TY - THES

T1 - Konzipierung und Auslegung einer Zugprüfmaschine für Material- und Funktionsprüfungen an Ausbauelementen für den Untertagebau

AU - Dendl, Dominik

N1 - gesperrt bis 30-05-2016

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entscheidungsfindung zur Bestimmung der optimalen technisch-wirtschaftlichen Konstruktionsvariante für eine Zugprüfmaschine auf Basis der Vorgaben eines Lastenheft des Auftraggebers, der Firma DYWIDAG-Systems International GmbH mit Sitz in Pasching/Linz. Diese Prüfmaschine soll der Durchführung von Zugversuchen im Rahmen der internen und externen Produktionskontrolle sowie der Unterstützung von Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet der untertätigen Stützmittel dienen. Auf Grundlage der Anforderungen aus gültigen Prüfnormen für Ausbauelemente im Untertagebau und der erforderlichen Prüfkräfte wurde in Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber ein Lastenheft erstellt. Das Lastenheft beinhaltet die Anforderungen an Messtechnik, hydraulische Komponenten, Steuerung und Regelung sowie Konstruktion der Prüfmaschine. Bei der Konzipierung der Maschine wurden von Beginn an die maßgebenden Aspekte der aktuellen Maschinensicherheitsverordnung mit einbezogen. Aus möglichen Krafteinleitungsvarianten in die Probe wurden mehrere Konstruktionsvarianten entwickelt und mittels einer Bewertungsmatrix verglichen. Das Ergebnis der Bewertung zeigte als bevorzugte Variante eine Prüfmaschine mit zwei Hydraulikzylindern, zwischen zwei Querträgern montiert. Hierbei ist ein Querträger fest, der zweite beweglich ausgeführt. Der bewegliche Querträger wird zwischen zwei Gleitlagern geführt. Die Rahmenkonstruktion dient einerseits zur Führung des beweglichen Querträgers, anderseits zur Aufnahme des festen Querträgers. Zwischen zwei symmetrisch angeordneten Hydraulikzylindern wird die Probe eingeführt. Die Einspannung erfolgt außerhalb der beiden Querträger, wobei die Probe durch Bohrungen in beiden Querträger geführt und verspannt wird. Durch das Ausfahren der Hydraulikzylinder wird eine Zugkraft in die Probe eingeleitet. Um den Zugang zur Probe zu erleichtern wurde die Prüfmaschine um 60 [°] geneigt aufgestellt. Mittels der Finite-Elemente-Methode (in der Folge mit FEM referenziert) wurde der optimale Querschnitt der Querträger bestimmt. Die höchstbelastete Schweißnaht wurde mittels des Strukturspannungskonzepts bewertet. FEM-Modelle für Schweißnaht und Querschnittsfläche wurden mit jeweils einer numerischen Rechnung verglichen. Ein Steuerungskonzept wurde mit Hilfe der „Finite-State-Machine“- Methode erstellt und in das Lastenheft eingearbeitet. Das beschriebene Lastenheft dient schlussendlich als Grundlage für die Auslegung der hydraulische Antriebseinheit und der Maschinensteuerung. Auf Basis der vorliegenden Arbeit kann nun mit der Realisierung der 5 [MN] Zugprüfmaschine für Werkstoff- und Funktionsprüfung an Ausbauelementen im Untertagebau begonnen werden.

AB - Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entscheidungsfindung zur Bestimmung der optimalen technisch-wirtschaftlichen Konstruktionsvariante für eine Zugprüfmaschine auf Basis der Vorgaben eines Lastenheft des Auftraggebers, der Firma DYWIDAG-Systems International GmbH mit Sitz in Pasching/Linz. Diese Prüfmaschine soll der Durchführung von Zugversuchen im Rahmen der internen und externen Produktionskontrolle sowie der Unterstützung von Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet der untertätigen Stützmittel dienen. Auf Grundlage der Anforderungen aus gültigen Prüfnormen für Ausbauelemente im Untertagebau und der erforderlichen Prüfkräfte wurde in Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber ein Lastenheft erstellt. Das Lastenheft beinhaltet die Anforderungen an Messtechnik, hydraulische Komponenten, Steuerung und Regelung sowie Konstruktion der Prüfmaschine. Bei der Konzipierung der Maschine wurden von Beginn an die maßgebenden Aspekte der aktuellen Maschinensicherheitsverordnung mit einbezogen. Aus möglichen Krafteinleitungsvarianten in die Probe wurden mehrere Konstruktionsvarianten entwickelt und mittels einer Bewertungsmatrix verglichen. Das Ergebnis der Bewertung zeigte als bevorzugte Variante eine Prüfmaschine mit zwei Hydraulikzylindern, zwischen zwei Querträgern montiert. Hierbei ist ein Querträger fest, der zweite beweglich ausgeführt. Der bewegliche Querträger wird zwischen zwei Gleitlagern geführt. Die Rahmenkonstruktion dient einerseits zur Führung des beweglichen Querträgers, anderseits zur Aufnahme des festen Querträgers. Zwischen zwei symmetrisch angeordneten Hydraulikzylindern wird die Probe eingeführt. Die Einspannung erfolgt außerhalb der beiden Querträger, wobei die Probe durch Bohrungen in beiden Querträger geführt und verspannt wird. Durch das Ausfahren der Hydraulikzylinder wird eine Zugkraft in die Probe eingeleitet. Um den Zugang zur Probe zu erleichtern wurde die Prüfmaschine um 60 [°] geneigt aufgestellt. Mittels der Finite-Elemente-Methode (in der Folge mit FEM referenziert) wurde der optimale Querschnitt der Querträger bestimmt. Die höchstbelastete Schweißnaht wurde mittels des Strukturspannungskonzepts bewertet. FEM-Modelle für Schweißnaht und Querschnittsfläche wurden mit jeweils einer numerischen Rechnung verglichen. Ein Steuerungskonzept wurde mit Hilfe der „Finite-State-Machine“- Methode erstellt und in das Lastenheft eingearbeitet. Das beschriebene Lastenheft dient schlussendlich als Grundlage für die Auslegung der hydraulische Antriebseinheit und der Maschinensteuerung. Auf Basis der vorliegenden Arbeit kann nun mit der Realisierung der 5 [MN] Zugprüfmaschine für Werkstoff- und Funktionsprüfung an Ausbauelementen im Untertagebau begonnen werden.

KW - Prüfmaschine

KW - Stützmittel

KW - Tunnelbau

KW - Bergbau

KW - Zugprüfung

KW - Maschinensicherheit

KW - mining

KW - tunneling

KW - tensile testing machine

KW - machine safety

KW - ground control product

M3 - Diplomarbeit

ER -