor-Zeit-Funktion bestimmt wurde. Das Projektteam konnte nun zusammen mit der Wöhlerlinie eine Schädigungsrechnung durchführen und das Ergebnis für jeden Knoten der Struktur auf der Oberfläche ermitteln. Die Schweißnähte wurden nach den Regeln des Strukturspannungskonzeptes und unter Verwendung von Hexaederelementen vernetzt.

Wie von den Steinbeis-Ingenieuren und den Projektpartnern bei Terex® Fuchs nicht anders erwartet, stellte sich heraus, dass die kritischen Stellen der Struktur die Schweißnähte sind, ihre Schädigung und deren kritische Orte konnten identifiziert werden. Indem die Steinbeis-Experten nun die Geometrie variierten, die Schweißnähte neu gestalteten und anordneten, konnten sie die rechnerische Lebensdauer im Vergleich zur Ausgangssituation wesentlich erhöhen. Und davon abgesehen konnten sie auch die Bedeutung der Einzelmaßnahmen quantifizieren, so dass neben der Verbesserung der Lebensdauer auch immer die Kosten der Maßnahme mit im Blick waren.

Das Projektteam beließ es nicht bei diesen Ergebnissen, auch unterschiedliche Einsatzfälle wurden untersucht und deren Schädigung ermittelt. So stellten sie beispielsweise fest, dass das „Fegen“, bei dem der Ladestiel ohne Last auf den Boden gepresst wird, zu einer ähnlich großen Schädigung führt wie der eigentliche Ladevorgang.

Mit vergleichsweise geringem Aufwand konnte Terex® Fuchs sehr hilfreiche Erkenntnisse gewinnen und in optimierten Strukturen in die Produktion umsetzen. Das Unternehmen wird die durchgeführte Methodik zukünftig standardmäßig einsetzen.

Die für das Projekt verwendete Software winLIFE der Steinbeis-Transferzentren Neue Technologien in der Verkehrstechnik und Verkehrstechnik.Simulation.Software wird seit mehr als 20 Jahren ständig weiterentwickelt und wurde weltweit rund 200 Mal verkauft. Eingesetzt wird die Software im Fahrzeugbau, Maschinenbau, Schiffsbau, in der Luftfahrt und in den letzten Jahren verstärkt im Bereich Windenergie.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Günter Willmerding
Steinbeis-Transferzentrum Neue Technologien in der Verkehrstechnik (Ulm)

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