Schrifttum. Von Helmut Schwanghart, M~nchen*)

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1 Shrifttum [ 1 ) Heidt, H: Arbeitsunfälle mit Shleppern Bundesverb Land Berufsgenossenshaften, Kassel 1965 [ 2] Moberg, H : Trator safety abs National Sedish Testing Institute for Agriultural Mahinery, Uppsala 1964 [ 3 ] OECD: Standard Code for the Offiial Testing of Safety Cabs and Frames OECD Counil Deision C (73) 199, 1973 [ 4) ASAE: Agriultural Engineers Yearbook 1977 St Joseph, Mihigan, USA: ASAE 1977 [ 5 ] Bundesverband der landirtshaftlihen Berufsgenossenshaften ev: Durhführungsregeln, Rihtlinien, Prüfgrundsätze zu den Unfallverhütungsvorshriften der Landirtsh Berufsgenossenshaften Kassel 1974 [ 6 ] Shanghart, H : Berehnungsmethode für das Umsturzverhalten eines Akershleppers am Hang Grund! Landtehnik Bd 23 (1973) Nr 6, S 1776 [ 7 ] Bundesverband der landirtshaftlihen Berufsgenossenshaften ev: Besondere Grundsätze für die Unfallshutzprüfung von Shutzvorrihtungen für Shlepperfahrer Bundesverb Land Berufsgenossenshaften, Kassel 1976 [ 8] Shanghart, H: Der statishe Test als Prüfung der Festigkeit von Shlepperumsturzshutzvorrihtungen in der EuropäishenGemeinshaft Grund! Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5, S [ 9] Shanghart, H: Kippsiherheit von Fahrzeugen, insbesondere von Traktoren am Hang Proeedings of the Intern Soiety f Terrain Vehile Systems, Wien 1978 Der statishe Test als Prüfung der Festigkeit von Shlepperumsturzshutzvorrihtungen in der Europäishen Gemeinshaft Von Helmut Shanghart, Mnhen*) OK : Zur Beseitigung der tehnishen Handelshemmnisse bei Akershleppern in den Ländern der Europäishen Gemeinshaft soll zur Prüfung der ausreihenden Festigkeit von Shlepperumsturzshutzvorrihtungen ein Test ausgearbeitet erden, der in allen Ländern Gültigkeit ht und verbindlih ist Da der in den OECD-Ländern eingeführte Pendelshlagtest für kleine Shlepper unter 1,5 t und große Shlepper über 6 t ungeeignet ist, urden Bestimmungen für einen "Statishen Belastungstest" erstellt Sie liegen im Enturf vor Die Grundlagen für die Ermittlung der Testenergien und der Vergleih mit anderen Prüfungen erden in diesem Beriht aufgezeigt 1 Einleitung Es gibt gegenärtig vier Möglihkeiten, eine Umsturzshutzvorrihtung an Shleppern auf ihre Siherheit hin zu testen: Pendeltest, statisher Test, reeller Umsturz und Berehnung Bei der Entiklung eines für die Europäishe Gemeinshaft gültigen statishen Belastungstests gab es die Shierigkeit, daß er sih in bestehende andere Prüfregeln einpassen mußte So sollte er ein Alternativtest zum OECD-Pendeltest sein, sollte aber auh keine zu großen Abeihungen zum shon bestehenden ASAE-Test aufeisen Vor allem mußten auh neuere Erkenntnisse über die beim Umsturz tatsählih auftretenden Energien, besonders an den übergängen zu den kleinen (m < 1,5 t) und großen (m > 4,5 t) Shleppern beahtet erden Der bestehende Pendeltest, der sih Dieser Aufsatz ist die Zusammenfassung eines Vortrages, den der Verfasser am in einem NIAE-Symposium in SilsoeEngland gehalten hat *) Dr-lng Helmut Shanghart ist Oberingenieur am Institut fer Landmashinen (Direktor: Prof Dr-lng W Söhne) der Tehnishen Universität Münhen 184 in dem Bereih, für den er vor a 2 Jahren entikelt urde, ausgezeihnet beährt hat, muß bei großen Shleppern zangsläufig abgelöst erden, da mit reellen Pendelgeihten die geforderten Energien egen der begrenzten Hubhöhe niht mehr zur Verfügung stehen Auh für sehr kleine Shlepper ist er niht geeignet Daneben sollen auh theoretishe Betrahtungen zumindest qualitativ das Problem der Energien beim Umsturz analysieren helfen 2 Inhalt der statishen Festigkeitsprüfung Für die statishe Festigkeitsprüfung ist niht ein kompletter Shlepper notendig, doh muß die Umsturzshutzvorrihtung für den Test zumindest auf den Shlepperkörper aufgebaut sein Die zugrundegelegte Masse ist proportional zum unballastierten Geiht Folgende Einzelbelastungen erden vorgenommen, Bild 1, [ 1]: a) Längsbelastung von hinten (Geihtanteil auf der Hinterahse> 5 %), sonst von vorne b) Einbeultest hinten an der Eke der Längsbelastung ) Seitlihe Belastung (gleihe Seite ie bei Längsbelastung) d) Einbeultest vorne (gegenüber dem Ort der Längsbelastung) Die Flähe der Lasteinleitung darf A = 15 mm2 mit einer Länge von 7 mm niht übershreiten Neuerdings ist auh eine Einleitungslänge von 33 % der belasteten Gesamtlänge vorgeshlagen Der seitlihe Lastangriff ist möglihst 3 mm vor dem SitZbezugspunkt (seat referene point, SRP), der rükärtige 16 der Kabinenbreite von der Eke entfernt Die Größe der Belastungen beträgt: längs: Eil= l,4 m [J] seitlih: Eis= 1,75 m [J) v oben: F = 2 m [N] (5 Sekunden-Dauer) Bei all diesen Belastungen darf der Freiraum niht verletzt erden Er ist gleih dem Freiraum in der OECD-Regel Seitlih darf die Umsturzshutzvorrihtung in einer Höhe von 9 mm bis 1 mm vor der Mittelebene verformt erden, von rükärts mindestens bis zum SRP Grundl Landtehnik Bd 28 ( 1978) Nr 5

2 Bild 1 Rihtungen und Angriffspunkte der Belastungen beim "Statishen Test" der vorgeshlagenen EG-Regelung Tritt ein Riß auf, darf bei der rükärtigen und seitlihen Belastung ein sogenannter Überlasttest absolviert erden Hierbei muß die Gesamtenergie Ej = 1,2 Ei bei einer Mindestkraft von F' >,8 Fmax aufgenommen erden Das Eindringen in den Freiraum ist hierbei ohne Bedeutung Neuerdings spriht man auh über eine zeite Längsbelastung von Ei21 =,35 m, die aber keinen großen Einfluß hat, außer die verbogene Shutzvorrihtung aufzurihten für einen besseren Widerstand gegen die Last von oben 2 + gesturzt(monb y) + 2 -i\ gf 15 :: 1, 3: Y <) ':i 5 O'--'--'--'--'--'--'-----' t 7 + Bild 2 Rükärtige Belastung auf die Umsturzshutzvorrihtung in Abhängigkeit von der 3 Ermittlung der Energie für die rükärtige Belastung Um die Kabinen und Shutzvorrihtungen auf ihre Wirkung gegen einen rükärtigen Umsturz, der in Europa nur in 5-15 %, in den USA in % der Umstürze vorkommt, zu prüfen, urden Pendelshlagtests von hinten mit den in Bild 2 angegebenen Energien durhgeführt [2] Wie Versuhe von John Deere zeigten, aren die dabei auftretenden Belastungen viel größer als die mit der Testenergie nah der älteren OECD-Vorshrift (OECDa1t) Die Prüfenergie urde deshalb erhöht und einem Trägheitsmoment (m L2) proportional gesetzt Das ergibt einen progressiven Anstieg in Abhängigkeit von der Die Beziehung für die rükseitig aufzubringende Energie Er= 2, ml2 2 9,81 [J] ist für mittlere Radstände L [mm] in Abhängigkeit von der Masse m [kg] in Bild 2 aufgetragen Berüksihtigt man, daß der Sherpunkt des Pendelgeihtes durh die Voreinstellung der Halteketten unter 2 nah dem Aufshlag noh sinkt, so erhöht dies die Belastungsenergie in Abhängigkeit von der Verformung Bei einer mittleren Deformation von 2 mm ird dadurh ein 5 t- Shlepper um 8 %, ein 2 t-shlepper sogar um 38 % mehr belastet, als die Formel angibt In den zahlreihen Versuhen in England, in Sheden, in den USA, in Deutshland und in Frankreih urde gemessen, elher Anteil der formelmäßigen Pendelenergie in der Shutzvorrihtung absorbiert ird Nah Bild 3 liegen die Werte zishen 2 % und 1 % mit einer sehr großen Streubreite Ein angenommener Mittelert von 6 % ist in Bild 2 eingetragen 1 % E' 8 :: 6 ii 1 -g ' + + rukärts OE CO-Tests t 8 Bild 3 Die auf die Pendelenergie bezogene, in der Shutzvorrihtung bei rükärtiger Belastung absorbierte Energie in Abhängigkeit von der ( auf Energie des alten OECD-Tests bezogen) Bei den Umsturzmessungen von John Deere (Meßpunkte in Bild 2) fallen außerordentlih große Streuungen für vershiedene Umsturzvorgänge des gleihen Shleppers auf Eine Prüfregel kann nur einen harakteristishen Vorgang herausgreifen und ihn zur Grundlage für die Belastung mahen In Deutshland ist das der Umsturz am Grashang (Neigung 1 : 2) Bisher urden 127 Shlepper gestürzt, Bild 4 Die nah der Berehnung dieses Umsturzes, Bild 5, ähnlih der seitlihen Umsturzrehnung sih ergebenden Energien (3] sind im Bild 6 mit eingetragen Dabei ird angenommen, daß der Boden eine Energie von a 2 beim Aufshlag der gesamten Kabinenbreite absorbiert Dieses Ergebnis stimmt mit den gemessenen Energien gut überein Die Lage der Umsturzshutzvorrihtung auf dem Shlepper, harakterisiert beispielseise durh das Maß L 2 der Skizze in Bild 6, spielt dabei eine entsheidende Rolle Dies ird in der Prüfregel für den Pendeltest und den statishen Test jedoh niht berüksihtigt Wegen der Einfahheit der Beziehung und egen der geünshten Angleihung an die bestehende ASAE-Forderung urde für die rükärtige Belastung die Energieformel der ASAE für den statishen Test Eir = 1,4 m [J] vorgeshlagen Sie stellt einen Kompromiß mit einer ausreihenden Übereinstimmung aller Prüfenergien für Shlepper bis 4,5 t dar Grundl Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5 185

3 Bild 4 Rükärtiger Shlepperumsturz am Hang 1 : 2 Bild 7 Versuhseinrihtung für statishe Belastung an Shlepperumsturzshutzvorrihtungen 4 Ermittlung der Energie für die seitlihe Belastung Um die ährend des Pendeltests aufgenommenen Energien zu ermitteln, urden auf einer Zugversuhsanlage, Bild 7, an der Tehnishen Universität Münhen Rahmen durh Pendeltest und statish belastet, elhe in Groß-Umstadt, der offiziellen deutshen Prüfstation, dem OECD-Pendeltest unterorfen orden aren Während die ohne Shlepper auf dieser Prüfeinrihtung fest verankerten Shutzrahmen beim Pendeltest 7-8 % der Pendelenergie aufnahmen, urde bei den normal nah dem OECD-Pendeltest geprüften Rahmen nur 4-6 % der Energie bis zur Pendeltest- Verformung aufgenommen Daraus resultiert eine Aufteilung der Energien beim Pendeltest nah Bild 8: Bild S Geometrie an einem aus dem Stand rükärts umstürzenden Shlepper EPendel = Eel+pl + Eüber + Eshl + EverL OECD Nimmt man an, daß eta 2-25 % der Energie zur Beegung des Shleppers (Eshl), 5-1 % durh Übershingen des Geihtes durh die unterste Lage (Eober) und 2 % als ehte Verlustenergie (Reibung, Wellen) (Ever1) verloren gehen, so erden nur eta 5 % der Pendelenergie infolge elastisher und plastisher Arbeitsaufnahme im Shutzrahmen absorbiert (Eel+ 1 ) [4, 5] Eine eihe Shutzvorrihtung nimmt beim Pendeltest und beim Umsturz bei gleihen Bedingungen mehr Arbeit auf als eine steife, Bild 9, da zb beim Pendeltest die Kraft zu klein ist, um den in den Seilen verspannten Shlepper zu beshleunigen QJ :n QJ io1---t--tt--:-::1 QJ, :n \ \ \ m:2 kg \ p (>- 'v'' H 1%, l) ' ::l 5 EPendel = 2 9,81 (125+,15 m) [J] EPendel = Eel+pl + EÜber + Eshl + Everl o,, t 7 Shi eppermasse Bild 6 Vergleih der Energien der rükärtigen Belastung bei Umsturztest, Pendeltest und Rehnung Bild 8 Möglihe Aufteilung der Pendelenergie beim Shlag gegen einen mit Seilen verankerten Shlepper Ependel Energie des Pendels Es hi Vom Shlepper aufgenommene Energie Eel+pl Energie der elastishen u plastishen Verformung Everl Verlustenergie Eüber Energie für Übershingen des Pendels durh die tiefste Lage 186 Grundl Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5

4 3 kn 2 Y : a; ll 1 Verformun Wihtig ist bei Vergleihsversuhen auh die Angabe der Verformung bis zur Freiraumgrenze oder bis zur Pendeltestverformung So nahmen im Umsturztest geprüfte Bügel bei Verformung bis zum Freiraum eniger Energie (3-55 %) auf als im Pendeltest ( 4-6 %), Bild 1 Im Pendeltest absorbierten aber die Rahmen bei der geringeren Pendeltestverformung, Bild 11, ebenfalls nur 4-5 % der Energie, so daß im mittleren Massenbereih von 2 bis 4 t die Belastung im Pendeltest und beim seitlihen Umsturz am Hang 1 : 2 ähnlih hoh ist [6] In Abhängigkeit von der ist in Bild 12 dargestellt, elher Anteil der Pendelenergie von den Rahmen im Pendeltest aufgenommen ird Auh hier kann trotz der großen Streuungen ein Mittelert von 5 % angesetzt erden [7, 8, 9] Verformung 5mm6 Bild 9 Kraft-Verformungsdiagramm bei statisher seitliher Belastung untershiedliher Shutzvorrihtungen 1s pendlgetestet) Detorm bis' gesturzt Freiraum +gestij rz t - 1 1f t : s:: u " t 7 1 % fl' seitlih l! t t 8 Bild 12 Die auf die Pendelenergie bezogene, in der Shutzvorrihtung absorbierte Energie in Abhängigkeit von der In Bild 13 sind Energien bei ehten Umstürzen eingetragen Darunter sind 26 Tests kleinerer Shlepper, die in den letzten Monaten an der Tehnishen Universität Münhen an einem Hang 1 : 1,5 (mit Kunststoffplatten belegt) umgestürzt urden, Bild 1 Energie der seitlihen Belastung beim Pendeltest und beim Umsturz + Umsturz o P nd ltest Umsturzrhnung1Hang1:2) kj Verf b1s Freiraum O Ver f 1m Pendeltest pendelgetestet 1 Qt ' < : s:: u Gi St---t't--+---,,_--t i Cl t 7 Sh 1 epper ma sse Bild 11 Seitlihe Energieaufnahme von Shutzvorrihtungen im Pendeltest bei angegebener Verformung Bild 13 Vergleih dc;r Energien der seitlihen Belastung aus Rehnung, Umsturz und Pei'! deltest mit den im OECD-Test geforderten Energien Grundl Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5 187

5 Bild 14, [1] Die dabei im Boden vernihtete Energie liegt im Mittel bei 1 bis 2, Bild 15 In Bild 13 sind neben allen bisherigen Ergebnissen von Umsturz- und Pendeltests [ 11] auh die Umsturzenergien aus individuellen Berehnungen einzelner Shlepper eingetragen Insgesamt ergibt sih auh für die seitlihe Umsturzenergie ein leiht progressiver Anstieg in Abhängigkeit von der Masse Es urde als mittlere Belastungsenergie vorgeshlagen Eis = 1,75 m [J] eine Beziehung, elhe ebenfalls einen Kompromiß darstellt Diese Gerade ergibt 38,25 % auf den Pendeltest bezogene Energie bei einer von 1,5 t, 5,2 % bei 4,5 t und 53,5 % bei 7,5 t Sie liegt innerhalb von 1 % Abeihung gegenüber der Energie beim Erdbaumashinentest für Mashinen mit Massen (ohne Ballast) von 8,6 bis 19 t Bei 9 t ist die Überlappung mit den Erdbaumashinen, as der Wirklihkeit entspriht Auh mit der von der ASAE für den statishen Test geforderten Energie besteht eine gute Übereinstimmung Obohl in der ASAE-Regelung eine um 15 % über der EG-Formel liegende Energie gefordert ird, ergibt die um 5 mm größere zulässige Deformation ieder eine Erniedrigung des Energieniveaus, Bild 16 ::' QJ 1) [l 1-;? 2 Nm J 15 L J OOSlmJ 31NJ 151Nml 1J----t---t---r-rt----t-----t---;7"1 :i -;;; Qi CD kg 6 Bild 16 Vergleih von dynamishen und statishen Energien in Prüfregeln 5 Zusammenfassung Bild 14 Umsturzhang für Shmalspurshlepper im Institut für Landmashinen der TU Münhen 1) O'l :i 1) CD 1) 8 6 A 4 f Energ ie 1m Boden Energie in der USV! Umsturz Ha7 OECD Pendel energ1e Eo55'J 8 51, 2% " r " kg 2 Bild 15 Die beim Umsturz von Shmalspurshleppern gemessenen Energien der seitlihen Belastung auf die Shutzvorrihtung Der statishe Test der Festigkeit von Shlepperumsturzshutzvorrihtungen kann in seiner derzeitigen Form bezüglih der Belastungsenergien als eine Alternative zum OECD-Pendeltest angesehen erden Aber auh in den Bereihen über 4,5 bis 1 t oder unter 1,5 t, für die der Pendeltest niht so geeignet ist, ersheint der statishe Test sinnvoll Die Energien sind so definiert, daß sie relativ gut mit denen in anderen Prüfregeln ie ISO, ASAE und OECD soie mit denen im realen Umsturz übereinstimmen Durh den langsamen Testablauf erlaubt der statishe Belastungstest dem Konstrukteur eine genauere Beobahtung des Verformungsablaufes und der shahen Stellen Ein Überlasttest geährleistet ein Abshließen des Testes selbst bei unesentlihen Rissen und Brühen Insgesamt überdekt der statishe Test in dieser Form die bisherigen Prüfungen hinreihend und berüksihtigt dabei auh neuere Erkenntnisse Shrifttum [ 1 ] Bayer, Chisholm, Shanghart: Roll-over protetive strutures for heeled agriultural or forestry trators Final Report to the EC Brussels (1976) [ 2] OECD paper, Safety Cabs and Frames DAAT959, May 197 [ 3 ] Shanghart, H : Kipp- und Umsturzverhalten von Traktoren und Ausirkung auf die Shutzvorrihtungen und die Siherheit Inst f Landmashinen, TU Münhen (1978) (unveröffentlihte Arbeit) 188 Grundl Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5

6 [ 4] Shanghart, H: Festigkeitsbetrahtung von Shlepper- Umsturzsiherheitsrahmen, besonders für die Nahrüstung Landtehnik Bd 3 (1975) H 1, S [ 5 ] Söhne, W u H Shanghart: Nahrüstung von Akershleppern mit Umsturzshutzvorrihtungen Merkblatt der Land Berufsgenossenshaften, Kassel 1974 [ 6 ] Söhne, W u H Shanghart: Methods of testing safety frames for agriultural and forestry trators Report to the Commission of the European Communities 1975 [ 7] Norström, : Report from the 5th meeting of ISOTC 23SC 3WG 1 (Ser-24) 62 E (Annex A) [ 8 ] FIEI, Ad Ho Protetive Frame Committee, Exhibits, Illinois 197 [ 9] Piker, S: Contribution a l'etude des energies a mettre en oeuvre an ours des essais statiques de adres et abines de seurite CNEEMA, ISOTC-23SC-3GT-l 1976 [ 1] Söhne, W u H Shanghart: Stand und Entiklung von Prüfmethoden bei Shlepperumsturzshutzvorrihtungen Grund! Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5, S [ 11 ] Sullivan, HD: Strutural strength tests for protetive abs for agriultural trators using stati methods Inst Meh Engrs Conferene, London 1975 Allgemeine zusammenhänge zishen der Leistung, dem Geiht und den optimalen Betriebsparametern von Shleppern Von G Sitkei, Budapest*) OK :531 Die Nutzung der Motorleistung von Shleppern im landirtshaftlihen Betrieb spielt heute eine ihtige Rolle Um eine optimale Abstimmung von Shlepper und Gerät zu geährleisten, ist es notendig, die allgemeinen Beziehungen zishen Shlepper- und Betriebsparametern zu kennen 1 n diesem Aufsatz erden aufgrund der Shleppertheorie allgemeine Zusammenhänge abgeleitet und Versuhsergebnissen von großen Allrad-Shleppern erörtert 1 Einleitung In den letzten Jahrzehnten urde die Motorleistung der Akershlepper ständig erhöht und das auf die Leistung bezogene Geiht der Shlepper vermindert In den letzten Jahren verbreitet sih die Anendung der großen Allrad-Shlepper mit 15 bis 225 kw Leistung Die Nutzung der Motorleistung spielt bei diesen großen Shleppern aus Gründen der Ökonomie eine sehr ihtige Rolle; daher ist es notendig, die großen Shlepper möglihst mit optimalen Betriebsparametern zu nutzen Ein Vergleih der optimalen Betriebsparameter (Zugkraft, Fahrgeshindigkeit, Shlupf) für die früheren kleineren und die heutigen großen Shlepper hat gezeigt, daß eine esentlihe Änderung bei diesen Betriebsparametern zu beobahten ist Während bei den kleinen Shleppern der optimale Shlupf bei % und die optimale Fahrgeshindigkeit bei 5-6 kmh lag, nehmen dieselben Parameter für große Allrad-Shlepper die Werte von 8-1 % bz 1-11 kmh an [l ] Obohl diese Tendenz aus Feldversuhen bekannt ist, fehlt doh eine theoretishe Begründung für die Änderungen der Betriebsparameter in Abhängigkeit von den konstruktiven Daten des Shleppers 2 Theoretishe Grundlagen Der Shlepper stellt im allgemeinen eine Zugmashine dar, daher soll die Zugleistung als ihtigster Optimierungsparameter untersuht erden Die Leistungsbilanz eines Shleppers kann ie folgt beshrieben erden: orin Pe z u R Vtll' V i Motorleistung Zugkraft Umfangskraft Rolliderstand theoretishe bz tatsählihe Fahrgeshindigkeit Shlupf mehanisher Wirkungsgrad 'Tim sind Unter Berüksihtigung, daß mit U=Z+R oder µ = K + p ; u z R µ= K= Ḡ Ḡ p =" kann GI (1) auf die folgende einfahe Form gebraht erden : oder (1), (2) *)Prof Dr-Ing G Sitkei, Budapest, ar Gastissenshafter am Institut für Landmashinen der TU Münhen im Jahre GI (2) stellt den Zusammenhang zishen der Fahrgeshindigkeit und dem auf die Leistung bezogenen Geiht dar Grund! Landtehnik Bd 28 (1978) Nr 5 189