Testen unter extremen Bedingungen: Liebherr setzt bei Strukturversuchen an Baggern und Muldenkippern (ADT) auf die U10M von HBM

Im neuen Entwicklungs- und Vorführzentrum in Kirchdorf testet Liebherr Komponenten und Baugruppen seiner Baumaschinen unter höchster Belastung – die leistungsfähigen Kraftsensoren U10M von HBM liefern dabei präzise Ergebnisse.

Sowohl für anspruchsvolle Bauprojekte als auch beim Material­umschlag im Hafen: Die leistungsfähigen Hydraulikbagger, Mulden­kipper und Umschlagmaschinen von Liebherr kommen weltweit zum Einsatz, wenn große Materialmassen schnell, zuverlässig und sicher bewegt werden müssen. Im neuen, hochmodernen Entwicklungs- und Vorführzentrum am Gründungsstandort in Kirchdorf testen die Forschungs- und Entwicklungsteams von Liebherr neue Maschinen­ unter höchster Belastung. Bei den aufwendigen Strukturversuchsreihen in der modernen Prüfstandanlage setzt Liebherr auf die Kraftsensoren U10M und die S9M von HBM, dem globalen Technologie- und Marktführer im Bereich Messtechnik – für hochprä­zise Daten und maximale Zuverlässigkeit.

Problem

Im Vorführ- und Testzentrum von Liebherr werden Bauteile von Hydraulik­baggern, Muldenkippern und Umschlagmaschinen unter realistischen Einsatzbedingungen mechanisch getestet.

Lösung

Die auftretenden Kräfte werden mit Sensoren der Serie U10M biegemomentkompensiert gemessen, gleichzeitig messen Dehnungsmessstreifen von HBM auf den Bauteilen.

Ergebnisse

Mit zuverlässiger Messtechnik lassen sich einwirkende Kräfte mit Belastungszuständen korrelieren, um die Zuverlässigkeit der Komponenten sicherzustellen.

Damit die Hydraulikbagger, Muldenkipper und Umschlagmaschinen von Liebherr im rauen Arbeitsumfeld auf der Baustelle, dem Schrottplatz oder im Hafen dauerhaft zuverlässig funktionieren, testet das Unternehmen die Belast­barkeit und verbesserte Lebensdauer seiner Bauteile sehr genau. Um die mechanische Haltbarkeit von Komponenten sicher zu testen, hat Liebherr, einer der weltweit führenden Baumaschinenhersteller, 2018 ein hochmodernes 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 bei Liebherr. „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 von Liebherr setzen deshalb auf die langzeitstabilen, dauerfesten Kraftsensoren U10M.

Belastung wie im realen Einsatz: Kraft mit höchster Präzision messen

„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

Das Entwicklungs- und Vorführzentrum von Liebherr ist weltweit einzig­artig. Auf dem 12 Meter mal 8 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 Nils 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. Daher benötigen wir natürlich hochwertige Messtechnologie, die ein breites Anwendungsfeld optimal abdeckt.“

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 Nils Dippon. „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 von HBM bestimmt, um zu analysieren, welche Kräfte zu welchen Belastungen in der Struktur führen.

Exakte Messergebnisse bei hohen Biegekräften

„Für die Messungen bei den Belastungsversuchen von Liebherr ist unser Kraftaufnehmer U10M optimal“, sagt Thomas Kleckers, Produktmanager für Kraftsensorik bei HBM. „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. Dank ihrem herme­tisch verschweißten Messkörper sind sie auch in anspruchsvoller Industrieumgebung dauerhaft beständig. Für Einsätze in rauer Indus­trieumgebung ist U10M auch in Ausführung mit Schutzklasse IP68 erhältlich.“ Darüber hinaus sind die Sensoren der Serie U10M resistent gegen Schock und Vibrationen.

Eine besondere Herausforderung bei den Tests von Liebherr 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. „Dank sei­nem robusten Messkörper und elektrischem Biegemomentabgleich liefert die Kraftmessdose U10M auch bei Querkräften zuverlässige Ergebnisse. So können wir sehr anspruchsvolle Versuchsaufbauten verwirklichen.“ Die U10M ist im HBM EMV-Labor getestet und optimiert und eignet sich somit auch für Messungen in starker elektromagnetischer Umgebung – etwa im Bereich Elektromobilität.

„Mit zahlreichen Optionen wie Nennlasten, Adaptern, Kalibrierung und verschiedenen Anschlüssen sind unsere Kraftsensoren U10M in mehr als 11.000 Variationen kurzfristig erhältlich und passen sich so der Messaufgabe an“, sagt Thomas Kleckers.

„Unsere Kraftaufnehmer der Serie U10M erreichen eine sehr hohe Präzision über einen weiten Messbereich. So liefern sie bei den unterschiedlichen Messaufbauten im Entwicklungs- und Vorführzen­trum bei Liebherr hochauflösende Messdaten und bieten maximale Flexibilität. Unsere hochwertige DMS-Technologie nimmt zudem kleinste Verformungen der Bauteile präzise auf. Für eine umfangrei­che Datengrundlage bei der weiteren Entwicklung.“

Thomas Kleckers, Produktmanager für Kraftsensoren bei HBM

„Hochwertige Sensorik wie U10M und Messelektronik von HBM sind bei all unseren Versuchsreihen mit dabei. Beim Einsatz unserer Maschinen bspw. auf der Baustelle nimmt das mobile DAQ SomatXR die wirkenden Belastungen auf. So können wir bei unseren Versuchen im Entwicklungs- und Vorführzentrum sehr reale Bedingungen nachstellen.“

Nils Dippon, Versuchsingenieur Entwicklungs- und Vorführzentrum bei Liebherr

Die Liebherr-Hydraulikbagger GmbH

ist einer der weltweit führenden Hersteller von Hydraulikbaggern (Erdbau und Materialumschlagstechnik sowie Zweiwege) und knickgelenkte Muldenkipper, für höchste Ansprüche, etwa in der Baubranche oder beim Material­umschlag am Hafen. Im 2018 eröffneten Entwicklungs- und Vorführ­zentrum am Gründungsstandort in Kirchdorf an der Iller konstru­ieren die Ingenieure von Liebherr Bauteile für Maschinen, die weltweit im Einsatz sind. Das 1949 gegründete Unternehmen beschäftigt in Kirchdorf 1.658 Mitarbeiter (Stand 2019) und ist Teil der familiengeführten Unternehmens­gruppe Liebherr-International S.A. mit Sitz in Bulle (Schweiz).