Prüfstandskonfiguration

Tests am Prüfstand sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Auslegung von Strukturkomponenten eines Baggers. Insbesondere bei großen Bauteilen ist die Durchführung solcher Versuche jedoch sehr aufwändig und teuer. Die am ITWM entwickelten Verfahren zur Ableitung vereinfachter Ersatzversuche wurden in Projekten mit Baggerkomponenten bereits erfolgreich angewandt.

Ableitung vereinfachter Ersatzversuche

Radträger
© Foto ITWM

Radträger

Bei der Erprobung von Komponenten oder Teilsystemen eines Fahrzeugs auf servohydraulischen Prüfständen, hat man generell das Problem, dass Fesselung und Anregung des Teilsystems nicht exakt dem Freischnitt im fahrenden Fahrzeug entsprechen kann. Zudem soll ein möglichst einfacher Prüfaufbau (d.h. möglichst wenige Anregungszylinder bzw. kurze und einfache Anregungssignale) gewählt werden. Dadurch wird die Erzeugung realitätsgetreuer Beanspruchungen weiter erschwert.

Durch mathematische Modellierung und Simulation von Bauteil und Prüfstandsvarianten kann diese Aufgabenstellung als Optimierungsproblem formuliert und gelöst werden. Eine Prüfstandsvariante besteht dabei aus der Einspannung des Bauteils, den Angriffsstellen der Prüfzylinder und einer zugehörigen Anregung.

Vom Fraunhofer ITWM wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem der Aufwand durch wiederholte Finite-Elemente-Berechnungen für verschiedene Einspannungen entfällt und eine optimale Prüfstandskonfiguration mit zugehöriger Anregung ermittelt werden kann.
 

Herausforderung Optimierungsziele

Zur Optimierung der Schädigungswerte an vorgegebenen Stellen des Bauteils werden die Anregungszeitreihen aus Blocklasten mit verschiedenen Amplituden zusammengesetzt. Dies ermöglicht gleichzeitig die Länge der Anregung zu reduzieren. Um zusätzlich Spannungen an definierten kritischen Stellen möglichst gut zu reproduzieren, ist eine komplexere Anregungszeitreihe notwendig.

Immer steht man dabei vor der Herausforderung, für die verschiedenen, konkurrierenden Optimierungsziele einen geeigneten Kompromiss zu finden. Dies wird durch die automatisierte Berechnung und Bewertung verschiedener Lösungen unterstützt.

Die Methode wird in Zusammenarbeit mit der Abteilung Optimierung weiterentwickelt und wurde bereits in mehreren Industrieprojekten erfolgreich angewandt.

Beispiel Anwendungsprojekt

Baggerausleger
© Foto ITWM

Baggerausleger

Optimierung der Prüfstandskonfiguration
© Foto ITWM

Optimierung der Prüfstandskonfiguration

Optimierung der Prüfstandskonfiguration für einen Baggerausleger

Tests am Prüfstand sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Auslegung von Strukturkomponenten eines Baggers. Insbesondere bei großen Bauteilen ist die Durchführung solcher Versuche jedoch sehr aufwändig und teuer. Um den Aufwand gering zu halten, muss die Anzahl der angreifenden Zylinder soweit möglich reduziert werden und die Anregungszeitreihe möglichst kurz sein.

Die am ITWM entwickelten Verfahren zur Ableitung vereinfachter Ersatzversuche wurden in einem Projekt mit Liebherr für einen Monoblockausleger eines Mobilbaggers erfolgreich angewandt. Die Referenzbelastung  bestand dabei aus 20 Lastkanälen an 8 Kraftangriffspunkten des Bauteils. Schädigungsoptimierte sowie spannungsoptimierte  Anregungszeitreihen wurden für verschiedene Prüfstandskonfigurationen ermittelt und miteinander verglichen.

Details der Methodik, sowie Ergebnisse für eine beispielhafte Referenzanregung, siehe auch:
A.Marquardt, M.Obermayr: Optimizing test rig configuration and excitations for excavator booms, Prodeedings of the 3rd Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2014).