Baggerausleger Anlauf, Bild: HBK

Belastungsprobe für Baggerausleger: Der Kraftaufnehmer misst die Kraft, die hydraulische Zylinder auf die Bauteile einleiten. - Bild: HBK

Damit die Hydraulikbagger, Muldenkipper und Umschlagmaschinen von Liebherr im rauen Arbeitsumfeld auf der Baustelle, dem Schrottplatz oder im Hafen dauerhaft zuverlässig funktionieren, prüft das Unternehmen die Belastbarkeit und Lebensdauer der Bauteile. Um die mechanische Haltbarkeit von Komponenten zu testen, hat das Unternehmen 2018 ein Entwicklungs- und Vorführzentrum in Kirchdorf an der Iller in Betrieb genommen. „Bei unseren Belastungstests setzen wir Baugruppen wie etwa einen hydraulischen Baggerverstellausleger in nur wenigen Wochen der Belastung eines kompletten Baggerlebens aus“, sagt Nils Dippon, Versuchsingenieur im Entwicklungs- und Vorführzentrum. „Die Tests laufen oft über Monate. Bei diesem Aufwand und Anspruch ist Messtechnik gefragt, auf die wir uns vollständig und über die gesamte Testphase verlassen können.“ Die Experten und Expertinnen setzen dabei auf die Kraftsensoren U10M der Firma HBK, die im September 2020 durch die Fusion der Unternehmen HBM und Brüel & Kjær entstand.

Das Entwicklungs- und Vorführzentrum ist einzigartig: Auf dem zwölf Meter mal acht Meter großen Testfeld sind verschiedene Prüfstandsaufbauten verteilt. Bis zu sechs Belastungsversuche laufen hier gleichzeitig ab. „Unsere Tests liefern sehr wichtige Daten, damit wir unsere Bauteile so konstruieren, dass sie auch höherer Beanspruchung im Einsatz sicher standhalten und dabei möglichst leicht sind, für weniger Energieverbrauch und mehr Effizienz“, sagt Dippon. „Die Teile, die wir hier testen, sind sehr unterschiedlich. Oft sind es Prototypen für ein ganz neues Modell. Für jedes Teil richten wir mit unserem modularen Spannsystem einen ganz neuen Prüfstand ein und realisieren Versuche mit unterschiedlicher Krafteinleitung.“

„Bei den aufwendigen Belastungstests spielt die Kraft eine besondere Rolle, die unsere Hydraulikzylinder auf die Maschinenbauteile einleiten. Der Kraftaufnehmer U10M von HBM liefert uns dank elektrischem Biegemomentabgleich präzise Daten auch dann, wenn bei anspruchsvollen Messaufbauten hohe Quer- und Biegekräfte auf den Sensor wirken.“

Nils Dippon, Versuchsingenieur, Entwicklungs- und Vorführzentrum bei Liebherr

Im aktuellen Versuchsaufbau ist beispielsweise die Drehbühne eines Baggers mit einem Verstellausleger aufgespannt. Dort, wo normalerweise der Stiel mit dem Baggerlöffel ansetzt, ist der Ausleger über ein Adapterteil mit zwei hydraulischen Prüfzylindern verbunden. „Unsere Hydraulikzylinder können Zug und Druck mit einer Kraft von bis zu 1,2 Meganewton erzeugen“, betont der Versuchsingenieur. „Damit stellen wir Belastungen nach, die später beispielsweise beim Einsatz auf der Baustelle oder im Materialumschlag auf den Bagger wirken.“ Die Kraft ist in diesem Fall eine entscheidende Messgröße, die der Prüfstand regelt. Die Bauteilbelastung wird mit Dehnungsmessstreifen (DMS) der Serie Y bestimmt, um zu analysieren, welche Kräfte zu welchen Belastungen in der Struktur führen.

Hohe Biegekräfte messen

Dehnungsmessstreifen, Bild: HBK
Die Dehnungsmessstreifen nehmen die ­Verformungen der stählernen Maschinenbauteile auf. - Bild: HBK

„Für die Messungen bei den Belastungsversuchen von Liebherr ist unser Kraftaufnehmer U10M optimal“, sagt Thomas Kleckers, Produktmanager für Kraftsensorik beim Sensor-Hersteller. „Die Sensoren sind mit einer Nennkraft von 1,25 Kilonewton bis zu 2,5 Meganewton erhältlich und erreichen eine sehr hohe Genauigkeit und somit einen weiten Messbereich.“ Durch den hermetisch verschweißten Messkörper sind sie auch in anspruchsvoller Industrieumgebung anwendbar. Sie sind auch mit Schutzklasse IP68 erhältlich und resistent gegen Schock und Vibrationen.

Eine besondere Herausforderung bei den Liebherr-Tests ist die Masse, die schwere Testobjekte wie etwa ein großer Baggerausleger mitbringen. „Biegekräfte können Messergebnisse verfälschen. Darum achten wir bereits beim Versuchsaufbau darauf, auf den Sensor wirkende Biegemomente zu vermeiden. Beispielsweise, indem wir unsere massiven Hydraulikzylinder und Lasteinleitungsdummys über Seilzüge mit Gegengewichten gewichtsentlasten. Mit unseren sehr massiven Testobjekten lässt sich die Schwerkraft oft jedoch nicht komplett kompensieren“, erläutert Nils Dippon.

Biegemomentabgleich, Bild: HBK
Das Messkörperdesign und der elektrische Biegemomentabgleich erlauben den Einsatz unter schwierigen Bedingungen. - Bild: HBK

„Dank seinem robusten Messkörper und elektrischem Biegemomentabgleich liefert die Kraftmessdose U10M auch bei Querkräften zuverlässige Ergebnisse. So können wir sehr anspruchsvolle Versuchsaufbauten verwirklichen.“

Der Sensorhersteller hat die Komponente im EMV-Labor getestet und angepasst. Somit eignet sie sich auch für Messungen in starker elektromagnetischer Umgebung – etwa im Bereich Elektromobilität. Mit Op­tio­nen wie Nennlasten, Adaptern, Kalibrierung und verschiedenen Anschlüssen sind die Kraftsensoren in mehr als 11 000 Variationen kurzfristig erhältlich und können der Messaufgabe angepasst werden.

Auf einen Blick

Im Vorführ- und Testzentrum von Liebherr werden Bauteile von Hydraulikbaggern, Muldenkippern und Umschlagmaschinen unter realistischen Einsatzbedingungen mechanisch getestet. Die auftretenden Kräfte werden mit Sensoren biegemomentkompensiert gemessen, gleichzeitig messen Dehnungsmessstreifen auf den Bauteilen. Über die Messtechnik werden einwirkende Kräfte mit Belastungszuständen korreliert, um die Zuverlässigkeit der Komponenten sicherzustellen.

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