Technikerabschlussarbeit

Technikerabschlussarbeit Entwicklung und Konstruktion eines Hydraulikprüfstands in der zentralen Hydraulikvormontage Projekt im Rahmen der Weiterbildung zum staatlich geprüften Techniker an den Schulen Dr. W. Blindow GmbH in Zusammenarbeit mit der Firma Lemken GmbH & Co.KG Eingerichtet von: David Bross, Felix Kasten Florian Spreen, Benedikt Vieth Betreuer der Schule: Dipl.-Ing. Puyan Kachani Betreuer der Firma: Dirk Köhnen (Gruppenleiter Elektro/Hydraulik) Dipl.-Ing. Andreas Gestal (Produktionsleiter) Bearbeitungszeit: vom 01.10.2012 bis 23.08.2013 Abgabedatum: 26.08.2013

Teamvorstellung David Bross Felix Kasten 26.06.1978 30.11.1986 Florian Spreen Benedikt Vieth 22.05.1987 17.09.1987 2

Teamvorstellung... 2 Einleitung... 6 Aufgabenbeschreibung... 7 Firmenvorstellung... 8 1 Analyse... 9 1.1 IST-Zustand... 9 1.2 Soll-Zustand... 9 1.3 Eingrenzung des Themas... 10 4 Begriffsbestimmung Maschine... 11 4.1 Auszug aus Artikel 2... 11 4.1 Auszug aus Artikel 2... 12 5 Zeitplanung... 13 6 zu prüfende Bauteile... 14 7 Konstruktion des Prüfstandes / Arbeitsplatz... 15 7.1 Schwenkarm... 18 7.2 Rittal Kompakt Schaltschrank AE für Elektronik... 21 7.3 Rittal Kompaktschaltschrank für Hydraulik... 22 7.4 Auswahl der Baumaterialien für den Arbeitsplatz... 22 8 Konstruktion der Presse... 26 8.1 Vorüberlegungen für die Hydraulikpresse... 26 8.2 Neukonstruktion der Hydraulikpresse... 28 3

8.3 Auswahl des Pressenzylinders... 30 8.4 Verbindungsbolzen... 31 8.4.1 Berechnung des Bolzen... 31 8.4.2 Berechnung der Vorhanden Fläche... 32 8.4.3 Berechnung der Zulässigen Kraft... 32 8.4.4 Berechnung der Erforderlichen Fläche... 32 8.4.5 Erforderlicher Bolzendurchmesser... 33 9 Lochleibungskräfte an Verbindungsgabel... 34 9.1 Berechnung der Lochleibungspressung... 35 10 Schweißnaht an der Führungsschiene... 36 10.1 Berechnung der Schweißnaht an Führungsschiene... 37 10.1.1 Dickenbeiwert... 38 10.1.2 Zul. Schubspannung... 38 10.1.3 Schubspannung... 39 10.1.4 Biegespannung... 39 10.1.5 Vergleichsspannung... 39 11 Bolzen am Führungsschlitten... 40 11.1 Berechnung... 40 11.2 Abscherrbeanspruchung... 41 12 Schwerpunktermittlung des T-Trägers... 42 13 Hydraulik... 43 13.1 Erstellung Hydraulikschaltplan... 44 4

13.2 Hydraulikaggregat... 46 13.3 Vormontageplatz... 47 13.4 Wege- und Proportionalventile... 47 13.5 Druck- und Volumenstrommessumformer... 49 14 Elektrik... 50 14.1 Versorgung... 50 14.2 Lastkreis... 51 14.3 Signalkreis... 51 15 Automatisierung... 53 15.1 SPS und Baugruppen... 53 15.2 Bedienoberfläche... 54 16 Aufgetretene Probleme und Problemlösung... 55 17 Zusammenfassung... 56 18 Danksagung... 57 19 Eigenständigkeitserklärung... 58 20 Abbildungsverzeichnis... 59 21 Tabellenverzeichnis... 64 22 Formelverzeichnis... 65 23 Quellenverzeichnis... 66 24 Anhang... 67 5

Einleitung Am Ende der zweijährigen Weiterbildung zum staatlich geprüften Techniker ist eine Technikerarbeit als Teil der Abschlussprüfung vorgesehen. Sie ist in einer Gruppenarbeit aus mindestens zwei bis maximal vier Personen zu erarbeiten. Das Ziel sollte es sein, Entwicklungen und Lösungsstrategien selbstständig zu erarbeiten, sowie auch die Teamfähigkeit zu steigern. Im Anschluss der Dokumentation ist eine Präsentation der erbrachten Leistung vorzutragen. Nachdem sich das Team, bestehend aus David Bross, Felix Kasten, Florian Spreen und Benedikt Vieth, gefunden hat, befasste sich das Team mit den Recherchen und der Umsetzung des Projektes. Für die Themenfindung, war es wichtig, eine Firma zu suchen, die uns eine Anspruchsvolle und geeignete Arbeit anbietet. Bei der Firma Lemken GmbH &Co.KG in Alpen / NRW fanden wir die richtige Aufgabe. Die Aufgabe umfasste alle Bereiche des Mechatronikers. Das Projekt hatte für die Firma Lemken & Co.KG auch einen hohen Praktischen Stellenwert. Nach Absprache mit unseren betreuenden Lehrkraft Dipl.-Ing Puyan Kachani, konnte das Team der Firma Lemken & Co.KG eine Zusage machen. 6

Aufgabenbeschreibung Entwicklung und Konstruktion eines Hydraulikprüfstands in der zentralen Hydraulikvormontage Die Teamaufgabe bestand darin, einen komplett neuen Hydraulikprüfstand in der zentralen Hydraulikvormontage zu entwickeln. Die Aufnahme eines Anforderungsprofils für den Prüfstand, sowie die Erstellung aller Schaltpläne und die Auflistung aller benötigten Teile für den Prüfstand mussten vom Team erarbeitet werden. Die Entscheidung in Hinsicht auf die Gestaltung des Prüfstandes wurde dem Team von der Firma Lemken frei überlassen. Es wurden Vorgaben in Hinsicht von Zukaufteilen gemacht: - Die SPS-Baugruppen sollten von der Firma Siemens sein. - Die Hydraulikkomponenten von Firma Hydac oder von Firma Bucher Die fertige Entwicklung und Konstruktion sollte dann im Hauptwerk der Firma Lemken&Co.KG in Alpen präsentiert werden. Eine Produktion des Prüfstandes seitens des Unternehmens ist geplant. 7

Firmenvorstellung Abbildung 1 Hauptwerk der Firma Lemken in Alpen NRW Der Spezialist für den professionellen Pflanzenbau. Die Firma LEMKEN wurde im Jahr 1780 als Schmiede von Wilhelmus Lemken gegründet. Das Unternehmen ist bis heute im Familienbesitz und pflegt die Tradition seiner Erzeugnisse, die seit langem nach Edelsteinen benannt sind. Als Hersteller von landwirtschaftlichen Geräten für die Bodenbearbeitung, Aussaat und den Pflanzenschutz beschäftigt LEMKEN heute weltweit mehr als 1.000 Mitarbeiter. Das Unternehmen befindet sich bereits in der sechsten und siebten Generation im Besitz der Familie Lemken. Am Stammsitz im niederrheinischen Alpen, ca. 50 km nordwestlich von Düsseldorf, produziert die Firma LEMKEN knapp 13.000 Geräte pro Jahr und erwirtschaftete 2011 einen Umsatz von 266 Mio. Euro. LEMKEN gehört zu den führenden Unternehmen der Branche in Europa. Mit einem Marktanteil in Deutschland bei Drehpflügen und Grubbern von über 40 % ist LEMKEN die Nr. 1 unter den Anbietern. 8

1 Analyse 1.1 IST-Zustand Der vorhandene Reparaturprüfstand besteht aus einer Werkbank mit zwei Arbeitsplätzen und einer hydraulischen Presse. An diesen Arbeitsplätzen werden Tätigkeiten durchgeführt, wie Garantie-, Rückmeldung-, Reparaturbearbeitung aber auch Montagearbeiten. Jeder Arbeitsplatz hat zwei Hydraulikkreise, die einzeln über mechanisch betätigte Wegeventile angesteuert werden müssen. Die Hydraulikpresse erfüllt nicht mehr die heutigen Anforderungen. Für die Inbetriebnahme der Hydraulikpresse, muss ebenfalls ein elektrisches und ein mechanisches Wegeventil per Hand betätigt werden. Der Betriebsdruck an den Arbeitsplätzen ist über je ein Druckminderventil einstellbar. Der Volumenstrom ist nicht ordentlich einstellbar. Die Elektromagnetventile werden über ein externes Netzgerät versorgt. 1.2 Soll-Zustand Jeder Arbeitsplatz soll mit zwei elektrisch zu- und abschaltbaren Hydraulikkreisen ausgestattet sein. Die Ansteuerung der elektrischen Wegeventile soll logisch und übersichtlich und von jedem Arbeitsplatz möglich sein. Das derzeit vorhandene Aggregat versorgt zusätzlich noch einen Vormontagearbeitsplatz. Die Spannungsversorgung des Prüfstandes muss über ein integriertes Netzgerät erfolgen. Hierbei ist zu beachten, dass der Schaltschrank über alle nötigen Anschlussmöglichkeiten verfügt. Der Betriebsdruck und der Volumenstrom sollen proportional steuerbar sein. Der aufgesteuerte Druck und der Volumenstrom sollen an den Reparaturarbeitsplätzen ablesbar sein. Die hydraulische Presse muss den heutigen Sicherheitsvorschriften angepasst sein und die hydraulischen Lastdrücke sollen am Prüfstand simuliert werden können. 9

1.3 Eingrenzung des Themas Nach ersten Besprechungen mit der Firma Lemken, und mit Veranschaulichungen im Werk wurde der Entwurf des Prüfstandes umgeändert und die Neuerungen hinzugefügt. Es sollten nicht mehr zwei Arbeitsplätze zum Prüfen entstehen sondern nur noch einer. Dafür wurde der Zweite in einen Montagestand geändert auf dem man Schlosserarbeiten verrichten kann. Diese Änderung schlug sich auf die Konstruktion um, denn der Tisch musste neu konstruiert werden. Die Arbeitsfläche wurde durchgehend konzipiert und eine Nische in die Platte eingearbeitet an der man die Hydraulikzylinder zerlegen und Instandsetzen kann. Die Presse bekam eine neue Aufnahme um die Handhabung besser zu bewerkstelligen und der Vortrieb des Pressenzylinders wurde abgewandelt. Abbildung 2 jetziger Prüfstand der Firma Lemken 10

4 Begriffsbestimmung Maschine Die Anlage wurde nach gültigen Maschinenrichtlinien geplant, Entwickelt und Konstruiert. Auf die Passagen der Richtlinien wurde Rücksicht genommen und die Vorgaben wurden beachtet. Im Sinne der Richtlinie 2006/42/EG Des Europäischen Parlaments und des Rates vom 17. Mai 2006 über Maschinen und zur Änderung der Richtlinie 95/16/EG (Neufassung) 4.1 Auszug aus Artikel 2 a) Maschine - eine mit einem anderen Antriebssystem als der unmittelbar eingesetzten menschlichen oder tierischen Kraft ausgestattete oder dafür vorgesehene Gesamtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines bzw. eine beweglich ist und die für eine bestimmte Anwendung zusammengefügt sind; - eine Gesamtheit im Sinne des ersten Gedankenstrichs, der lediglich die Teile fehlen, die sie mit ihrem Einsatzort oder mit ihren Energie- und Antriebsquellen verbinden; - eine einbaufertige Gesamtheit im Sinne des ersten und zweiten Gedankenstrichs, die erst nach Anbringung auf einem Beförderungsmittel oder Installation in einem Gebäude oder Bauwerk funktionsfähig ist; 11

4.1 Auszug aus Artikel 2 a) Maschine - eine Gesamtheit von Maschinen im Sinne des ersten, zweiten und dritten Gedankenstrichs oder von unvollständigen Maschinen im Sinne des Buchstabens g, die, damit sie zusammenwirken, so angeordnet sind und betätigt werden, dass sie als Gesamtheit funktionieren; - eine Gesamtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines bzw. eine beweglich ist und die für Hebevorgänge zusammengefügt sind und deren einzige Antriebsquelle die unmittelbar eingesetzte menschliche Kraft ist; 12

5 Zeitplanung Tabelle 1 Zeitplanung der Projektarbeit 13

6 zu prüfende Bauteile Bei der Erstellung des Prüfstandes für die Firma Lemken, sollte dieser eine Vielzahl von Baugruppen testen können. Hierbei handelt es sich um die Bauteile, die die Firma Lemken selbst in ihren Produkten verwendet. Diese sollten alle am Prüfstand begutachtet und eventuell instandgesetzt werden. Die vorgegebene Stückzahl der Bauteile beläuft sich momentan auf 206 zu prüfende Bauteile. Tabelle 2 Auszug aus Prüfteilliste In Tabelle 2 ist ein Auszug der Teile zu sehen, welche am Prüfstand, getestet werden sollen. Die Bauteile werden je nach ihren Aufgaben, elektrisch, hydraulisch oder Elektrohydraulisch geprüft. Jedes Bauteil hat entsprechende Prüfkriterien, die im Programmablauf berücksichtigt werden mussten. Hierbei handelt es sich um 206 Unterprogramme des Hauptprogramms. Mit einer Änderung durch die Firma ist dieser Teil entfallen. 14

7 Konstruktion des Prüfstandes / Arbeitsplatz Bei der Konstruktion des Prüfstandes / Arbeitsplatzes gab es seitens der Firma keine Vorgaben. Das Team musste sich hierbei doch an die Richtlinie halten, die eine Ergonomische und sichere Entwicklung fordert. Eine Risikobeurteilung und ihre Umsetzung werden von der Firma Lemken durchgeführt. Dennoch musste der sichere Umgang mit Fluiden nach Artikel 1.1.3. ( Maschinenrichtlinien) Materialien und Produkten sichergestellt sein. Hier wurde dann eine Lösung gefunden indem man eine Ölauffangwanne unter den Arbeitsplatz und unter die Presse konstruierte. Diese ist über ein Ölablassventil zu entleeren und fachgerecht zu entsorgen. Bei der Ergonomie von beiden Arbeitsbereichen, wurde eine Höhe von 1000 mm gewählt. Dies gewährt ein sicheres und ermüdungsfreies Arbeiten an den Plätzen. Bei der Ergonomie des Prüfstandes war auch der Aufstellungsort wichtig. Zur Aufstellung des Prüfstandes wird der in der Firma Lemken bekannte Platz gewählt. Er erlaubt ausreichend Bewegungsfreiraum für das Bedienpersonal. Alle Sicherheitsrelevanten Schalter und Bedienelemente sind nach DIN VDE angebracht und von jeder Position zu erreichen. Durch eine mechanische Verriegelung am Deckel des Arbeitsplatzes, ist auch das Einschalten bei geöffnetem Deckel geregelt. Die Prüfung lässt sich nur Starten wenn der Deckel und das Seitenteil geschlossen sind und in die entsprechende Sicherheitsrastklinge einrasten. Bei öffnen des Deckels während der Prüfung, wird diese sofort gestoppt. Abbildung 3 Plexiglas XT 8mm Farblos 15

Der Deckel ist aus 8mm dicken Plexiglas, wie in Abbildung 3 zuerkennen gefertigt und bietet dem Bediener ausreichend Sicherheit bei seiner Arbeit. Alle Kanten und Ecken sind abgerundet und entgratet, somit werden Verletzungsgefahren des Bedieners vermieden. Zur Realisierung der Montage und Demontage von Hydraulikzylindern ist das Team zu dem Entschluss gekommen eine Verstellbare Aufnahme zu konstruieren. Abbildung 4 Höhenverstellbare Zylindermontage Halterung Die Aufnahme muss höhenverstellbar sein, wie in Abbildung 4 zu sehen ist, weil einige Zylinder senkrecht stehend zerlegt werden müssen. Dies ist möglich über die eingebaute Handkurbel an dem Arbeitsstand. Die Fläche des Arbeitsplatzes ist voll nutzbar, somit können auch längere Zylinder auf ihm abgelegt werden. Zudem ist die Arbeitsfläche mit Löchern versehen, durch sie läuft das Öl in die Ölauffangwanne ab. Abbildung 5 zeigt eine Hydraulik Schnellkupplung, mit der alle Zylinder über Schlauchverbindungen angeschlossen werden. Abbildung 5 Hydraulik Schnellkupplung 16

Bei der Konstruktion des Deckels, wurde darauf geachtet, dass die Prüfung nur starten kann, wenn der Deckel vollständig geschlossen ist und in die vorgesehenen Sicherheitspositionsschalter die getrennten Betätiger eingerastet sind. Der Betätiger ist am Deckel verschraubt, damit ist eine Demontage und die Umgehung des Schutzeinrichtung gewährleistet. Der Sicherheitsschalter ist an 2 Stellen des Arbeitsplatzes angebracht, dadurch ist das unbeabsichtigtes in Gang setzen verhindert. Durch einen Verriegelungsmechnismus wird der Deckel in Position gehalten und muss durch ein leichtes nach oben drücken entriegelt werden und kann dann erst wieder verschlossen werden. In Abbildung 6 ist der Deckel des Prüfplatzes zu sehen. Der Hydraulikanschlussblock mit Schnellkupplung ermöglicht ein anschließen und prüfen der Hydraulikzylinder am Arbeitsplatz. Im hinteren Bereich ist der Arbeitsplatz mit einer Blechwand versehen, die das Eingreifen in den Prüfablauf verhindert. Des Weiteren verhindert sie, sowie der Deckel auch im Falle einer Leckage, dass Öl aus dem Arbeitsbereich austritt. Weiterhin trennt sie auch den Bereich der Hydraulikmontage von dem der Presse. Somit sind 2 voneinander getrennte Arbeitsbereiche vorhanden. Abbildung 6 Arbeitsplatz Hydraulikmontage mit Deckel 17

7.1 Schwenkarm Der gesamte Prüfablauf wird über ein Touch Panel der Firma Siemens gestartet. Das Touch Panel ist in einem Rahmen eingebaut. Dieser ist mit einem Schwenkarm der Firma Rittal verschraubt. Der Schwenkarm lässt sich in alle Richtungen um 270 schwenken und erlaubt so von jedem Bediener gut erreicht zu werden. Er ist in Augenhöhe angebracht. Bei der Auswahl des Passenden Schwenkarms ist berücksichtigt worden, - Tragkraft - Schwenkbereich - Ergonomie - leichtes bewegen - gute Bedienbarkeit an jedem Arbeitsplatz Hier ist das Team dann zu dem Entschluss gekommen einen serienmäßigen Schwenkarm der Firma Rittal zu nehmen. Bei einer benötigten Auslagenlänge von 1000 mm fiel die Wahl auf das Tragarmsystem CP. Die benötigten Komponenten wurden aus dem Handbuch 33 Ausgabe 2012/2013 der Firma Rittal entnommen und aufgelistet. Der Schwenkarm besteht aus folgenden Komponenten - Rittal Compact Panel mit Tragarmanschluss - Gehäusekupplung, rund - Gehäusebefetigung - Winkelstück 90 - Wand / Bodenbefestigung - Tragprofil (Verschieden ablängbar) - Mastbefestigung 18

Abbildung 8 Rittal Campact Panelgehäuse Abbildung 7 Gehäusekupplung rund Abbildung 10 Gehäusebefestigung Abbildung 9 Winkelstück 90 Um eine gute Belastbarkeit des Schwenkarmes zu gewährleisten und anbei noch Geld zu sparen wurde die Variante von Rittal gewählt. Sie ist ausreichend Belastbar auch wenn der Bediener den Schwenkarm von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz schwenkt. Abbildung 11 Tragarmprofil 19

Abbildung 12 Belastungsdiagramm Tragarm Abbildung 12 zeigt das Belastungsdiagramm des Schwenkarms. Die Länge des Auslegers in diesem Fall beträgt 1000 mm. Die zulässige statische Last beträgt 400 N. Das Gehäuse hat ein Eigengewicht von 3,8 Kg, auch wenn ein Bediener den Schwenkarm bewegt ist es stabil genug den Belastungen Stand zu halten. 20

7.2 Rittal Kompakt Schaltschrank AE für Elektronik Um die gesamte Steuerung für den Prüfstand Normgerecht unterzubringen wurde ein Schaltschrank der Firma Rittal verwendet. Dieser ist verschließbar durch eine Tür. Der Aufbau ist aus Metall, damit ist er auch robust genug für die Umgebungsanforderung im Werk der Firma Lemken. Die Bestückung des Schaltschranks ist mit allen nötigen Sicherungen und der gesamten SPS (S7 315F), wie in Abbildung 13 der Firma Siemens ausgerüstet. Der Einbau des Schaltschranks ist im rechten unteren Bereich des Arbeitsplatzes angeordnet und mit einer zu dem Schaltschrank passenden Mastbefestigung für die Tischbeine versehen. Hier ist auch genügend Bewegungsfreiheit für Abbildung 13 Siemens S7 CPU 315 Prüfungen und eventuelle Reparaturen, sowie Erweiterung des Systems. Die komplette Kabelführung für die Steuerung verläuft unter den Arbeitsplätzen und sie werden dann an den passenden Stellen verlegt und angeschlossen. Abbildung 14 zeigt die Darstellung und Anordnung in der CAD Zeichnung. Abbildung 14 Schaltschrank für SPS Steuerung 21

7.3 Rittal Kompaktschaltschrank für Hydraulik Abbildung 15 Kompakt Schaltschrank Hydraulik Der Schaltschrank für alle Hydraulikkomponenten wie in Abbildung 15 und 16 zusehen ist, musste groß dimensioniert sein, damit die gesamte Hydraulik mit den Steuerblöcken und Ventilen Platz findet und der Schrank sollte auch noch ausreichend Platz für Wartungsarbeiten und Reparatur haben. Hier fiel die Wahl auf den Kompakt Schaltschrank AE-AE 1100.500 aus Edelstahl. Diese Version ist 2 Türig und hat die Abmaße (BxHxT 1000mm 760mm 210mm). An der linken Seite befinden sich die Anschlüsse für Hydraulik Zu -und Rücklauf. Diese werden durch je einen Flansch durch den Schaltschrank in das Innere geleitet und dort auf die Verschiedenen Zweige aufgeteilt. Alle im Schrank enthaltenen Komponenten sind auf der Grundplatte befestigt. Die Rohrleitungen verlaufen wie die Elektroleitungen unter dem Prüfstand und werden an benötigter Stelle hochgeführt. Abbildung 16 Originalbild Rittal Kompakt Schaltschrank 22

7.4 Auswahl der Baumaterialien für den Arbeitsplatz Bei der Auswahl des Materials für den Prüfstand, musste das Team auch den Kostenfaktor im Auge behalten. Deswegen ist die Entscheidung auf S235 JR Baustahl des allgemeinen Maschinenbaus gefallen. Dieses Material ist in großen Mengen bei der Firma Lemken vor Ort und wird zum Bau des Prüfstands genutzt. Für die Tischbeine sind Vierkantrohre (50x50x5) verwendet worden. Sie sind ausreichend dimensioniert, an ihm treten keine Belastungen auf, die ihn zerstören würden. Die Arbeitsfläche ist aus 2 verschiedenen Platten gefertigt. Platte 1 hat die Abmaße in mm (1475x950x10) und ist aufgrund der Arbeiten an den Hydraulikzylinder dicker gewählt, weil auf ihr mechanische Arbeiten verrichtet werden. Es ist hier auch noch eine Aussparung für die Höhenverstellung konstruiert worden welche die Abmaße in mm (350x350) hat. Diese dient zur senkrechten Montage und Aufnahme der Hydraulikzylinder. Platte 2 hat die gleichen Abmaße wie Platte 1 jedoch ist sie nur 5mm stark. Dies ist ausreichend, denn hier werden nur Prüfabläufe getätigt und keine mechanischen Arbeiten verrichtet. 23

Beide Platten sind von unten verstrebt und halten den hier anliegenden Belastungen stand. Die Belastungen wurden mit der FEM Analyse dargestellt. Bei einer angenommenen Last von 150 Kg mittig auf den Platten Desweitern sind die Platten bündig im Tisch eingebaut und lassen sich zur Reinigung der Ölwanne ohne großen Aufwand ausbauen. In Abbildung 17 sieht man die FEM Analyse, welche die Belastungen zeigt die auftreten. Bei einer max. Belastung von 29,9 N/mm² ist die Platte ausreichend dimensioniert. Abbildung 17 FEM Analyse Tischplatte Arbeitsplatz 24

In Abbildung 18 ist die Konstruktionsansicht der Tischplatten zu sehen. Abbildung 18 Tischplatten Arbeitsplatz In der Abbildung 19 kann man den Rahmen des Tischgestells sehen. Hier ist auch klar zu erkennen dass die Tischplatte zweigeteilt ist. Mittig im Gestell ist eine Schiene verbaut. Abbildung 19 Gestell Arbeitsplatz 25

8 Konstruktion der Presse Bei der Konstruktion der Presse hatte das Team nur die Vorgabe, dass ein Druck von 0-100 bar stufenlos Regelbar sein sollte. Der Druck sollte dann über einen gewissen Zeitraum zur Prüfung gehalten werden. Bei der momentan vorhandenen Presse handelt es sich um eine seit Jahren veraltete Presse die nicht mehr dem Stand der Technik und den Sicherheitsvorschriften entspricht. Sie ist während der Prüfung frei zugänglich. Sie besitzt keine Abdeckung und der Druck ist nicht regelbar. 8.1 Vorüberlegungen für die Hydraulikpresse Bei der ersten Gedankenfindung hatte sich das Team sich für eine waagerechte Presse entschieden, weil dies aus der Sicht des Teams komfortabler und ergonomischer ist. Es wurde ein Hydraulikzylinder fest auf dem Gestell montiert, dieser übt den Prüfdruck auf den zu prüfenden Zylinder aus. Die Aufnahme des zu prüfenden Zylinders ist mit Bolzen auf der Arbeitsplatte versehen worden. Dies ist jedoch ungünstig gewesen, da die auftretenden Kräfte zu hoch sind und die Bolzen abgeschärt wurden. Abbildung 20 Entwurf Hydraulikpresse 26

Abbildung 21 zeigt die momentan vorhandene Presse im Werk der Firma Lemken. Abbildung 21 Hydraulikpresse der Firma Lemken Um die Kräfte aufnehmen zu können, wurde ein T-Träger unter die Arbeitsplatte geschweißt. Dieser ist groß genug damit sich die Presse bei Belastung nicht verbiegt. Die Auswahl des Trägers ist nach DIN 1025-2 IPB Reihe getroffen worden. IPB 200 h=200 b=200 Abbildung 22 Querschnitt Presse mit Sicht auf T- Träger 27

8.2 Neukonstruktion der Hydraulikpresse Der Entwurf berücksichtigt den neuesten Stand der Technik und hält sich an die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Des EUROPÄSCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 17. Mai 2006 und der BGR 500 Kapitel 2.3 Pressen der Metallbe-und verarbeitung. Das ungewollte Einschalten bei geöffneter Abdeckung ist nicht mehr möglich. Es sind Sicherheitsschalter eingebaut worden, die wie auch an dem Arbeitsplatz das Einschalten bei geöffnetem Deckel verhindern. Des Weiteren sind in den Reichweiten der Bediener NOT HALT, sowie NOT-AUS eingebaut worden. Weiterhin ist die Presse nur als 2 Hand-Bedienung konstruiert worden. Bei der Konstruktion der Presse in Abbildung 23 handelt es sich um eine Entwurfskonstruktion, die vielleicht in dieser Variante gebaut wird. Die Vorschläge seitens der Firma sind umgesetzt worden und mit in die Konstruktion eingeflossen. Abbildung 23 letzter Entwurf der Hydraulikpresse 28

Die Presse ist wie auch der Arbeitsplatz aus S235JR Baustahl gefertigt, da bei der Konstruktion auf möglichst günstige Materialien zurückgegriffen werden sollte. Das Gestell der Presse ist verschweißt und mit Streben, zur besseren Stabilisierung konstruiert worden. Der T-Träger befindet sich unter der Arbeitsfläche und nimmt die entstehenden Kräfte auf, damit sich die Presse nicht verformt. Um eventuelle Ölverluste auffangen zu können ist eine Ölauffangwanne unter die Arbeitsplatte angebracht worden. Das hier aufgefangene Öl kann über ein Ventil abgelassen und Fachgerecht entsorgt werden. Abbildung 24 Deckelmechanismus der Presse Bei der Abdeckung der Presse musste beachtet werden dass beim Öffnen der Presse die Abdeckung nicht mit dem Arbeitsplatz kollidiert. Hier ist ein eigens entwickelter Mechanismus konstruiert worden. Abbildung 24 zeigt die Konstruktionsansicht des Mechanismus. Wenn der Deckel geöffnet wird, schwenken die Seitenteile nach unten und das Oberteil mit der Frontplatte gehen nach oben. So ist gewehrleistet, dass der Deckel der Presse nicht mit dem Arbeitsplatz kollidiert. 29

8.3 Auswahl des Pressenzylinders Bei der Auswahl des Pressenzylinders mussten einige Überlegungen gemacht werden. - Was muss der Zylinder leisten - Es muss ein 2-Wegezylinder sein - Wie lang soll die Hublänge sein - Aufnahmevarianten Hierbei hatten wir die Vorgaben der Firma die Presse soll 15 Tonnen drücken können und einen einstellbaren Druck haben. Mit diesen Angaben wurde der für die Presse passende Zylinder gewählt. Abbildung 25 Beispiel Zylinder für Presse In Abbildung 25 ist der ausgewählte Zylinder nach Datenblatt Typ 46 Differentialzylinder ISO 6022 / DIN 24333 zu sehen. Die Abbildung 24 zeigt die gerenderte CAD Konstruktion. Abbildung 26 Konstruktion Hydraulikzylinder 30

8.4 Verbindungsbolzen Bei der Berechnung des Bolzens ist der Durchmesser schon durch die Bauart vorgegeben. Bei einer Belastung von max. 15 Tonnen ( 150.000 N) ergibt sich rechnerisch ein Durchmesser von 21 mm. 8.4.1 Berechnung des Bolzen Bei der Berechnung des Verbindungsbolzens, mussten die auftretenden Kräfte, wie in Abbildung 27 dargestellt, aufgenommen werden. Der Bolzen verbindet den Pressenzylinder mit dem zu prüfenden Zylinder. Abbildung 27 Auftretende Kräfte am Verbindungsbolzen 31

Material Bolzen: S235JR Anwendungsfaktor gewählt nach: Arbeitsweise: mittlere Stöße Antriebsmaschine: leichte Stöße Betriebsfaktor gewählt nach TB 3-5c Festigkeitskennwerte gewählt nach TB 1-1 8.4.2 Berechnung der Vorhanden Fläche [1] 8.4.3 Berechnung der Zulässigen Kraft [2] 8.4.4 Berechnung der Erforderlichen Fläche [3] 32

8.4.5 Erforderlicher Bolzendurchmesser Es wurde ein Bolzen mit dem Durchmesser von 25mm gewählt. Abbildung 28 zeigt die FEM Analyse. Die Streckgrenze liegt bei 275 N/mm². Abbildung 28 Verbindungsbolzen Pressenzylinder 33

9 Lochleibungskräfte an Verbindungsgabel Abbildung 29 Verbindungsgabel Pressenzylinder Damit die Kräfte an der Verbindungsgabel aufgenommen werden können, muss zusätzlich noch die Lochleibungspressung an der Verbindungsgabel wie in Abbildung 29 berechnet werden. Diese ist jedoch so gering, dass sie vernachlässigt werden kann. Es ist letztendlich nur ein Beweis erbracht, dass das Bauteil hält. 34

9.1 Berechnung der Lochleibungspressung Gewähltes Material: 34CrMo12 gewählt aus Tabelle 1-1 Flächenpressung in Gleitlagern und Bolzenverbindung umgestellt nach [4] Zulässige Flächenpressung [5] Der Nachweis ist erfüllt, die zulässige Lochleibungspressung wird nicht überschritten. 35

10 Schweißnaht an der Führungsschiene Bei der Aufnahme des Zylinders auf dem Pressentisch, musste eine Konstruktion entwickelt werden die den auftretenden Kräften gewachsen ist. Hier war das Problem durch die großen Kräfte auch die Konstruktion passend zu gestalten und das richtige Material auszusuchen. Die Führungsschiene muss auf der Tischplatte verschweißt werden. Hier ist durch die thermische Belastung darauf zu achten das die Schweißnaht nicht auf ganzer länger geschweißt wird. Das Team entschied sich für eine 6mm Kehlnaht in Abständen von 221 mm und jeweils 89 mm frei. Die gleiche Aufteilung der Schweißnaht ist auch am Doppel-T-Träger. Die Abbildung 30 zeigt eine Schematische Darstellung der Schweißnaht. Bei einer gesamt Länge von 2000 mm, ist die Schweißnaht ausreichend lang und stabil, um die Kräfte aufnehmen zu können. Die gesamte Länge der Führungsschiene beträgt 3000 mm. Abbildung 30 Beispiel der Schweißnaht an Führungsschiene 36

10.1 Berechnung der Schweißnaht an Führungsschiene Um die Nahte zu berechnen musste im Vorfeld überlegt werden, welche Kräfte wirken. Abbildung 31 zeigt die schematische Darstellung der Kräfte. aus T-B 3.5c gewählt für Schweiß- Niet-, und Bolzenverbindung. Die gewählte Betriebsart ist, stoßhafte Bewegung und Art der Maschine ist Spindelpressen, hydraulische Schmiedepressen, Abkantpressen, Profilscheren, Sägegatter. Dabei entschied sich das Team für den Anwendungsfaktor von Abbildung 31 Darstellung der Kräfte an der Presse [6] [7] 37

10.1.1 Dickenbeiwert Dickenbeiwert (b) für geschweißte Bauteile im Maschinenbau nach DS 952 [8] 10.1.2 Zul. Schubspannung Nach Tabelle 6.13 S.82 Die Werte mit dem Dickenbeiwert 0,59 multipliziert ergibt, Diese Werte dürfen nicht überschritten werden. 38

10.1.3 Schubspannung [9] 10.1.4 Biegespannung [10] 10.1.5 Vergleichsspannung [11] Die Schweißnaht ist ausreichend für die auftretenden Kräfte ausgelegt. 39

11 Bolzen am Führungsschlitten An den Bolzen, die den Schlitten auf der Führungsschiene fixieren tritt eine statische Belastung auf. Die Bolzen müssen auf Scherung berechnet werden weil die Biegung gering ist und somit nicht berücksichtigt werden muss. (Bezug auf Abbildung 31) Das gewählte Material der Bolzen ist C15E. 11.1 Berechnung Berechnung der resultierenden Kraft am Führungsschlitten. 40

11.2 Abscherrbeanspruchung Der Schlitten wird mit 2 Bolzen auf der Schiene verbolzt und dadurch teilen sich die Kräfte gleichmäßig auf beide Bolzen auf. [12] [13] [14] Die Bolzen halten den Beanspruchungen stand. 41

12 Schwerpunktermittlung des T-Trägers Abbildung 32 Schwerpunkt Bestimmung Durch die Verstärkung der Tischplatte mit einem Doppel-T-Träger, verändert sich auch der Schwerpunkt. Dieser wird in der Folgenden Rechnung neu ermittelt. Tabelle 3 Schwerpunktberechnung n An Xn Yn An*Xn An*Yn 1 2000mm² 250mm 35mm 500000mm³ 70000mm³ 2 10000mm² 250mm 80mm 2500000mm³ 800000mm³ 3 7808,12mm² 250mm 180mm 1952030mm³ 1405461,6mm³ Bei der Berechnung des Schwerpunktes wie in Tabelle 3 gezeigt, befindet sich der Schwerpunkt bei 114,88 mm. [14] 42

13 Hydraulik Als Vorlage diente der alte Hydraulikschaltplan, da die grundsätzlichen Funktionen der Anlage sich nicht geändert haben. Um eine Automatisierung der Anlage zu ermöglichen, mussten alle manuell und mechanisch per Hand betätigten Ventile durch elektrisch ansteuerbare Ventile ersetzt werden. Um dieses zu realisieren wurde auf Hydraulikkomponenten der Firma HYDAC INTERNATIONAL GmbH zurückgegriffen. Im weiteren Verlauf des Projektes wurde ein Besuch der Firma auf der Hannover Messe gemacht um direkt vor Ort Gespräche zu führen und im Laufe der Zeit wurden Angebote eingeholt und Gespräche mit Ingenieuren der Firma HYDAC geführt, die das Team weiter an das Ziel gebracht haben. 43

13.1 Erstellung Hydraulikschaltplan Abbildung 33 Hydraulikschaltplan 44

Zur Erstellung des Schaltplans wurde das Programm Festo Fluidsim 4 Version 4.2 genutzt. Hiermit konnten alle erforderlichen Symbole im Schaltplan dargestellt werden. Bei der Umsetzung des Schaltplans wurde darauf geachtet, die Anforderungen der Firma Lemken genau umzusetzen. Es wurde großer Wert darauf gelegt einen Plan zu entwickeln, der eine komplette Automatisierung der Anlage erlaubt. Wie in Abbildung 33 zu sehen wurde das Aggregat (rot umrandet), wie auf Wunsch der Firma Lemken erhalten und unverändert in den Schaltplan eingebunden, sowie der bereits vorhanden Vormontageplatz (blau umrandet). Alle Wege- und Proportionalventile sind elektrisch ansteuerbar. Die Drücke und Volumenströme sind durch Messumformer elektrisch erfassbar. Zur Aufrechterhaltung konstanter Drücke an der Presse, wurden entsprechende Druckspeicher verbaut. 45

13.2 Hydraulikaggregat Durch die Vorgaben der Firma Lemken sollte das vorhandene Hydraulikaggregat bestehen bleiben und den neuen Prüfstand versorgen. Dieses wurde umgesetzt und die Schaltung und Anschlüsse wurden in den Schaltplan eingebaut Abbildung 34 Hydraulikaggregat der Firma Lemken Technische Daten: Leistung: 15Kw Druck: 350 bar U/min: 1500 Tankinhalt: 120 l Durchflussleistung: 30 l/min 46

13.3 Vormontageplatz Der Vormontageplatz blieb aus hydraulischer Sicht unberührt und wird bei Bedarf weiterhin von dem Aggregat versorgt. Abbildung 35 Vormontageplatz der Firma Lemken 13.4 Wege- und Proportionalventile Die ausgesuchten Ventile sind magnetbetätigt und elektrisch ansteuerbar. Es wurde darauf geachtet, dass sie dem Betriebsdruck von 200 bar, sowie dem maximalen Volumenstrom von 30 l/min vor dem Stromregelventil, bzw. 25 l/min nach dem Stromregelventil standhalten. z.b Abbildung 36 Betriebsdruck: pmax. = 320 bar Volumenstrom: max. 80 l/min Spannung: 24 V / DC Abbildung 36 4 / 3 Wege Schieberventil 47

Zur Realisierung der Druckregelung von 0-200 bar hat sich das Team für ein proportional Druckregelventil entschieden, das elektronisch regelbar ist. Hier wurde seitens der Firma HYDAC das VP-PDRP6 empfohlen, welches einen Druckbereich von 0-230 bar regeln kann. Abbildung 37 Betriebsdruck: max. 230 bar Volumenstrom: max. 60 l/min Spannung: 24 V / DC Abbildung 37 Proportional Druckregelventil Um den Anforderungen zur stufenlosen Volumenstromregelung gerecht zu werden, wurde sich auch hier für ein proportionales Stromregelventil entschieden. Zur Prüfung des Durchflusswächters musste eine feinere Regelung des Volumenstroms erfolgen, daher werden zwei Stromregelventile eingesetzt. Das erste Ventil 1V5 in Abbildung 33, ermöglicht eine Regelung von 0 25 l/min und das zweite Ventil 1V4 in Abbildung 36 ermöglicht eine feinere Regelung des Volumenstroms von 0 1,5 l/min, somit wird gewährleistet, dass das Schaltvolumen des Durchflusswächters präzise erreicht wird. Abbildung 38 Justage: 1 l/min Abbildung 38 Durchflusswächter Tolleranz: +/- 0,3 l/min Abbildung 39 proportional Stromregelventil 48

13.5 Druck- und Volumenstrommessumformer Zur Erfassung der verschiedenen Drücke- und Volumenströme der Anlage wurden elektronische Messumformer verwendet. Sie ermöglichen über ein analoges Ausgangssignal das ermitteln des momentan anliegenden Druckes oder Volumenstroms. Auch hier wurde auf Komponenten der Firma HYDAC zurückgegriffen. Die Druckmessumformer haben einen Druckbereich von 0 250 bar und die Volumenstrommessumformer haben einen Messbereich von 6 60 l/min. Die Messumformer 1B3 und 1B5 siehe Abbildung 40 haben einen Messbereich von 0,5 1,5 l/min, auch sie wurden speziell für die Prüfung des Durchflusswächters in Abbildung 40 eingesetzt. Abbildung 40 Durchfluss Messumformer 49

14 Elektrik Die Umsetzung der Elektrik, orientierte sich an den Vorgaben der Firma Lemken zur Verwendung der Bauteile auf das Produktportfolio der Firmen EATON, Murr und Siemens, sowie an die Hydraulikkomponenten und an den Sicherheitsaspekten. Des Weiteren musste darauf geachtet werden, dass zur Umsetzung einer Automatisierung alle relevanten Elektronikbauteile an eine SPS angebunden sind. Alle Stromlaufpläne sind mit dem Programm SEE Electrical Schulversion V5R1 erstellt worden. 14.1 Versorgung Die Versorgung der Anlage erfolgt über 3x 400V/N 50Hz und wird über den Hauptschalter Q1 zur Anlage freigeschaltet. Zur Versorgung des Signalkreises wird die anliegende Spannung über Netzteile auf 24 V/DC und 12 V/DC gewandelt, dies erfolgt durch die SITOP Bauteile der Firma Siemens wie in Abbildung 41 dargestellt. Die Bauteile werden durch Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter abgesichert.da die vom Team entwickelte Anlage mit Signalspannungen von 24V/DC arbeitet, jedoch die durch die Anlage zu prüfenden Teile mit 12V/DC betrieben werden, mussten zwei verschiedene Netzteile verwendet werden. Abbildung 41 SITOP PSU300S 24 V/40A 50

14.2 Lastkreis Im Lastkreis befinden sich die Pumpe des Hydraulikaggregats, eine Stern-Dreieck- Schützkombination für den Anlauf des Pumpenmotors und ein Leistungsschutzschalter zum Schutz des Pumpenmotors vor zu hohem Betriebsstrom sowie vor Kurzschlüssen. Abbildung 42 Stromlaufplan Lastschaltkreis 14.3 Signalkreis Im Signalkreis sind alle Bauteile enthalten die mit einer Spannung von 24V/DC versorgt Abbildung 43 MICO Lastkreisüberwachung werden und zur Anbindung der SPS sowie zur 12V/DC Ansteuerung der externen Bauteile dienen. Der gesamte Signalkreis ist über MICO Lastkreisüberwachungen wie in Abbildung 43 der Firma MURR abgesichert. Zur Signalerfassung und Visualisierung der START- und STOP Anforderungen des Vormontageplatzes, der zwei-hand Bedienung der Presse und der NOT-AUS sowie der NOT-HALT Einrichtungen der Anlage wurden Taster, Schalter und Leuchtmittel der Firma EATON mit Aufbaugehäusen verwendet. 51

Abbildung 44 Optokoppler der Firma MURR Die 12 Volt Versorgung der zu prüfenden Teile erfolgt über Optokoppler der Firma MURR, sie wurden verwendet, da sie einen geringen Steuerstrom haben und so den Betriebsstrom des Signalkreises gering halten und eine sichere Trennung des 24 V/DC und 12V/DC Kreises realisieren. Um eine sichere Abschaltung aller spannungsführenden Teile die über 50V/DC durch den NOT-AUS und dessen Drahtbruchsicherheit zu gewährleisten, wird der NOT-AUS-Kreis direkt vor der Stern-Dreieck-Schützkombination eingebunden. Die Umsetzung der NOT-HALT-Funktion, die zur Aufgabe hat alle sich bewegenden Teile am Prüfstand sofort still zu setzen, werden ein NOT-HALT-Taster und Sicherheitspositionsschalter wie in Abbildung 45 der Firma EATON verwendet. Zur Überwachung der Temperaturen im Schaltschrank Elektro wurde ein Schaltschrankinnentemperaturregler der Firma Rittal eingesetzt. Bei der Überwachung der Öltemperatur im Tank des Aggregats wurde ein PT 100 und ein digitaler Thermostat der Firma JUMO verwendet. Abbildung 45 Sicherheitspositionsschalter 52

15 Automatisierung Für die Automatisierung des Prüfstandes wurde eine SIMATIC S7-315F von der Firma Siemens gewählt, da diese eine Vorgabe der Firma Lemken war und die Firma diese schon für ihre anderen Maschinen verwenden. Es mussten 8 Baugruppen als Rack zusammengeschlossen werden um alle Signal zu erfassen und zu setzen. Zur Benutzerfreundlichen Bedienung und Visualisierung am Prüfplatz, ist ein SIMATIC HMI KTP 1000 Basic Touch Panel verwendet worden. Über dieses Touch Panel kann die SPS gesteuert werden und die verschiedenen Programme können ausgewählt werden. 15.1 SPS und Baugruppen Bei der Auswahl der S7-315F wurde besonders darauf geachtet das sie Fehlersicher ist, das heißt eine zweite CPU parallel zur ersten CPU arbeitet und im Ausfall deren Aufgabe übernimmt, somit ist eine redundante Ausführung sichergestellt. Zur Erfassung der Digitalen Eingänge wurde eine SM 321 mit 16 Eingängen verwendet. Um die analogen Signale der Messumformer zu erfassen, wurden zwei SM 331 mit je 8 Eingängen gewählt. Die Ansteuerung der Ventile erfolgt über zwei SM 322 mit 8 Ausgängen und einem Ausgangsstrom von 2 A pro Ausgang, sie wurde gewählt um die Ventile die eine Stromaufnahme von 1,13 und 1,33 haben direkt anzusteuern. Zwei weitere SM 322 mit je 16 Ausgängen kommen zum Einsatz um die Optokoppler sowie Leuchtmittel zu schalten. Die proportional Regelventile werden über eine SM 332 mit 4 Analogen Ausgängen geregelt. Da die Regelventile mit 0 ca. 1A bestromt werden müssen, die Analogenausgänge jedoch nur einen Ausgangsstrom von 0 20mA realisieren können, sind an dieser Stelle Leistungsverstärker der Firma Abbildung 46 Leistungsverstärker HYDAC Abbildung 46 zum Einsatz gekommen, um dieses Problem zu beheben. 53

15.2 Bedienoberfläche Durch bereits vorhandene Software zur Programmierung des Touch Panel, wurde das KTP 1000 Basic gewählt. Es ermöglicht die individuelle Bedienung der Anlage und über die Software WIN CC Flexibel ADVANCED kann es frei programmiert werden. Die Kommunikation mit der SPS erfolgt mittels PROFIBUS, was auch eine weitere Anbindung von Geräten erlaubt. Abbildung 47 KTP 1000 Basic 54

16 Aufgetretene Probleme und Problemlösung Wenn man eine Technikerabschlussarbeit erstellt, ist es fast unmöglich nicht auf Probleme zu stoßen und konfrontiert zu werden. Bei diesem Projekt bestand das größte Problem in der Umsetzung und in die Einarbeitung der Programme sowie die wenig vorhandenen Hydraulikkenntnisse mehr auszuprägen. Ein weiteres Problem war die große Entfernung zum Projektbetrieb. Es fanden alle Kommunikationen über Email und Telefon statt. Durch verschiedene Änderungen und zusätzlichen Anforderungen an den Prüfstand seitens der Firma ging viel Zeit verloren. Des Weiteren war die Zusammenarbeit mit Fremdfirmen nicht immer ganz einfach und stellte uns vor gewisse organisatorische Probleme. 55

17 Zusammenfassung Am Ende unserer Technikerabschlussarbeit, können wir auf ein interessantes und anspruchsvolles Projekt zurückblicken. Die Projektarbeit stellte uns über den gesamten Zeitraum immer wieder vor eine große Herausforderung. Unser Team hatte bisher nicht mit solch großen und umfangreichen Projekten zu tun. Wir wurden während der ganzen Projektarbeit, immer wieder vor neue Aufgaben gestellt. Aufgrund des Umfangs der Projektarbeit, bekamen wir immer Einblicke in verschiedene technische Bereiche und konnten unser erlerntes Wissen in unterschiedlichen Bereichen unter Beweis stellen. Im Lauf der Projektarbeit bekamen wir mehrere Probleme, die aber durch viel Recherche zu unserer Zufriedenheit lösen konnten. Manche Teammitglieder hatten schon Vorkenntnisse in Hydraulik und so konnte der Part der Hydraulik auch zur Zufriedenheit fertiggestellt werden. Am Ende der Arbeit, lässt sich sagen, dass durch die Zusammenarbeit und unserer sozialen Kompetenzen und der hohen Teamfähigkeit sehr gut zusammengepasst haben und das Projekt zu einem für uns sehr guten Abschluss gebracht haben. Mit den gesammelten Erfahrungen, lassen sich für uns in Zukunft andere Projekte besser planen und noch besser angehen. 56

18 Danksagung Die von uns angefertigte Technikerarbeit entstand im Zeitraum von Oktober 2012 bis August 2013 an der Technikerschule Stadthagen in Zusammenarbeit mit Firma Lemken & Co. KG The AGROVision Company. Im Zusammenhang mit unserer Technikerarbeit möchten wir folgenden Personen für Ihre tatkräftige Unterstützung danken, die uns bei der Umsetzung der von uns gesetzten Ziele beistanden. Herr Dipl.-Ing Puyan Kachani und Herrn Dr. Ing. Kachani. Sie standen uns betreuend zur Seite und halfen uns mit ihren Ratschlägen den Erfolg der Technikerarbeit voran zu treiben. Für die Zusammenarbeit und dem Entgegenkommen mit der Firma Lemken & Co.KG möchten wir uns bei Herrn Dirk Köhnen und Frau Anja Scholz besonders bedanken. Weiter möchten wir uns bei Dipl. Ing.(FH) Hermann Kolbe der Firma HYDAC INTERNATIONAL GmbH bedanken die uns mit ihren Ingenieuren tatkräftig bei der Erstellung der Hydraulikkomponenten unterstützt haben. 57

19 Eigenständigkeitserklärung Wir versichern, dass die vorliegende Technikerarbeit von uns selbstständig angefertigt worden ist und nur die angegebenen Hilfsmittel benutzt worden sind. Alle Stellen die den Wortlaut oder den Sinn nach anderen Werken entnommen wurden, haben wir durch Angaben der Literatur kenntlich gemacht. Stadthagen 26.08.2013 Ort, Datum Florian Spreen Stadthagen 26.08.2013 Ort, Datum Felix Kasten Stadthagen 26.08.2013 Ort, Datum David Bross Stadthagen 26.08.2013 Ort, Datum Benedikt Vieth 58

20 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Hauptwerk der Firma Lemken in Alpen NRW... 8 Bereitgestellt von Firma Lemken GmbH & Co.KG Abbildung 2 jetziger Prüfstand der Firma Lemken... 10 Bereitgestellt von Firma Lemken GmbH & Co.KG Abbildung 3 Plexiglas XT 8mm Farblos... 15 http://www.alles-aus-plexiglas.de/typo3temp/pics/6644c402bc.jpg Abgerufen am 20.05.2013 um 18:30 Uhr Abbildung 4 Höhenverstellbare Zylindermontage Halterung... 16 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 5 Hydraulik Schnellkupplung... 16 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 17:40 Uhr Abbildung 6 Arbeitsplatz Hydraulikmontage mit Deckel... 17 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 7 Gehäusekupplung rund... 19 http://www.rittal.com/dede/product/list.action;jsessionid=e5c6f33cc73834e75bda52f6cfa9cec8?categorypath =/PG0001/PG0002SCHRANK1/PG7661SCHRANK1/PG0058SCHRANK1/PG0060SCHRA NK1 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:15 Uhr Abbildung 8 Rittal Campact Panelgehäuse... 19 http://www.rittal.com/dede/product/list.action;jsessionid=e5c6f33cc73834e75bda52f6cfa9cec8?categorypath =/PG0001/PG0002SCHRANK1/PG7661SCHRANK1/PG0058SCHRANK1/PG0060SCHRA NK1 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:15 Uhr Abbildung 9 Winkelstück 90... 19 http://www.rittal.com/dede/product/list.action;jsessionid=e5c6f33cc73834e75bda52f6cfa9cec8?categorypath =/PG0001/PG0002SCHRANK1/PG7661SCHRANK1/PG0058SCHRANK1/PG0060SCHRA NK1 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:15 Uhr Abbildung 10 Gehäusebefestigung... 19 http://www.rittal.com/dede/product/list.action;jsessionid=e5c6f33cc73834e75bda52f6cfa9cec8?categorypath =/PG0001/PG0002SCHRANK1/PG7661SCHRANK1/PG0058SCHRANK1/PG0060SCHRA NK1 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:15 Uhr 59

Abbildung 11 Tragarmprofil... 19 http://www.rittal.com/dede/product/list.action;jsessionid=e5c6f33cc73834e75bda52f6cfa9cec8?categorypath =/PG0001/PG0002SCHRANK1/PG7661SCHRANK1/PG0058SCHRANK1/PG0060SCHRA NK1 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:15 Uhr Abbildung 12 Belastungsdiagramm Tragarm... 20 http://www.rittal.com/dede/product/list.action;jsessionid=e5c6f33cc73834e75bda52f6cfa9cec8?categorypath =/PG0001/PG0002SCHRANK1/PG7661SCHRANK1/PG0058SCHRANK1/PG0060SCHRA NK1 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:15 Uhr Abbildung 13 Siemens S7 CPU 315... 21 https://support.automation.siemens.com/ww/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=de&siteid=c seus&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=ww&objid=4000024&treelang=de Abgerufen am 22.06.2013 um 20:30 Uhr Abbildung 14 Schaltschrank für SPS Steuerung... 21 http://www.rittal.com/dede/product/list/variations.action?categorypath=/pg0001/pg0002schrank1/pg0021schr ANK1/PRO0023SCHRANK1&productID=PRO0023 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:20 Uhr Abbildung 15 Kompakt Schaltschrank Hydraulik... 22 http://www.rittal.com/dede/product/list/variations.action?categorypath=/pg0001/pg0002schrank1/pg0021schr ANK1/PRO0023SCHRANK1&productID=PRO0023 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:20 Uhr Abbildung 16 Originalbild Rittal Kompakt Schaltschrank... 22 http://www.rittal.com/dede/product/list/variations.action?categorypath=/pg0001/pg0002schrank1/pg0021schr ANK1/PRO0023SCHRANK1&productID=PRO0023 Abgerufen am 20.06.2013 um 19:20 Uhr Abbildung 17 FEM Analyse Tischplatte Arbeitsplatz... 24 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 18 Tischplatten Arbeitsplatz... 25 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 19 Gestell Arbeitsplatz... 25 Erstellt mit Solid Works 2010 60

Abbildung 20 Entwurf Hydraulikpresse... 26 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 21 Hydraulikpresse der Firma Lemken... 27 Bereitgestellt von Firma Lemken GmbH & Co.KG Abbildung 22 Querschnitt Presse mit Sicht auf T- Träger... 27 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 23 letzter Entwurf der Hydraulikpresse... 28 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 24 Deckelmechanismus der Presse... 29 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 25 Beispiel Zylinder für Presse... 30 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:40 Uhr Abbildung 26 Konstruktion Hydraulikzylinder... 30 Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 27 Auftretende Kräfte am Verbindungsbolzen... 31 Erstellt mit Microsoft Power Point 2010 Abbildung 28 Verbindungsbolzen Pressenzylinder... 33 FEM Analyse Erstellt mit Solid Works 2010 Abbildung 29 Verbindungsgabel Pressenzylinder... 34 Erstellt mit Microsoft Power Point 2010 Abbildung 30 Beispiel der Schweißnaht an Führungsschiene... 36 Erstellt mit Microsoft Power Point 2010 Abbildung 31 Darstellung der Kräfte an der Presse... 37 Erstellt mit Microsoft Power Point 2010 Abbildung 32 Schwerpunkt Bestimmung... 42 Erstellt mit Microsoft Power Point 2010 Abbildung 33 Hydraulikschaltplan... 44 Erstellt mit Festo Fluidsim 4 61

Abbildung 34 Hydraulikaggregat der Firma Lemken... 46 Bereitgestellt von Firma Lemken GmbH & Co.KG Abbildung 35 Vormontageplatz der Firma Lemken... 47 Bereitgestellt von Firma Lemken GmbH & Co.KG Abbildung 36 4 / 3 Wege Schieberventil... 47 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:50 Uhr Abbildung 37 Proportional Druckregelventil... 48 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:50 Uhr Abbildung 38 Durchflusswächter... 48 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:50 Uhr Abbildung 39 proportional Stromregelventil... 48 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:50 Uhr Abbildung 40 Durchfluss Messumformer... 49 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:50 Uhr Abbildung 41 SITOP PSU300S 24 V/40A... 50 https://support.automation.siemens.com/ww/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=de&siteid=c seus&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=ww&objid=4000024&treelang=de Abgerufen am 26.07.2013 um 16:40 Uhr Abbildung 42 Stromlaufplan Lastschaltkreis... 51 Erstellt mit SEE Electrical Schulversion Abbildung 43 MICO Lastkreisüberwachung... 51 http://onlineshop.murrelektronik.com/mediandoweb/ Abgerufen am 26.07.2013 21:10 Uhr Abbildung 44 Optokoppler der Firma MURR... 52 http://onlineshop.murrelektronik.com/mediandoweb/ Abgerufen am 26.07.2013 21:10 Uhr Abbildung 45 Sicherheitspositionsschalter... 52 http://ecat.moeller.net/catalog Abgerufen am 26.07.2013 um 17:30 Uhr Abbildung 46 Leistungsverstärker... 53 http://www.hydac.com/de-de/produkte.html Abgerufen am 26.07.2013 um 18:50 Uhr 62

Abbildung 47 KTP 1000 Basic... 54 https://support.automation.siemens.com/ww/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=de&siteid=c seus&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=ww&objid=4000024&treelang=de Abgerufen am 26.07.2013 um 16:40 Uhr 63

21 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Zeitplanung der Projektarbeit... 13 Tabelle 2 Auszug aus Prüfteilliste... 14 Tabelle 3 Schwerpunktberechnung... 42 64

22 Formelverzeichnis Seite [1] Bestimmung der Fläche am Bolzen 33 [2] Bestimmung der zulässigen Kraft am Bolzen 33 [3] Berechnung der erforderlichen Fläche 33 [4] Berechnung des erforderlichen Bolzendurchmessers 34 [5] Berechnung zulässige Flächenpressung an Verbindungsgabel 36 [6] Zulässige Flächenpressung an Verbindungsgabel 36 [7] max. Auftretende Kraft an der Schweissnaht der Presse 38 [8] Momentengleichung um Punkt A 38 [9] Ermittlung des Dickenbeiwerts 39 [10] Berechnung der auftretenden Schubspannung 40 [11] Berechnung der auftretenden Biegespannung 40 [12] Berechnung der Vergleichsspannung 40 [13] Momentengleichung um Punkt A Bolzen Führungsschiene 45 [14] Ermittlung der Resultierenden Kraft 41 [15] Vorhandene Abscherrbeanspruchung 42 [16] Zugfestigkeit 42 [17] Zulässige Abscherrspannung im Bolzen an Führungsschiene 42 [18] Berechnung des Schwerpunkts an der Presse 43 65