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Konstruktionsbauteile C-Teile: Mal klein, mal riesig – immer großartig

Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Konstruktionsbauteile – viele sehen darin unscheinbare Verbrauchsteile. Oft jedoch bieten sie faszinierende Leistung und sind dort verbaut, worüber man nur staunen kann

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Zwanzig 300 kg schwere Wasserpumpen bewegen rund 40 m³ Wasser pro Sekunde – 86 db Betriebslärm mussten gesenkt werden.
Zwanzig 300 kg schwere Wasserpumpen bewegen rund 40 m³ Wasser pro Sekunde – 86 db Betriebslärm mussten gesenkt werden.
(Bild: Luftaufnahme Staumauer / Luftaufnahme Staumauer / Volatus / CC BY-SA 4.0 / CC BY-SA 4.0)

Elastische Verschraubung im Wasserkraftwerk

Die Kraft des Wassers nutzbar zu machen, ist vornehmliche Aufgabe der Schluchseewerk AG. Der Südschwarzwald bietet ideale Voraussetzungen für den Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken. Durch eine Fallhöhe von bis zu 600m entsteht ein immenser Wasserdruck, der von fünf Kraftwerken mit je vier Maschinensätzen in elektrische Energie umgewandelt wird.

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In zwei Kraftwerksgruppen aufgeteilt, arbeiten jeweils Turbine, Generator und Pumpe nach Bedarf. Die Problematik, dass Mitarbeiter von Betriebslärm betroffen sind, ist an allen Standorten ähnlich. Im Kraftwerk Waldshut werden im Pumpbetrieb 40 Kubikmeter Wasser pro Sekunde bewegt – das erzeugt etwa 170 Mio. kWh Strom. Einen hohen Anteil daran haben die dort installierten Schraubenpumpen.

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Mit einem Gewicht von jeweils 300 kg sind sie zugleich auch Kern des Lärmproblems. Denn durch die direkte Übertragung der während des Pumpvorgangs entstehenden Kräfte auf den Wassertank wird die gesamte Konstruktion in Schwingungen versetzt. Dies liegt vor allem am hohen Luftanteil des Fördermediums Öl, das sich im Tank befindet. Die dadurch resultierende Geräuschkulisse ist so laut, dass an normales Arbeiten nicht mehr zu denken ist. Um dies zu ändern, bat man bei ACE um Hilfe.

Relativ schnell fiel auf, dass nicht nur die Pumpen an sich das Problem sein könnten, sondern auch ihre Verschraubung mit dem Fundament. Als Ergebnis der Bestandsaufnahme schlug man zur Senkung des mit 86 dB gemessenen Betriebslärms eine elastische Verschraubung unter Verwendung von schwingungsisolierenden Platten aus der SLAB-Familie vor.

Zwischen Tank und Pumpe sowie zwischen Schraubenkopf und Pumpe wurden SLAB-Platten angebracht. Dadurch gelang es, die Körperschallübertragung komplett vom Sender, nämlich der Pumpe, zum empfangenden Tank hin zu trennen. Die im Vorfeld durchgeführten theoretischen Berechnungen sagten als Ergebnis dieser Maßnahme eine Reduktion von 6,6 dB voraus. Schwingungsmessungen bestätigten die theoretische Annahme.

Größter O-Ring der Welt

Trelleborg Sealing Solutions hat einen Guinness Weltrekord geschaffen: Mit 364 Metern hat das Unternehmen den größten O-Ring der Welt hergestellt. Produziert wurde der O-Ring mithilfe des Fleximold-Verfahrens im Werk von Trelleborg in Tewkesbury, England.

Eine wahre Herausforderung war es, den O-Ring um die mittelalterliche Abtei Tewkesbury zu legen.
Eine wahre Herausforderung war es, den O-Ring um die mittelalterliche Abtei Tewkesbury zu legen.
(Bild: Trelleborg Sealing Solutions)

Für das Projekt hat sich Trelleborg in Tewkesbury mit 20 Schülern der Tewkesbury School zusammengeschlossen. Während eines Sommersemesters wurden die Schüler in verschiedenen Fertigungsdisziplinen gecoacht und waren an der Konstruktion, Kalkulation und Fertigungsplanung des O-Rings beteiligt.

Der O-Ring wurde mit der von Fleximold entwickelten Technologie produziert, die die Herstellung von nahtlosen Riesen-O-Ringen ermöglicht. Große O-Ringe werden vor allem in der Prozessindustrie eingesetzt, etwa in der Pharmazie-, Lebensmittel- und Getränke- sowie in der Elektronikindustrie, etwa bei der Herstellung von Flachbildschirmen.

Dazu rollte man den O-Ring auf eine Trommel auf...
Dazu rollte man den O-Ring auf eine Trommel auf...
(Bild: Trelleborg Sealing Solutions)

Für die Präsentation sollte der 364 Meter lange Elastomer-O-Ring um die mittelalterliche Abtei Tewkesbury gelegt werden, was eine Herausforderung darstellte. Auch bei dieser Planung halfen die Schüler - die Lösungsvorschläge reichten von Drohnen bis Katapulte.

Schließlich hat man sich dazu entschieden, den O-Ring auf einer Trommel als Schnur aufzurollen, um ihn zur Abtei zu transportieren. Anschließend wurde der O-Ring um den Außenumfang des alten Gebäudes gelegt und die beiden Enden in einer mobilen Vulkanisiereinheit verbunden und abgedichtet, um den O-Ring abzuschließen. Die Integrität des O-Rings wurde von Artis, einem Elastomer-Beratungsunternehmen mit Sitz in Großbritannien, unabhängig überprüft. Anschließend wurde der Umfang des O-Rings mit einer industriellen Drahtmessmaschine gemessen. Der Rekord wurde vom Preisrichter des Guinness Buch der Rekorde bestätigt.

Kugelsicherer LED-Strahler

Dirty Harry wäre stolz – mit dem FL3X5 LED-Strahler der Bad Bernecker Disignage Lichtmanufaktur ist man auf der sicheren Seite. Der Strahler ist so konstruiert, dass er selbst gröbste Misshandlungen übersteht. Mit dem FL3X5 Ballistic bietet die Firma Disignage eine Beleuchtungslösung für den höchstmöglichen Sicherheitsanspruch.

In Zusammenarbeit mit dem Sicherheitsglashersteller Silatec will die speziell zertifizierte Leuchte hochwertiges Licht mit höchstmöglichem Schutz verbinden. Hochwertigste Materialien sollen den Fluter vor grober Gewalteinwirkung sowie Vandalismus schützen. Durch das zahlreiche Zubehör kann die Leuchte projektspezifisch aus- und aufgerüstet werden.

Die von Disignage gefertigten Strahler bestehen aus einem Gehäuse, das aus massiven Aluminium gefräst wird. Geschützt werden die LEDs von absolut farbneutralem und schusssicherem Glas von Silatec.
Die von Disignage gefertigten Strahler bestehen aus einem Gehäuse, das aus massiven Aluminium gefräst wird. Geschützt werden die LEDs von absolut farbneutralem und schusssicherem Glas von Silatec.
(Bild: Disignage)

Dies soll den bestmöglichen Schutz für beinahe jede Kundenanforderung gewährleisten. Die LED-Leuchte ist für robuste Außenanwendungen IP67 zertifiziert, aus Vollaluminium gefräst und silber schutzeloxiert. Der Abstrahlwinkel ist zwischen 24°, 40° oder 64° wählbar und bis 1000 Joule – entspricht einer .44 Magnum – beschusssicher

LED-Glanz im Vatikan

Licht richtig akzentuiert bringt bei Kunstwerken die Schönheit hervor. So auch im Petersdom in Rom. Hier hat Osram jetzt die Installation von LEDs abgeschlossen: Verlegt haben die Techniker fast 20 Kilometer Kabel und dabei 780 LED-Spezialleuchten installiert, die die wertvollen Deckengemälde in einer Höhe von 110 Metern erstrahlen lassen. Das sind insgesamt rund 100.000 einzelne LEDs, die die größte Basilika der Welt erleuchten.

Der Petersdom in Rom erstrahlt dank der rund 100.000 780 Spezialleuchten von Osram in vollem Glanz; Schatten sind kaum noch zu sehen.
Der Petersdom in Rom erstrahlt dank der rund 100.000 780 Spezialleuchten von Osram in vollem Glanz; Schatten sind kaum noch zu sehen.
(Bild: Osram)

Damit die LED-Leuchten dezent im Hintergrund bleiben, wurden die 780 maßgeschneiderten Lichtspender samt elektronischer Steuerung besonders flach konstruiert. Das Besondere: Dank der LED-Technik wird das Licht bis zu zehnmal heller leuchten als zuvor und dabei 90% weniger Energie verbrauchen. Ebenfalls verringert hat sich die Zahl der Leuchten: Im Vergleich zur konservativen Beleuchtung sind jetzt 80% weniger Lampen verbaut.

Bereits 2014 hat das Lichtunternehmen die frisch renovierte Sixtinische Kapelle mit einem neuen Beleuchtungskonzept versehen, und ganz ähnliche Arbeiten wurden bis Ende 2016 auch für die Stanzen des Raffael beendet. Bei dem Festakt zur feierlichen Einweihung des neuen Lichtkonzepts waren neben Osram-Konzernchef Olaf Berlien auch Kurienkardinal Giuseppe Bertello. Berlien ist sich sicher, „dass auch wirklich jedes Detail zum Leuchten gebracht wurde.“ Zur kritischen Prüfung überreichte er Bertello als Geschenk ein Fernglas.

Intelligente Federung im Superbike

Was macht ein Fahrzeug ohne Fahrwerksdämpfung bei hoher Geschwindigkeit? Bestimmt einiges, was der Fahrer nicht beabsichtigt. Sicher ist in jedem Fall, dass das Fahrzeug nicht mehr sicher zu kontrollieren ist. Kein Wunder, dass Unternehmen in aller Welt intensiv daran forschen, um Dämpfungssysteme für Fahrzeuge aller Art und für Kunden in der ganzen Welt besser und sicherer zu machen. Eines dieser Unternehmen ist die Tractive Suspension BV in den Niederlanden.

Mit Tensor-Technik von Atlas Copco Tools fertigt der Hersteller Federungskomponenten für Fahrwerke, die sich per Knopfdruck definieren lassen und sich praktisch in Echtzeit automatisch-dynamisch auf die Beschaffenheit des Fahrwegs einstellen. „Wir haben früh erkannt, dass die Zukunft moderner Federungssysteme in der Kombination aus Hydraulik und Elektronik liegt und unsere Entwicklungsarbeit hierauf konzentriert“, stellt der kaufmännische Leiter Tom E. Glazemakers das Unternehmen vor.

Stolz ist Glazemakers auf das millisekundenschnell reagierende mechatronische DDA-Ventil, das seine Firma eigenständig entwickelt hat. DDA steht für Dynamic Damping Adjustment (also die dynamische Federungseinstellung), für das Tractive Suspension ein Patent hält: „Durch Sensorinformationen wie z.B. über Beschleunigung, Verzögerung, Lenkwinkel und Weg überwachen die Dämpfungssysteme die Fahrbahnverhältnisse und steuern bei Bedarf innerhalb von Millisekunden gegen.“

High-End-Federungssysteme etwa für Rennmaschinen können z.B. relevante Anziehdaten dokumentieren.
High-End-Federungssysteme etwa für Rennmaschinen können z.B. relevante Anziehdaten dokumentieren.
(Bild: Atlas Copco)

Das bringe unmittelbare Vorteile wie bessere Straßenlage, höhere Fahrdynamik und mehr Verkehrssicherheit, verspricht Glazemakers. Dabei ließ sich diese fortschrittliche Federung gleichermaßen gut in Autos, Motorräder oder selbst in Schneemobile integrieren. Herzstück dieser Federungssysteme sind in mehreren Schritten montierte, aus etwa 20 Komponenten bestehende Ventilkörper. Das Unternehmen behandelt die elektromagnetisch sensiblen Bauteile mit größter Sorgfalt und überprüft sie auf ihrem Komplettierungsweg mehrmals:

„Das in die Qualitätsüberwachung unserer Linie integrierte Tensor-Schraubsystem erkennt bei der Montage, ob ein Teil fehlerhaft oder falschherum montiert wurde und über die SPS-Abfrage wird garantiert, dass etwa der Dichtklebstoff zur Gewindesicherung korrekt aufgetragen wurde“, berichtet Toon Verhoeven. Der Projektleiter Industrialisierung hat die Null-Fehler-Montage zu seinem Anspruch erklärt. „Erst, wenn alle Voraussetzungen nachweislich erfüllt sind, kann der von einem Power-Focus-Controller gesteuerte Tensor-Stabschrauber das Ventilpaket zusammenfügen.“

Nach erfolgreichem Check des vollständigen und lagerichtigen Vorhandenseins aller Einzelteile überwacht die Power-Focus-4000-Steuerung die exakte Einhaltung des Zieldrehmoments von 60 Nm ebenso wie den korrekten Anziehwinkel. Auf diesen Parametern basierende Musterschraubkurven sind hinterlegt, um unzulässige Abweichungen von den engen Toleranzgrenzen sofort zu entlarven. Sollte es zu Überschreitungen kommen, schlägt das dokumentierende Atlas-Copco-Schraubsystem Alarm und die Anlage sperrt automatisch das betroffene Bauteil.

Für Verhoeven ist es entscheidend, dass keine fehlerhaften Bauteile weitergetaktet und alle Anziehresultate langfristig nachweissicher festgehalten werden. „Verglichen mit den Anfängen 2010 hat unsere Produktion eine ziemliche Transformation vollzogen“, stellt der Ingenieur fest. Zu Beginn lag das Unternehmen mit kleinen Stückzahlen für den Rennsport- und High-End-Tuningmarkt im Manufakturbereich. Mittlerweile sei der Produktionsprozess freigegeben durch große Hersteller wie u.a. BMW. „Nur moderne, kommunikationsfähige Elektroschraubsysteme können die inzwischen geforderten kurzen Taktzeiten mit der nötigen hohen Präzision einhalten“, glaubt Verhoeven.

Traktor mit Touchscreen-Steuerung

Rafi hat in Zusammenarbeit mit dem finnischen Traktorhersteller Valtra die Smart-Touch-Armlehne einschließlich eines komplett neukonstruierten Multifunktions-Fahrhebels für die neuen Modelle der N-, S- und T-Serien entwickelt. Die Bedienlösung, die alle Bedienelemente und Befehlsgeräte zur Steuerung der Landmaschinen in einer komfortablen Armlehne vereint, erhielt 2017 für ihre hervorragende Ergonomie den Red Dot Design Award.

Zugleich ist die smarte Armlehne integraler Bestandteil von Valtras neuartigen Bedienkonzept, das es Fahrzeugführern ermöglicht, alle Steuer- und Bedienfunktionen individuell anzupassen. Dafür befindet sich am vorderen Ende der Armlehne ein Touchscreen mit einer interaktiven 3D-Darstellung des Traktors.Bediener können auf dem Modell sämtliche Fahrzeugfunktionen durch einfaches Antippen auswählen, ihre Leistungsbereiche und Umdrehungszahlen über virtuelle Schieberegler anforderungsgerecht einstellen und die Steuerung den bevorzugten Bedienelementen zuordnen.

Valtra-Schlepper aus der T-Serie.
Valtra-Schlepper aus der T-Serie.
(Bild: Valtra)

So lässt sich u.a. auch die Hydraulik einschließlich aller Ventile, Hubwerke und des Frontladers frei einstellbar mit jedem Bedienelement steuern. Um Fehlbedienungen auszuschließen, lassen sich nicht benötigte Funktionen im Sinne des Easy-of-Use komplett deaktivieren. Alle Konfigurationen werden automatisch gespeichert und können in beliebig vielen Nutzerprofilen verwaltet werden.

Die Armlehne wird einschließlich des Gehäuses, und Multifunktions-Fahrhebels sowie aller anderen Taster und Befehlsgeräte von Rafi gefertigt und als einsatzfertige, über Steckverbinder anschließbare Einheit ausgeliefert. Multifunktions-Fahrhebel, integrierte Daumenjoysticks sowie der gesonderte Joystick zur Hydrauliksteuerung basieren auf der Joyscape-Plattform, mit der Rafi maßgeschneiderte Joysticks in variablen Ausbaustufen konfiguriert. So hat der HMI-Spezialist Form, Funktion und Farbe der Fahrhebel-Griffe nach Valtra-Vorgaben gestaltet.

Eine eingespritzte, weiche Gummierung mit Honey-Stick-Effekt auf der Fahrhebel-Oberseite bietet der Hand eine bequeme Auflage mit sicherem Halt. Ebenso entstammen alle Kurzhubtaster und Daumen-Joysticks, mit denen der Fahrhebel bestückt ist, aus eigener Fertigung.

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