Wie viel Belastung hält ein Kranausleger aus?

Zur Sicherheitsbewertung von Bauteilen werden Tests durchgeführt, teils bis zur Zerstörung. Besonders wichtig ist dies bei hochbelasteten Komponenten in Nutz- und Baumaschinen. Dehnungsmessstreifen erfassen dabei die einwirkenden Kräfte, und die anschließende Datenanalyse ermöglicht eine präzise Überprüfung der Konstruktion. 

Für die optimale Herstellung von Bauteilen werden diese ausgiebig auf unterschiedliche Belastungen getestet. Erreicht werden soll die richtige Balance zwischen Material- und Herstellungskosten bei einer ausreichenden Sicherheit und Lebensdauer. Dabei unterscheidet man zwischen Messungen der Belastungen im Realbetrieb und im Grenzbereich sowie Zerstörungstests. Eine Möglichkeit, Daten zu erfassen, ist die sogenannte experimentelle Spannungsanalyse mittels Dehnungsmessstreifen (DMS). Bei den Zerstörungstests werden die DMS an den entsprechenden Stellen appliziert und die Bauteile anschließend bis zur Materialermüdung belastet. Baumaschinen und ihre Komponenten werden in speziellen Prüfzentren getestet, um genaue Aussagen zu maximaler Überlast treffen zu können. Denn: Mit den gemessenen Spannungsverläufen können die Berechnungen der Konstruktionsabteilung überprüft werden, um die ideale Materialauslegung zu bestimmen.  

Viele Dehnungsmessstreifen notwendig 

Eine effiziente Durchführung der benötigten Tests spart Zeit und Kosten bei den Prüfprozessen, daher kann eine abgestimmte Messtechniklösung helfen, die Abläufe zu vereinfachen. Gleichzeitig müssen für die genaue Erfassung der mechanischen Spannungen in den Strukturen der Auslegerteile die Daten vieler Dehnungsmessstreifen synchron erfasst werden. Notwendig für die gewünschte Genauigkeit sind außerdem eine Datenrate von mindestens 200 Hz pro Messkanal sowie eine hohe Summenabtastrate, um die zahlreichen Messkanäle zu synchronisieren. Da auch kurzzeitige Peaks zu erwarten sind, sollte sich der Messbereich ausreichend skalieren lassen. 

Durchdachter Ablauf für schnelle und genaue Ergebnisse 

Für die Untersuchung wurden bei zwei Kränen jeweils die Ausleger mit 48 DMS-Messstellen ausgestattet. Ein Teil der DMS wurde als Einzel-DMS appliziert, an den Flankenmitten wurden dagegen jeweils drei DMS als Rosette geklebt, um Spannungsverläufe zu erfassen. Für den Ausgleich von Temperatureinflüssen wurden selbstkompensierende DMS speziell für das Material der Kranausleger ausgewählt und an STG6 BK20 Module angeschlossen. Die verwendeten DMS-Sensorkabel von CSM bieten eine interne Halbbrücken-Ergänzung nahe am Sensor. Die Messmodule erlauben die interne Umrechnung des Messsignals direkt in eine Dehnung. Somit gibt der Messkanal die Messgröße als μm/m weiter, da die notwendigen material- und sensorspezifischen Faktoren mit CSMconfig unkompliziert eingegeben und im Modul gespeichert werden. Dies erleichtert die spätere Analyse, da im Anschluss an die Messung keine Umrechnung mehr nötig ist. Gleichzeitig werden die Daten aller 48 DMS synchron erfasst. Über EtherCAT werden alle STG6 BK20 kaskadiert und an ein XCP-Gateway als Protokollumsetzer angeschlossen. Dieser fungiert als EtherCAT-Master für alle Messmodule, gewährleistet die Zeitsynchronisation und erlaubt eine einfache Anbindung an die Datenerfassungssoftware vMeasure von Vector.  

Transport und Test der Bauteile am Prüfstand 

Die Prüflinge werden einzeln mit den DMS und Messmodulen ausgestattet und anschließend für den Transport zum Prüfstand präpariert. Während ein Auslegerteil die Prüfung durchläuft, befindet sich ein weiterer Prüfling bereits in der Vorbereitung, um einen nahtlosen Ablauf zu erlauben. Vor dem Start der Messung werden alle Messkanäle in CSMconfig nochmals genullt. Am Prüfstand wird das Auslegerteil einseitig montiert und am Boden fixiert, während über die freie Seite der Prüfling belastet wird. Mit einer Kraftmessdose wird die einwirkende Kraft bis zur Zerstörung des Kranauslegers gemessen. Der Messbereich des STG6 BK20 ist hierbei groß genug, um eine Spanne an Signalen zu erfassen. Parallel werden die Tests von Hochgeschwindigkeitskameras begleitet, die zusätzlich helfen, den Verlauf der Beschädigungen sichtbar zu machen.  

Robuste Messtechnik, die überzeugt 

Die kompakte und witterungsbeständige Messtechnik ermöglicht ein paralleles Arbeiten bei der Vorbereitung und der eigentlichen Prüfung. Sie kann einfach mit dem Prüfling zu den jeweiligen Orten transportiert werden. Für einen effizienten Ablauf sorgt zudem die einfache Verkabelung und Konfiguration mit CSMconfig. Aufgrund der Datenübertragung via EtherCAT können alle Messstellen zeitsynchron erfasst werden. Messungen zur mechanischen Belastung können auf diese Weise schnell und präzise durchgeführt werden. 

Bilder: CSM