Abbildung der dynamischen Beanspruchungen von Fahrzeugkranen und Lkw-Ladekranen in quasistatischen Berechnungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Willibald A. Günthner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328105817

In der industriellen Praxis führt man die Festigkeitsnachweise für Fahrzeugkrane (DIN EN 13000, FEM 5.004) und Lkw-Ladekrane (EN 12999) mit quasistatischen Berechnungen. Dabei werden in der Regel die Massenkräfte aus Antrieben mit starrkörperkinetischen Modellen ermittelt oder sie beruhen auf Erfahrungswerten. Dynamikbeiwerte dienen zur Berücksichtigung elastischer Effekte bei der Berechnung der Lasteinwirkungen. Im DFG-Vorgängerprojekt wurden die maximalen dynamischen Beanspruchungen von Gittermast-Fahrzeugkranen bei den Vorgängen Lastheben vom Boden, Wippen und Drehen durch dynamische Finite-Elemente-Berechnungen ermittelt. Der Vergleich mit der quasistatischen Auslegung nach Norm ergab teilweise große Unterschiede zwischen beiden Berechnungsarten. Aufgrund der Ähnlichkeit der Systeme gelten die Ergebnisse des Forschungsprojekts auch für Lkw-Ladekrane.Um die Fehler der Lastannahmen nach Norm zu vermeiden, können gemäß der übergeordneten Krannorm EN 13001-1 auch dynamische Finite-Elemente-Berechnungen zur Auslegung der Krane dienen. Dieser Ansatz ist jedoch in der industriellen Anwendung kaum realisierbar, da sich dadurch die Rechenzeit vervielfachen würde. Daraus entsteht die Zielsetzung, Schwingungsmodelle zur effektiven Analyse der Arbeitsbewegungen zu entwickeln, die die dynamischen Maximalbeanspruchungen durch quasistatische Lasten abbilden. Das Vorgängerprojekt zeigte, dass bereits Schwingungsmodelle auf Basis eines Einmassenschwingers für einfach aufgebaute Auslegersysteme gute Abschätzungen der Dynamikbeiwerte liefern. Darauf aufbauend wurde ein Schwingungsmodell auf Basis der Modenüberlagerung entwickelt, das sich zur Analyse beliebig komplexer Auslegersysteme eignet und in einer Beispielanwendung das Krandrehen sehr gut beschrieb.Dieses Schwingungsmodell soll im beantragten Transferprojekt systematisch untersucht und seine industrielle Anwendung bei einem Fahrzeugkranhersteller und einem Hersteller von Lkw-Ladekranen erprobt werden. Dazu werden vom Lehrstuhl fml die notwendigen Algorithmen programmiert und den Firmen zur Integration in deren Berechnungsumgebungen zur Verfügung gestellt. Zur Überprüfung der erzielbaren Abbildungsgenauigkeit vergleicht der Lehrstuhl für alle gängigen Rüstzustände und Auslegerlängen von Fahrzeug- und Lkw-Ladekranen die Ergebnisse von dynamischen Finite-Elemente-Berechnungen mit denen der quasistatischen Berechnungen auf Basis des Schwingungsmodells. Die beteiligten Firmen beurteilen das Schwingungsmodell hinsichtlich seiner praktischen Einsetzbarkeit und arbeiten Unterschiede zu den bisherigen Auslegungsmethoden heraus. Zur experimentellen Absicherung der Ergebnisse führen die Firmen Messungen für ausgewählte Arbeitsvorgänge durch.Mit der erfolgreichen Durchführung des Forschungsprojekts stünde ein industrietaugliches, normkonformes Auslegungsverfahren zur Verfügung, das die Genauigkeit von dynamischen FE-Berechnungen mit der Effektivität von quasistatischen Analysen vereint.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Liebherr-Werk Ehingen GmbH; Palfinger Europe GmbH Köstendorf