Grundig Akademie Fachschule für Wirtschaft und Technik
Fachrichtung Maschinenbautechnik
Projektarbeit
Thema:
Entwicklung und Bau eines ferngesteuerten Mini-Baggers
Abgabetermin: 20.04.2013
eingereicht von:
Ramona Erb Dominic Mastronicola
Südring 1 Rosental 4
90530 Wendelstein 91792 Ellingen
MAV 4a MAV 4a
II
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ............................................................................................ III
Literaturverzeichnis ................................................................................................ IV
1. Vorwort ................................................................................................................ 1
2. Aufgabenstellung ................................................................................................. 2
2.1 Anforderungsliste ........................................................................................... 2
2.1.2 Skizze ........................................................................................................... 4
3. Terminplan ........................................................................................................... 5
4. Projektpartner ..................................................................................................... 6
5. Berechnungen ...................................................................................................... 7
6. Montage ............................................................................................................. 21
6.1 Montage Bagger ........................................................................................... 21
6.2 Montage Zylinder ......................................................................................... 27
6.3 Montage Steuerung ..................................................................................... 28
7. Problembeschreibung ........................................................................................ 31
7.1 Zylinder......................................................................................................... 31
7.2 Antriebsmotoren .......................................................................................... 33
7.3 Magnetventile .............................................................................................. 35
8. Steuerung des Baggers ...................................................................................... 37
9. Stückliste ............................................................................................................ 41
10. Kostenaufstellung ............................................................................................ 47
11. Fazit .................................................................................................................. 48
14. Erklärung .......................................................................................................... 50
15. Anhang ............................................................................................................. 51
III
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: angenommener Zeitplan .................................................................... 5
Abbildung 2: tatsächlicher Zeitplan ......................................................................... 5
Abbildung 3: Anordnung Zylinder .......................................................................... 11
Abbildung 4: Kolben............................................................................................... 15
Abbildung 6: Gefährdete Bolzen ........................................................................... 16
Abbildung 5: Einspannfaktor ................................................................................. 16
Abbildung 7: Bolzenverbindung ............................................................................ 17
Abbildung 8: Montage Laufrolle ............................................................................ 21
Abbildung 9: Montage Spannwelle ....................................................................... 21
Abbildung 10: Montage Arm ................................................................................. 22
Abbildung 11: Grundgestell / Zwischenplatte ....................................................... 22
Abbildung 12: Montage Zwischenflansch / Hülse ................................................. 23
Abbildung 13: Montage Zwischenplatte / Außenwände ...................................... 24
Abbildung 14: Befestigungselemente Arm ............................................................ 24
Abbildung 15: Montage Schaufel .......................................................................... 25
Abbildung 16: Armbefestigung .............................................................................. 25
Abbildung 17: Kipplager / Kipplagerung ................................................................ 26
Abbildung 18: Monozylinder ................................................................................. 27
Abbildung 19: hintere Aufhängung ....................................................................... 28
Abbildung 20: Montage ......................................................................................... 28
Abbildung 21: Montage Kolben ............................................................................. 28
Abbildung 22: Montage Deckel ............................................................................. 29
Abbildung 23: Montage O-Ring / Schrauben ......................................................... 29
Abbildung 24: Montage Schneidringverschraubung / Aufhängung ...................... 29
Abbildung 25: Alu-Platte ........................................................................................ 30
Abbildung 26: erster Entwurf ................................................................................ 32
Abbildung 27: tatsächliche Ausführung................................................................. 32
Abbildung 28: Antriebsmotor ................................................................................ 34
Abbildung 29: symbolische Darstellung Magnetventile ........................................ 35
Abbildung 30: Entwurf Magnetventil .................................................................... 35
Abbildung 31: Steuerblock .................................................................................... 36
Abbildung 33: Funksteuerung ............................................................................... 37
Abbildung 32: ARDUINO-Board ............................................................................. 37
Abbildung 34: Empfänger ...................................................................................... 38
Abbildung 35: Motortreiber .................................................................................. 38
Abbildung 36: Relaisplatine ................................................................................... 39
Abbildung 37: Reedkontakt / Magnet ................................................................... 40
Alle Abbildungen aus eigener Quelle
IV
Literaturverzeichnis Maschinenelemente, Roloff/Matek,
Verlag: Vieweg & Teubner Auflage20 (2011)
Technische Mechanik, Alfred Böge,
Verlag: Vieweg & Teubner Auflage 29 (2011)
Taschenbuch der Physik, Horst Kuchling,
Verlag: Carl Hanser 20.Auflage (2011)
Skript/Formelsammlung Elektro-Technik
Walter Demmer, Grundig-Akademie (WS2011),
Formeln, Tabellen und Schaltzeichen Kfz,
Verlag: Dähmlow Verlag Auflage 1 (1994/95)
Ramona Erb Seite 1 von 51
1. Vorwort
Im Rahmen der Ausbildung zum Maschinenbautechniker an der Technikerschule
gab es die Möglichkeit, an dem Fach Projektarbeit teilzunehmen. Dieses Fach
ermöglicht den Schülern, die im ersten Jahr erlernten Grundlagen umzusetzen
und zu vertiefen. Außerdem können die verschiedenen Fächer miteinander
verbunden und die Kenntnisse erweitert werden. Aus diesen Gründen haben wir
uns entschlossen, dieses Fach zu wählen.
Schnell war klar, dass wir ein firmenunabhängiges Projekt erstellen. Wir wollten
unsere eigenen Ideen umsetzen und uns im Falle von Problemen an die jeweils
passenden Firmen wenden.
Nach einem kurzen Brainstorming war unser Projekt gefunden. Wir konstruieren
und bauen einen ferngesteuerten Mini-Bagger.
Nach der Freigabe des Projekts durch die Schule, insbesondere durch den
Dozenten Herrn Steinbauer, konnten wir bereits in den Sommerferien mit der
Konstruktion beginnen. Die Finanzierung des Projekts wird durch verschiedene
Sponsoren gestemmt. Wir haben für den Bagger 500€ angesetzt.
Für die Konstruktion verwendeten wir das Programm Inventor 2012 und die
Dokumentation entstand mit Microsoft Word und Microsoft Excel.
Unser besonderer Dank gilt den Firmen, die uns unterstützt haben. Ohne das
große Engagement unsere Projektpartner wäre das Projekt nicht umsetzbar
gewesen.
Mit dieser Dokumentation wollen wir das Projekt vorstellen und einen Einblick in
unsere Arbeit geben.
Mit freundlichen Grüßen
Ramona Erb und Dominic Mastronicola
Ramona Erb Seite 2 von 51
2. Aufgabenstellung
Wir haben uns zur Aufgabe gemacht, einen vollständig funktionsfähigen Bagger
zu konstruieren und zu bauen. Da es ein Mini-Bagger wird, soll dieser mit Hilfe
einer Funkfernbedienung ferngesteuert werden.
Die geforderten Funktionen sind:
− Vorwärtsfahren
− Rückwärtsfahren
− nach links und rechts fahren
− Heben und Senken des Armes
− Bewegung der Schaufel
− Drehbewegung des Baggers
Um dies alles festzulegen, wurde eine Anforderungsliste erstellt.
2.1 Anforderungsliste
Anforderungsliste: Ferngesteuerter Mini-Bagger
Stand:
21.07.2012
Änderung:
Art:
FF: Festforderung
MF: Mindestforderung
W: Wunsch
Hauptmerkmal Art Beschreibung Bemerkung
1. Geometrie FF siehe Skizze
2. Kinematik, FF Geschwindigkeit: 0-5 km/h
Dynamik, Energie FF
Bewegungsrichtung: vorwärts,
rückwärts, links, rechts
MF Gewicht ca. 30 Kg
FF Umgebungsbedingungen: Einsatz
unter Raumbedingungen
FF Umgebungstemperatur: 15 - 25° C
FF Fördergut: Sand
MF Leistung: Antriebsmotor ca. 60 W
Leistung: Drehkranzmotor ca. 5-10 W
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Hauptmerkmal Art Beschreibung Bemerkung
3. Antrieb,
FF
Ketten über zwei Motoren
angetrieben
Lagerungen
FF
Arm und Schaufel über
Hydraulikpumpe
FF Drehbewegung: Motor-Getriebe-Satz
Lagerung durch Wälzlager und
Kreuzlager
W Elektromotoren
4. Signal W Beleuchtung
5. Ergonomie FF Bedienung: Funkfernsteuerung
6. Herstellung FF 2 Stück
7. Kosten MF ca. 500 € pro Bagger Sponsoren
W vorhandene Norm- bzw.
Konstruktionselemente verwenden
8. Termin MF April 13
9. Sicherheit FF Funktion eines Baggers muss gewähr-
leistet sein (Standsicherheit,
sichere Bewegungsabläufe, etc…)
10. Einsatzort FF In trocknen Räumen
11. Werkstoffe W Aluminium, Stahl, Messing
12. Entsorgung
und Recycling
FF alle Bauteile und Materialien müssen
recycelbar sein
Ramona Erb Seite 4 von 51
2.1.2 Skizze
Ramona Erb Seite 5 von 51
3. Terminplan
3.1 angenommener Zeitplan
Abbildung 1: angenommener Zeitplan
3.2 tatsächlicher Zeitplan
Abbildung 2: tatsächlicher Zeitplan
Ramona Erb Seite 6 von 51
4. Projektpartner
Wir möchten uns ganz herzlich bei allen Sponsoren bedanken. Ohne die
großzügige Unterstützung wäre es nicht möglich gewesen, die Bagger zu bauen.
4.1.1 SPECK Pumpen GmbH & Co.KG
Hier wurde es uns ermöglicht, alle Teile zu fertigen. In Zusammenarbeit mit der
Lehrwerkstatt, und für komplizierte Teile mit dem Werkzeugbau, wurden alle
Bauteile hergestellt. Außerdem bekamen wir die notwendigen Normteile
gestellt. Auch der Zusammenbau der Baggererfolgte im Labor der Firma SPECK
Pumpen.
4.1.2 Heizomat
Mit Hilfe der Firma Heizomat konnten unsere Alu-Bleche gelasert werden.
4.1.3 Lödel Schlosserei Metallbau GmbH
Die Firma Lödel übernahm für uns das Biegen der Außenkonturen und das
Hartlöten der Schaufel.
4.1.4 Markus Sträter
Herr Sträter half uns bei der Steuerung des Baggers.
4.1.5 thermorent MessPartner GmbH 4.1.6 Die Continentale 4.1.7 Theo Schmidt 4.1.8 Schmidthammer Elektrokohle GmbH 4.1.9 Glaserei Weikersdorfer 4.1.10 MS-Teststudios Herzog + Klein GmbH 4.1.11 www.ozhobbies.eu 4.1.12 Ferchau Engineering GmbH 4.1.13 Jost Hurler GmbH& Co.KG 4.1.14 GFI Engineering und Consulting
Durch die finanzielle Hilfe der genannten Firmen und Privatpersonen konnten wir
alle notwendigen Teile für den Bagger bzw. dessen Steuerung besorgen. Somit
wurde gewährleistet, dass wir nichts aus privater Tasche finanzieren mussten.
Dominic Mastronicola Seite 7 von 51
5. Berechnungen
Berechnungen der Antriebsmotoren
• Leistungsaufnahme v <- Geschwindigkeit[km/h] n <- pro Sekunde r <- Radius des Kettenritzels [m] � = ���/ℎ� ∙ ������/���������/�� ∙ ��∙�∙� ��� 1
Δ ℎ <- Höhenzunahme[m/s] <- Masse[kg] g <- Erdbeschleunigung [kg m / s2] Φ <- Anstiegswinkel [°] φ <- Anstiegswinkel [rad]
N <- Anzahl der Fahrmotoren (N =2) � = ��°� ∙ �
� �! °"# 2
$ℎ = � ∙ ���� �/������ �/� ∙ %&�'�( 3
) = �∙∆�∙+ , 4
) = �∙-∙�./'0(∙+ , 5
) = ��1� ∙ 1�/%�� ∙ ���/ℎ� ∙ ������/���������/�� ∙ �./'0(, 6
1 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
2 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
3 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
4 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
5 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
6 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
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Leistungsbedarf je Fahrmotor
(ohne Berücksichtigung von Reibungsverlusten)
Steigung � n 10° 20° 30° 40°
2,0 km/h 2,21 1/s 14,20 W 27,96 W 40,88 W 52,55 W
1,5 km/h 1,66 1/s 10,65 W 20,97 W 30,66 W 39,41 W
1,0 km/h 1,11 1/s 7,10 W 13,98 W 20,44 W 26,27 W
Berechnungen der Antriebsmotoren
• Drehmoment M <- Drehmoment [Nm] 2 = 3�∙�∙/ 7
2 = ���4�∙45�/�67∙-���/��∙8999�:/;:�<=99�>/?� ∙>@A'B(C�∙�∙/ 8
Drehmoment je Fahrmotor
(ohne Berücksichtigung von Reibungsverlusten)
Steigung � n 10° 20° 30° 40°
2,0 km/h 2,21 1/s 1,02 Nm 2,01 Nm 2,94 Nm 3,78 Nm
1,5 km/h 1,66 1/s 1,02 Nm 2,01 Nm 2,94 Nm 3,78 Nm
1,0 km/h 1,11 1/s 1,02 Nm 2,01 Nm 2,94 Nm 3,78 Nm
7 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
8 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
Dominic Mastronicola Seite 9 von 51
Berechnungen der Antriebsmotoren
• Stromaufnahme I <- Stromaufnahme [A] U <- Spannung [V] D = 3E 9
D = ���4�∙45�/�67∙-���/��∙8999�:/;:�<=99�>/?� ∙>@A'B(CE �F� 10
Stromaufnahme je Fahrmotor (12 V)
(ohne Berücksichtigung von Reibungsverlusten)
Steigung � n 10° 20° 30° 40°
2,0 km/h 2,21 1/s 1,18 A 2,33 A 3,41 A 4,38 A
1,5 km/h 1,66 1/s 0,89 A 1,75 A 2,55 A 3,28 A
1,0 km/h 1,11 1/s 0,59 A 1,17 A 1,70 A 2,19 A
9 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
10 Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
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Berechnungen Drehkranzmotor <- Masse [kg] φ <- Anstiegswinkel [rad] 2 <- Drehmoment [Nm] G <- Trägheitsmoment [kgm²] G = ���4�∙�²���� 11 2 = G��1�� ∗ ��°�
12
Abschätzung des erforderlichen Drehmoments (Servomotor)
Masse des drehbaren
Baggeraufsatzes, inkl.
Schaufelfüllung
m = 20 kg
effektiver Radius (unter
Annahme homogener
Massenverteilung)
r = 0,15 m
Trägheitsmoment:
J = 0,225 kg m^2
Winkelbeschleunigung: (1 rad
= 57,2°)
alpha = 2rad/s²
Drehmoment:
M = 0,45 N m
11
Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie 12
Skript/Formelsammlung Elektrotechnik WS2011 Walter Demmer Grundig- Akademie
Dominic Mastronicola Seite 11 von 51
Zylinder – Kraft
Abbildung 3: Anordnung Zylinder
Die Längen, Winkel und Gewicht (Schaufel beladen) ergeben sich aus den
verschiedenen Armstellungen.
3
2
1
α2
α1
Dominic Mastronicola Seite 12 von 51
Berechnung Monozylinder (1) • Benötigte Kraft
F = ��1� ∙ 1�/%�� ∙ 13 F = 'Schaufel + ½ Gew.Kraft Arm(∙ Erdbeschbes. F = 2,6kg + 0,6kg ∙9,81kgm/s² = 25,506N M: ∑ F ∙ 665mm − nop ∙ 40 = 0 14
nop = �r,r��,∙��r��s��� = 424,04N cos u1 = vwxvw� 15
Fz1= vwxz{| }� = s�s,�s,z{| ��° = 848,08N
13
Taschenbuch der Physik Horst Kuchling 20.Auflage (M 7.3) 14
Technische Mechanik (Lehrbuch) Alfred Böge Auflage 29 (S.4,7,9) 15
Taschenbuch der Physik Horst Kuchling 20.Auflage (M 5.9)
A+
F
A+ A+
665mm
40mm
Fzy 60°
Fzy Fz1
Dominic Mastronicola Seite 13 von 51
2
Berechnung Löffelstielzylinder (2)
• Benötigte Kraft
F = 2,6kg + 0,6kg ∙9,81m/s² = 25,506N M: ∑ n ∙ 330mm − nop ∙ 90 = 0 nop = �r,r��∙��������� = 93,5N cos u2 = vwxvw� ; Fz2= vwxz{| }� = ��,r,z{| �r° = 221,24N Berechnung Schaufelzylinder (3) Der Schaufelzylinder hat lediglich nur die Schaufel zu bewegen max. 2kg.
Fz3 = F ∙ g = 2kg ∙ 9,81kg m/s² = 19,62N
A+
F
A+ A+
330mm
90mm
Fzy Fz2
Dominic Mastronicola Seite 14 von 51
Berechnung Zylinder
• Benötigter Zylinderdurchmesser � <- Druck in [Pa] � <- Innen/Kolbenstangendurchmesser in [m] � <- Außen/Kolbendurchmesser in [m] n <- Kraft in [N] � <- Fläche in [m²] � = v�,���3�� 16
� = �s ∙ '���� − ����( 17 � = ��²�� − ����∙s� 18 D = �����∙s� + d²�m� 19 F=siehe
Seite 12/13
Druck
In Pa � = n�
d D
Monozylinder
(1)
848,08N 20∙ 10rPa 424,04mm² 6mm 24mm
Löffelstielzylinder
(3)
221,24N 20∙ 10rPa 110,62mm² 6mm 13,3mm
Schaufelzylinder
(3) 19,62N 20∙ 10rPa 9,81mm² 6mm 7mm
16
Formeln, Tabellen und Schaltzeichen Kfz. Dähmlow Verlag Auflage 1 (4.17) 17
Formeln, Tabellen und Schaltzeichen Kfz. Dähmlow Verlag Auflage 1 (2.8) 18
Formeln, Tabellen und Schaltzeichen Kfz. Dähmlow Verlag Auflage 1 ( 2.8) 19
Formeln, Tabellen und Schaltzeichen Kfz. Dähmlow Verlag Auflage 1 ( 2.8)
Dominic Mastronicola Seite 15 von 51
Aufgrund der Bauform des Arms und der Fertigung der Zylinder haben wir uns
für folgendes Abmaß entschieden, auch wenn die Zylindergeschwindigkeit
dadurch abnimmt.
d D
Monozylinder
(1)
6mm 20mm
Löffelstielzylinder
(3)
6mm 20mm
Schaufelzylinder
(3) 6mm 18mm
d D d
Abbildung 4: Kolben
Dominic Mastronicola Seite 16 von 51
Entwurfsdurchmesser Bolzen � <- Bolzendurchmesser [mm] � <- Einspannfaktor, abhängig
vom Einbaufall Bild)
Fnenn <- Kraft [N]
σbzul <- zul. Biegespannung [N/mm²]
� = � ∙ � ��∙v/�//�,��������/��²� 20
� = 1,6 ∙ � 1,1 ∙ 848,08�0,15 ∙ 400N/mm² � =6,31mm; gewählter � = 6mm
Abbildung 6: Gefährdete Bolzen
Gefährdeter Bolzen
20
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (9.1)
Bild 5. 1 Einspannfaktor Abbildung 5: Einspannfaktor
Dominic Mastronicola Seite 17 von 51
Berechnung gefährdeter Bolzen
• Biegemoment ts <- siehe Skizze [mm]
ts <- siehe Skizze [mm]
Mbmax <- Biegemoment je nach Einbaufall [Nmm]
Einbaufall 3 Der Bolzen sitzt in der Stange mit einer Übermaß und in der Gabel mit einer
Spielpassung
2� = v�,�∙�4����s 21
2� = s ,� ,∙ ���(s = 424,04Nmm Biegespannung �� <- Anwendungsfaktor (1,1 siehe TB) � <- Bolzendurchmesser [mm] σb <- Biegespannung [N/mm²] σzul <- Zulässige Biegespannung( 0,15∙ Rm(
Rm <- Richtwert bei Bolzen 400N/mm² �b≈ ��∙� �,����,�∙¡����< ≤ �zul 22
�b≈ �,�∙s�s,�s,���,�∙'���(< ≤ 0,15 ∙ 400�/² �b≈ 21,59�/² ≤ 60�/² Biegespannung ausreichend
21
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (S.277 zu Bild 9-2) 22
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (9.2)
Bild 5. 2 Bolzenverbindung Abbildung 7: Bolzenverbindung
Dominic Mastronicola Seite 18 von 51
Schubspannung Fnenn <- Stangenkraft[N] �s <- Querschnittfläche Bolzen [mm²] τ max <- Schubspannung τ zul <- Zulässige Schubspannung( 0,1∙ Rm( �% = ¡²∙�s 23
¤ max =s� ∙ ��∙v/�//�,������²�∙� ≤ ¤zul 24
¤max =s� ∙ �,�∙ s ,� �� ,�¦��²∙� ≤ 0,1 ∙ 400�/² ¤max= 22�/² ≤ 40�/² Schubspannung ausreichend
23
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (9.3) 24
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (9.3)
Dominic Mastronicola Seite 19 von 51
Flächenpressung P <-Flächenpressung [N/mm²]
p zul <- zulässige Flächenpressung [N/mm²]
(0,35∙ 400N/mm²(
Aproj <- projizierte Bolzenfläche [mm²] ��§¨© = ��� ∙ ª%�� 25 � = ��∙v/�//�,������«¬���²� ≤ �o® 26
p = 1,1 ∙ 848,08Nmm180mm� ≤ 0,35 ∙ 400N/mm² p = 5,18N/mm² ≤ 140N/mm² Flächenpressung ausreichend
25
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (9.4) 26
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20 (9.4)
Dominic Mastronicola Seite 20 von 51
Lochleibungsdruck σl <- Lochleibungsdruck [N/mm²] σ zul <- zulässiger Lochleibungsdruck
(58N/mm², TB 3-4)
n <- Anzahl Bolzen/ Niet
t <- Blechdicke [mm] σl = v�,�/∙¡����∙����� ≤ σzul 27
σl = s ,� ��∙���∙s�� ≤ σzul σl = 35,3N/mm� ≤ 58N/mm� Lochleibung ausreichend
27
Roloff/Matek Maschinenelemente Auflage20
Ramona Erb Seite 21 von 51
6. Montage Auf den folgenden Seiten wird gezeigt, wie der Bagger zusammengebaut wird.
Außerdem werden Hinweise gegeben, auf was bei der Montage geachtet werden
muss. Die Montage wurde unterteilt in Montage Bagger, Montage Zylinder und
Montage Steuerung. Die verwendeten Positionsnummern beziehen sich auf die
Stückliste auf Seite 45/46
6.1 Montage Bagger
Um den Bagger zusammen zu bauen, ist es notwendig, erst bestimmte
Baugruppen vorzumontieren.
Zuerst müssen die Laufrollen (7) in den Kettenschienen (6) verbaut werden.
Befestigt werden diese durch geschlitzte Spannstifte (55). Es ist darauf zu achten,
dass die Schlitze zur Mitte der Kettenschiene (6) zeigen. Sonst kann es passieren,
dass sich die Laufrolle (7) mit dem Spannstift (55) verkeilt. Somit wäre die
Drehbewegung blockiert.
Abbildung 8: Montage Laufrolle
In das Ritzel (45) für die Kettenspannung muss das Kugellager (45) eingepresst
werden. Die Einpresskraft muss über den Außenring erfolgen. Bei
Nichtbeachtung kann das Lager zerstört werden. Danach wird die Spannwelle
(45) ebenfalls in das Lager (45) eingepresst.
Abbildung 9: Montage Spannwelle
Ramona Erb Seite 22 von 51
Eine weitere Baugruppe bildet der Arm. Den Abstand der beiden Arm-Konturen
bestimmen Gewindehülsen (28). Für den großen Arm, den Monoausleger (28),
können genormte Hülsen Ø5x30 genommen werden. Für den kleinen Arm, den
Löffelstiel (28), müssen diese auf 26mm Länge gekürzt werden. In den Konturen
befinden sich Bohrungen, die für die Position der Hülsen gedacht sind. Befestigt
werden diese jeweils durch eine Schraube M4x12 (28) und einer dazu passenden
Scheibe (28).
Abbildung 10: Montage Arm
Zum Schluss muss das Axiallager (3) noch in die Bauteile Zwischenplatte (4) und
Grundgestell (3) gepresst werden. Dazu muss zuerst herausgefunden werden,
welches Bauteil zu welchem Ring gehört. Diese sind so konstruiert, dass die
innere Bohrung bei einem Ring deutlich größer ist. Im Anschluss werden die
Ringe nach Vorschrift eingepresst. Es ist darauf zu achten, die Einpresskraft
gleichmäßig auf den Ring zu übertragen. Ansonsten kann es zum Verbiegen oder
im schlimmsten Fall zum Bruch kommen. Sind die Toleranzen zu eng, muss der
Ring oder das entsprechende Bauteil erwärmt werden.
Abbildung 11: Grundgestell / Zwischenplatte
Ramona Erb Seite 23 von 51
Jetzt kann mit der eigentlichen Montage begonnen werden. Der Messingring (3)
wird auf dem Grundgestell (3) montiert. Da es sich hier um eine leichte
Presspassung handelt, muss der Ring vorsichtig eingepresst werden.
Danach wird mit der ersten Teil-Baugruppe, der Kettenschiene (6),
weitergearbeitet. Zuerst sollte aber der Zwischenflansch (21) mit dem
Antriebsmotor (20) zusammengebaut werden. Danach kann der Zwischenflansch
(21) an die Kettenschiene (6) montiert werden. Diese Reihenfolge darf nicht
geändert werden. Wird der Zwischenflansch (21) erst an der Schiene (6)
befestigt, kann der Motor (20) nicht mehr angeschraubt werden. Anschließend
wird die Hülse (24) auf das Motorritzel (46) geschoben und mit einem
Zylinderstift fixiert. Diese Baugruppe wird über eine Passfeder auf dem
Zwischenflansch (21) gehalten.
Abbildung 12: Montage Zwischenflansch / Hülse
Die Spannwelle (45) wird in die Kettenschiene (6) geführt und soweit es geht
nach hinten geschoben. Die Kette (5) wird über die beiden Ritzel (45, 46) gelegt
und mit der Spannwelle (45) gespannt. Die Kette (5) muss straff über der Schiene
(6) sitzen und nicht auf den Laufrollen (7) aufliegen. Die Kettenschiene (6) wird
daraufhin an das Grundgestell (3) geschraubt. In die dafür vorgesehenen
Bohrungen kommen zum Fixieren Innensechskantschrauben M6x20 (18).
Im nächsten Schritt wird der Drehmotor (37) an die Grundplatte (1) geschraubt.
Dieser wird mit 3 Sechskantschrauben (36) von unten befestigt. Dann wird die
Zwischenplatte (4) an die Unterseite der Grundplatte (1) geschraubt. Die
Schraubenköpfe der Sechskantschrauben verschwinden in der Zwischenplatte (4)
in einer Vertiefung. Auf die Oberseite der Grundplatte (1) kommen die
Halterungen (13, 16, 17) für die Außenwand des Baggers. Diese Halterungen
werden mit Schrauben, welche an der Unterseite der Grundplatte (1) befestig
werden, angeschraubt. Die Bohrungen an den Halterungen (13, 16, 17) müssen
mit den Bohrungen an den Außenwänden übereinstimmen. Im Anschluss daran,
werden die Seitenwände (10), die vordere Abdeckung (9) und die Rückwand (8)
mit einem Nietenschussautomaten an die Halterungen (13, 16, 17) genietet.
Ramona Erb Seite 24 von 51
Abbildung 13: Montage Zwischenplatte / Außenwände
Jetzt wird der Arm zusammen gebaut. Der Monoausleger (28) und der Löffelstiel (28)
werden ineinander gesteckt. Befestigt werden diese mit einer Schraube (49, 50), einer
Scheibe (47) und einer Mutter (48). Die Schraube (49, 50) muss noch nachgearbeitet
werden, da die passende Größe nicht vorhanden ist. Diese wird in der richtigen Länge abgelängt und das Gewinde wird nachgeschnitten.
Abbildung 14: Befestigungselemente Arm
Es ist darauf zu achten, dass die Mutter (48) fest angezogen wird. Sonst kann es
passieren, dass sich diese bei Bewegung wieder löst.
Das gleiche wird mit dem Löffelstiel und der Schaufel wiederholt.
Dann werden die Zwischenstücke (40) an den Löffelstiel (28) geschraubt. Und die
Verbindungsstücke (39) an der Schaufel befestigt. Die beiden Teile müssen jetzt
miteinander verbunden werden. Die Verbindungen aller Teile geschieht auf die
gleiche Art und Weise wie bei den Armen.
Bei allen Schraubverbindungen muss im Anschluss noch einmal kontrolliert
werden, ob sich die Bauteile noch bewegen können.
Ramona Erb Seite 25 von 51
Abbildung 15: Montage Schaufel
Der Arm wird nun mit der Armbefestigung (28) verbunden. Wichtig ist, dass der
Arm an der hinteren Bohrung befestigt wird. Die vordere Bohrung, bei der
Aussparung, ist für den Zylinder.
Abbildung 16: Armbefestigung
Die Armbefestigung (28) wird an die Grundplatte (1) geschraubt. Die Schrauben
werden von unten mit Muttern gekontert.
Um das Kippen des Baggers zu verhindern, wird ein weiteres Lager (51) benötigt.
Dafür wird das Kipplager (34) oben in die Grundplatte (1) gesteckt. Dieses
bekommt eine weitere Führung in der Zwischenplatte (4). Die Kipplagerung (35)
wird von unten in das Grundgestell geschoben. In diese Kipplagerung (35) wird in
die Nut ein Axial-Rillenkugellager (51) gelegt. Befestigt wird diese Konstruktion
mit einer Innensechskantschraube (52). Der Schraubenkopf verschwindet in der
Bohrung in dem Kipplager (34).
An das Lager (51) kommt eine Scheibe (53) und eine Mutter (54). Über diese
Mutter (54) kann das Anzugsmoment und somit auch die Kippkraft variiert
werden.
Ramona Erb Seite 26 von 51
Abbildung 17: Kipplager / Kipplagerung
Dominic Mastronicola Seite 27 von 51
6.2 Montage Zylinder
Die Hydraulikzylinder sollten in Eigenanfertigung entstehen. In einer
Besprechung mit Herrn Dozenten G. Schäfer wurden etwaige Vor-/Nachteile und
die Planung einer Eigenanfertigung eruiert.
Als besonders kritische Punkte; und daher mit besonderer Sorgfalt zu
berücksichtigen; konnten die gehonte Zylinderwandung und die Passung von
Kolben und Zylinder herausgestellt werden. Da die Dichtigkeit des Kolbens
gewährt und die innere Reibung vermieden wird.
Nach Planung und Übernahme der Daten in das Auto-CAD Programm (Inventor
2012), hatten wir die Möglichkeit die Einzelteile bei der Firma Speck Pumpen zu
fertigen und zu montieren.
Montageablauf
• Monozylinder
Abbildung 18: Monozylinder
Dominic Mastronicola Seite 28 von 51
Montageablauf
• Monozylinder
Der Abstand (27.9) wird mit der hinteren Aufhängung (27.2) verschraubt und
festgezogen. Im Anschluss wird ein O-Ring (27.11) in die hintere
Aufhängung(27.2) eingeführt.
Abbildung 19: hintere Aufhängung
Dies ermöglicht die Montage an das Zylinderrohr (27.1).
Abbildung 20: Montage
An den Kolben (27.3) werden alle O-Ringe (27.12) und der Innenring (27.8)
angebracht. Der Innenring (27.8) dient hier zur Hubbegrenzung. Der bestückte
Kolben (27.3) wird nun in das Zylinderrohr (27.1) eingeführt, darauf ist zu achten,
dass dieser nicht verkantet.
Abbildung 21: Montage Kolben
Dominic Mastronicola Seite 29 von 51
Am vorderen Deckel (27.4) wird ein O-Ring (27.11) eingeführt.
Um den vorderen Deckel(27.4) an das Zylinderrohr (27.1) zu montieren, wird der
vordere Deckel (27.4) über die Kolbenstange von dem Kolben(27.3) eingefädelt.
Abbildung 22: Montage Deckel
Nun wird der O-Ring (27.13) und der vordere Deckel (27.5) über die
Kolbenstange einfädelt. Dabei ist zu beachten, dass der O- Ring (27.13) nicht
geklemmt wird. Der vordere Deckel (27.5) wird mit Innensechskantschrauben
(27.10) fixiert.
Abbildung 23: Montage O-Ring / Schrauben
Die Schneidringverschraubungen (27.7) werden an das Zylinderrohr (27.1)
montiert. Die Aufhängung vorne (27.6) wird an der Kolbenstange von dem
Kolben (27.3) montiert.
Abbildung 24: Montage Schneidringverschraubung / Aufhängung
Montageablauf
• Löffelstielzylinder (25)
• Schaufelzylinder (26)
Der Löffelstielzylinder (25) ist bis auf eine Abweichung (Länge) baugleich mit dem
Monozylinder (27).
Der Schaufelzylinder (26) ist bis auf den Kolben montagegleich zu dem
Monozylinder (27). Aufgrund der Bauweise ist hier zu beachten, dass die O-Ringe
am Kolben (26.3) entfallen, da hier nur geringe Kräfte bzw. Drücke wirken. Beim
Schaufelzylinder (26) besteht das Zylinderrohr (1) aus Edelstahl.
Ramona Erb Seite 30 von 51
6.3 Montage Steuerung
Um die Bauteile für die Steuerung in dem Bagger zu verbauen, wurde in dem
Bagger eine Alu-Platte befestigt. An dieser wurden das ARDUINO-Board (56), der
Motortreiber (57), der Empfänger und die Lochrasterplatine (62) befestigt. Damit
wird gewährleistet, dass von außerhalb keine Muttern und Schrauben sichtbar
sind.
Abbildung 25: Alu-Platte
Um den Motortreiber (57) (auf dem Bild das grüne Bauteil) zu kühlen, wird direkt
daneben der Lüfter (30) montiert. Dieser bläst die Luft auf die Kühlkörper, die an
der Unterseite des Treibers (57) montiert sind. Die Luft bekommt der Lüfter (30)
über Luftlöcher, die an der Rückwand (8) des Baggers gebohrt wurden.
Der Steuerblock (45) kommt im Bagger auf die gegenüberliegende Seite der Alu-
Platte. Dieser wird mit 3 Schrauben an der Grundplatte (1) befestigt.
Die Kabel und Drähte werden mit Klemmleisten verbunden. Diese werden an der
Grundplatte (1) des Baggers gesichert. Außerdem werden Kabelbinder
verwendet. Diese werden mit Befestigungssockeln gehalten. Diese Sockel
werden auf die Grundplatte (1) geklebt.
Der Akku (31) wird gegenüber des Arms (28), an der Rückwand (8), eingebaut.
Dieser wird als Gegengewicht zum Arm (28) benötigt. Sonst kann der Bagger im
schlimmsten Fall kippen.
Die Position der anderen Steuerungs-Bauteile ist noch nicht klar, da dies erst bei
der eigentlichen Montage geschehen wird.
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7. Problembeschreibung
Während der gesamten Projektphase kam es zu unerwarteten
Herausforderungen. Diese galt es zu lösen. Dadurch kam es zu Zeitverzug und der
Zeitplan konnte nicht wie geplant eingehalten werden. In den nächsten Seiten
werden diese Aufgaben näher erläutert und aufgezeigt, wie diese erfolgreich
gelöst werden konnten.
7.1 Zylinder
Eines der Hauptprobleme stellten die Zylindern dar. Nachdem die Konstruktion
des Arms beendet war, konnte die Zylinderkraft berechnet werden (siehe Punkt
Berechnungen). Anhand dieser Ergebnisse konnte die Suche nach den richtigen
Zylindern gestartet werden.
Die Anforderungen an die Zylinder:
• Kleinstbauweise
• Pumpendruck 20 bar
• Arbeitsmedium: Hydrauliköl
Die Suche nach passenden Firmen, gestaltete sich leider sehr schwierig. Es gibt
nicht viele Firmen, die Zylinder in Kleinstbauweise herstellen. Nachdem alle
Firmen angeschrieben waren, kamen leider nur negative Antworten zurück. Die
häufigste Antwort war, dass in dieser Größe nichts passendes im Sortiment zu
finden sei.
Nur eine Firma hatte einen Zylinder, der für die Anforderungen in Frage käme.
Allerdings hätte dieser 700€ kosten sollen. Und das würde den veranschlagten
Kostenrahmen sprengen.
Die angefragten Firmen waren:
• Xaver Bertsch GmbH
• Strautmann Hydraulik
• Eriks
• Hunger Hydraulik
• Lukas
• Hansa Flex
• Graupner Modellbau
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Das Problem hat sich mit diesen negativen Antworten nicht verbessert. Es gab
keine Möglichkeit die Zylinder käuflich zu erwerben. Von daher kam die Idee, die
Zylinder selbst zu bauen.
Abbildung 26: erster Entwurf
Herausforderungen beim Eigenbau:
• Zuverlässige Abdichtung (keine Leckage)
• Die Rohre müssen innen gehont sein
• Material muss resistent gegen Öl sein
Ein erster Entwurf war schnell erstellt. Dieser wurde mit dem Dozenten Herrn
Schäfer durchgesprochen. Nach ein paar kleinen Änderungen war der Entschluss
gefasst – die Zylinder werden selbst gebaut. Die Schrauben können aus
Platzgründen nicht in Flanschausführung montiert werden. Diese wurden durch
ein Feingewinde innerhalb des Deckels ersetzt. Der Kolben wurde auf der linken
Seite gekürzt. Um den Hub zu begrenzen wurde ein Anschlag in der "Aufhängung
hinten" eingeschraubt.
Abbildung 27: tatsächliche Ausführung
Da die Zylinder nun selbst gebaut wurden, konnte das Budget geschont werden.
Außerdem war der Lernfaktor sehr hoch. Das Wissen im Bereich der Hydraulik
konnte erweitert werden.
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7.2 Antriebsmotoren
Eine weitere Herausforderung stellten die Antriebsmotoren. Zuerst wurden drei
verschiedene Geschwindigkeiten berechnet, die in Frage kommen könnten. Zu
dieser Zeit war in Nürnberg die Messe "SPS". Und dies war die beste
Gelegenheit, Kontakte zu knüpfen. Schnell waren auch die richtigen Firmen
gefunden. Leider verliefen die Gespräche nicht so erfolgreich wie gehofft.
Entweder waren unsere Anforderungen zu speziell oder die Motoren waren viel
zu teuer. Es wurde uns aber eine Alternative in Form eines Schrittmotors
geboten.
Die Anforderungen an den Getriebemotor:
• Gewicht des Baggers ca. 30 Kg
• Kompaktbauweise
• wenig Umdrehungen in der Minute
• unkomplizierte Ansteuerung (Funk)
Vergleich des Getriebemotors zu einem Schrittmotor:
Getriebemotor Schrittmotor
Steuerung leicht besonders leicht und präzise
Preis 80 - 100 € 70 - 150 €
Größe kompakt sehr kompakt
Große
Lastmomente kein Problem
Schritte werden übersprungen /
unrunder Lauf
Last keine Begrenzung bis max. 20 Kg
Im Vergleich der beiden Motorarten war schnell eine Entscheidung gefunden.
Und zwar für den Getriebemotor. Dieser kann größere Lasten bewegen. Der
Bagger wird zum Schluss etwa 30 kg wiegen. Außerdem ist der Lauf des Motors
ruhiger als bei einem Schrittmotor.
Nachdem diese Entscheidung getroffen war, kam die Suche nach dem für die
oben genannten Anforderungen, passenden Motor. Es gibt verschiedene Firmen,
die hierfür in Frage kommen. Eine davon ist die Firma DOGA. Der passende
Motor wurde schnell gefunden.
DOGA-Getriebemotor:
• 12 Volt
• 70 Umdrehungen / Minute
• 3 Nm Nenndrehmoment
• 6 AmpereBetriebsstrom
Ramona Erb Seite 34 von 51
Zum Schluss wurden noch verschiedene Anbieter angeschrieben, um einen
Preisnachlass zu bekommen. Von drei Firmen war leider nur eine bereit, den
Preis zu senken. Das waren pro Motor, von den eigentlichen 100,55€, zwar nur
5€, aber auch darüber wurde sich gefreut.
Somit war aber auch klar, dass die angedachten 500€ nicht langen werden. Der
Finanzrahmen musste zum ersten Mal erweitert werden.
Bild 7.2. 1 Antriebsmotor Abbildung 28: Antriebsmotor
Ramona Erb Seite 35 von 51
7.3 Magnetventile Das größte und hartnäckigste Problem kam zum Schluss. Die Suche nach
passenden und bezahlbaren Magnetventilen war sehr kompliziert. Ein erster,
grober Überblick war schnell geschaffen. Auch war schnell klar, dass es ein
4/3-Magnetventil mit Sperrmittelstellung sein muss. Die Sperrmittelstellung ist
nötig, dass der Zylinder in jeder Position stoppen und diese auch halten kann. So
ist gewährleistet, dass der Zylinder nicht sofort wieder in Ausgangsstellung
zurückfährt. Um die Ansteuerung nicht zu überlasten, wird ein weiteres Ventil,
ein 4/2-Magnetventil benötigt. Dieses braucht einen Neutralumlauf, damit das Öl
gleich wieder in den Tank gepumpt wird.
Abbildung 29: symbolische Darstellung Magnetventile
Diese Suche stellte sich aber als nicht so leicht dar. Diese Ventile sind ziemlich
teuer und in einer kleinen Bauweise nicht so leicht zu bekommen. Im Internet
werden zwar verschiedene Typen angeboten, aber diese sind ab einem Preis von
100€ aufwärts pro Ventil.
Die Idee, die Ventile selbst zu bauen, war ein guter Ausweg. Der erste Entwurf
war schnell erstellt.
Bild 7.3. 1 Entwurf Magnetventil Abbildung 30: Entwurf Magnetventil
Ramona Erb Seite 36 von 51
Leider hatte diese Idee sehr viele Nachteile.
Die einzelnen Platten hätten aus Keramik hergestellt werden müssen. Keramik
hat eine sehr gute Gleiteigenschaft. Mit jedem anderen Material wäre bei der
Bewegung zu viel Reibung entstanden. Leider ist Keramik aber auch ziemlich
teuer. Außerdem wäre die Ansteuerung der Eigenbauventile nur über zusätzliche
Servo-Motoren möglich.
Anstelle der Ventile gab es auch noch die Idee, Kugelhähne zu verwenden. Es
hätten pro Bagger 6 Hähne verwendet werden müssen. Der größte Nachteil bei
dieser Variante ist, dass die Kugelhähne nicht geschmeidig angesteuert werden
können. Die Bewegung wäre sehr ruckartig. Diese Bewegung würde sich auch auf
die Zylinder übertragen und die Zylinder würden ruckartig ein- und ausfahren.
Hier war die Erkenntnis, dass Kaufen die beste und einfachste Variante ist. Es war
aber auch klar, dass wir das Budget ein weiteres, aber auch letztes Mal,
überziehen müssen.
Nun war es an der Reihe, die Ventile in einer günstigen Ausführung zu finden. Die
Firma Abraham Landmaschinen war in dieser Hinsicht eine sehr große Hilfe. Herr
Müller hat von drei verschiedenen Zulieferern Angebote bekommen, aus denen
dann nur noch das passende ausgesucht werden musste.
Letztendlich war diese Entscheidung kein Problem mehr. Zwei Angebote lagen
bei 650 € pro Bagger. Das dritte konnte überzeugen, da für das komplette
Aggregat (Ventile, Steuerblock, Anschlüsse) nur 380 € verlangt wurden.
Abbildung 31: Steuerblock
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8. Steuerung des Baggers
Um den Bagger richtig anzusteuern, wurden verschiedene Bauteile benötigt.
Diese werden in den nächsten Seiten näher erläutert und die Funktion
beschrieben.
Das wichtigste Bauteil der Steuerung ist ein ARDUINO-Board (56). Dieses ist ein
Microcontroller, der über eine externe Spannungsquelle mit 12V versorgt wird.
Aufgebaut ist die ARDUINO (56) wie ein Computer. Beim Starten wird ein
Programm nach dem EVA-Prinzip (Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe)
abgearbeitet.
Um den Bagger zu bewegen, wird eine Funkfernsteuerung benötigt. Die
verwendete Steuerung arbeitet mit 40 MHz.
Abbildung 33: Funksteuerung
Diese Funksteuerung bildet den Sender. Sollte dieser ein Störsignal senden,
blinkt eine rote LED (66) langsam.
Abbildung 32: ARDUINO-Board
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Der Empfänger ist innerhalb des Baggergehäuses verbaut. Dieser Empfänger
generiert ein Pulspausenmoduliertes Signal (PPM). Der Empfänger wird verändert genutzt, um die 8 Kanäle des Senders auslesen zu
können.
Das ARDUINO-Board (56) hört dieses PPM-Signal ab und steuert mit dieser
Information die restlichen Bauteile an.
Abbildung 34: Empfänger
Weiterhin wird ein Motortreiber (57) benötigt. Dieser regelt die Geschwindigkeit
der Antriebsmotoren. Das ARDUINO (56) gibt dazu ein pulsweitenmoduliertes
Signal (PWM) an den Motortreiber (57) weiter. Gleichzeitig wird über zwei Bits
die Drehrichtung eines Motors gesteuert.
Hat der Eingang des Motors (Bit 1) eine „1“ und für den Eingang des Motors
(Bit 2) eine „0“, ist die Drehrichtung links. Hat Bit 1 eine „0“ und Bit 2eine „1“,
dann ist die Drehrichtung rechts. Sind beide Eingänge logisch identisch, wird
gebremst.
Der Motortreiber (57) besitzt außerdem einen Temperaturfühler, der einen
analogen Wert ausgibt. Dieser Wert wird von der ARDUINO (57) erfasst und
schaltet den Treiber ab einer Temperatur von 60°C ab. Bei Belastung kann der
Motortreiber (57) ziemlich heiß werden.
Ab 30°C wird ein Lüfter eingeschaltet, der den Motortreiber (57) abkühlt und ein
abschalten verhindern soll. Sollte dennoch eine Übertemperatur eintreten, dann
weißt eine schnell blinkende rote LED (66)
darauf hin.
Abbildung 35: Motortreiber
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Das ARDUINO-Board (57) gibt 5V-Signale weiter. Diese 5V sind nicht belastbare
Steuersignale. Deshalb steuert der Microcontroller einen Transistor (59) an.
Dieser schaltet ein Relais (58) mit 12V. Die Relais (58) sind mit den Transistoren
(59), Widerständen (60) und Dioden (61) auf eine Lochrasterplatine gelötet. Bei
dieser Einheit wird von einer Schaltstufe gesprochen.
Die Relais schalten den Drehmotor (38) und die Magnetventile (45).
Abbildung 36: Relaisplatine
Die Magnetventile im Steuerblock (45) schalten die Zylinder. Das 4/2-
Magnetventil hat in der Ruhestellung einen Neutralumlauf. Wenn kein Zylinder
betätigt wird, wird das Öl aus dem Tank (68) gepumpt und ohne Funktion wieder
zurückgepumpt. Wird ein weiteres Ventil betätigt, um den Zylinder aus-/ oder
einzufahren, schaltet das 4/2-Wege-Ventil um und das Öl kann in den Zylinder
fließen. Das bedeutet, dass immer ein 4/3-Wege-Ventil und das 4/2-Wege-Ventil
zeitgleich angesteuert werden muss.
Sobald der Zylinder komplett ausgefahren ist, muss das Signal abgeschaltet
werden. Sonst kann es im schlimmsten Fall passieren, dass der Zylinder oder die
Leitung platzt. Realisiert wird das über Reedschalter (71) und Magnete (70). Die
Magnete (70) werden in den Zylinder eingebaut. Einer ist am Anschlag und einer
am Innenring montiert. Wenn der Zylinder ausfährt, fährt der Magnet an den
Reedschalter (71) heran.
Durch das entstehende Magnetfeld schließt der im Reeadkontakt verbaute
Schließer. Dadurch wird das Ausfahren des Zylinders sofort gestoppt.
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Im umgekehrten Fall, beim Einfahren des Zylinders, ist es das gleiche Prinzip.
Abbildung 37: Reedkontakt / Magnet
Bei der Drehbewegung des Baggers muss die Bewegung eingegrenzt werden. Ist
dies nicht der Fall, kann es dazu kommen, dass die Kabel abreißen. Um dies zu
verhindern, wurden Endschalter mit Rollenhebel (72) verbaut. Sobald die Rolle
betätig wird, schaltet das Signal ab und der Bagger kann sich nicht weiter drehen.
Die Spannungsquelle für die gesamte Steuerung ist ein 12V Akkublock (32).
Die Betriebsbereitschaft wird mit einer grünen LED (65) gekennzeichnet.
Sollte es dazu kommen, dass zu viel Strom fließt, brennt die Flachsicherung (73)
durch. Somit wird die Steuerung stillgelegt und es muss eine neue Sicherung
eingesetzt werden.
Die Hydraulik-Zahnradpumpe (69) läuft, wenn der Schalter eingeschaltet wird
und alle Bauteile mit Strom versorgt werden.
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9. Stückliste
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POSITION MENGE BEZEICHNUNG BESCHREIBUNG MATERIAL
1 1 Grundplatte Aluminium
2 1 Deckel Aluminium
3 1 Drehkranz
4 1 Zwischenplatte Stahl
5 2 Kette
6 2 Kettenschiene Stahl
7 20 Laufrolle Messing
8 1 Rückwand Aluminium
9 1 Vorderverkleidung Aluminium
10 2 Seitenwand Aluminium
11 4 DIN 125-1 - B 10,5 Unterlegscheibe Stahl, weich, unlegiert
12 4 ISO 4032 - M10 Sechskantmutter Edelstahl - 440C
13 2 Halter hinten Aluminium
14 8 ISO 4017 - M4 x 12 Sechskantschraube Stahl, weich, unlegiert
15 12 DIN 125-1 - B 4,3 Unterlegscheibe Stahl, weich, unlegiert
16 3 Halter vorne Aluminium
17 2 Halter mitte Aluminium
18 6 DIN 7984 - M6 x 20 Zylinderkopfschraube Stahl, weich, unlegiert
19 30 DIN 660 - B 2 x 2 Niet Stahl, weich, unlegiert
20 2 Antriebsmotor
21 2 Zwischenflansch Aluminium
22 6 DIN 7984 - M6 x 12 Zylinderkopfschraube Stahl, weich, unlegiert
23 6 ISO 4762 - M4 x 16 Innensechskant-
schraube Edelstahl - 440C
24 2 Hülse Aluminium
25 2 Löffelstielzylinder
26 1 Schaufelzylinder
27 1 Monozylinder
28 1 Arm komplett
29 4 ISO 4017 - M6 x 12 Sechskantschraube Stahl, weich, unlegiert
30 1 Lüfter
31 1 Akku Bleisäureakku
32 4 ISO 4014 - M4 x 30 Sechskantschraube Edelstahl - 440C
33 4 ISO 4032 - M4 Sechskantmutter Edelstahl - 440C
34 1 Kipplager Aluminium
35 1 Kipplagerung Aluminium
36 3 ISO 4017 - M3 x 10 Sechskantschraube Stahl, weich, unlegiert
37 1 Motor Drehkranz
38 1 Adapter Ritzel Aluminium
39 2 Verbindungsstück Aluminium
40 2 Zwischenstück Aluminium
41 4 DIN 125-1 - B 5,3 Unterlegscheibe Stahl, weich, unlegiert
42 4 ISO 4032 - M5 Sechskantmutter Edelstahl - 440C
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POSITION MENGE BEZEICHNUNG BESCHREIBUNG MATERIAL
43 4 ISO 4762 - M5 x 20 Innensechskant-
schraube Edelstahl - 440C
44 1 Steuerblock
45 2 Spanneinheit
46 2 Motorritzel Stahl
47 22 DIN 9021 - 6,4 Unterlegscheibe Stahl, weich, unlegiert
48 11 ISO 4034 - M6 Sechskantmutter Stahl
49 8 ISO 4014 - M6 x 45 Sechskantschraube Edelstahl - 440C
50 3 ISO 4014 - M6 x 40 Sechskantschraube Edelstahl - 440C
51 1 DIN 711 - 511 00 -
10 x 24 x 9 Axial-Rillenkugellager Stahl, weich, unlegiert
52 1 ISO 4762 - M8 x 80 Innensechskant-
schraube Edelstahl - 440C
53 1 DIN 988 - S8 x 14 Stützscheibe Stahl, weich, unlegiert
54 1 ISO 4034 - M8 Sechskantmutter Stahl
55 20 Spannstift
56 1 ARDUINO Mega
57 1 Motortreiber
58 10 Relais
59 10 Transistor
60 10 Widerstand
61 10 Diode
62 1 Lochrasterplatine
63 1 Steckerleiste u.
Kupplung 31 - polig
64 1 Klemmleiste
65 1 LED grün
66 1 LED rot
67 1 Schalter
68 1 Tank Kunststoff
69 1 Hydraulik-
Zahnradpumpe
70 6 Magnet
71 6 Reed-Kontakt
72 1 Endschalter mit
Rollenhebel
73 1 Flachsicherung
Die Positionsnummern 64 - 66 und 68-73 können auf der Zeichnung noch nicht
dargestellt werden. Diese werden erst bei der Montage der Steuerung platziert.
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10. Kostenaufstellung Die Kostenaufstellung wurde unterteilt in Kosten für den Bagger und in die
Kosten für die Steuerung. Da die Teile für den Bagger kostenfrei bei der Firma
SPECK Pumpen GmbH & Co.KG gefertigt wurden, fallen für den Bagger sehr
geringe Kosten an.
In den folgenden Tabellen sind die Preise für beide Bagger aufgelistet.
Bezeichnung Firma Kaufdatum Menge Preis
Alu-Bleche lasern Heizomat 24.01.2013 100,00 €
Axial-Rillenkugellager Kugellager Hagenauer 06.02.2013 1 35,00 €
Axial-Rillenkugellager Kugellager Denkhaus 09.01.2013 1 51,00 €
Gewindehülsen Ligno 05.11.2012 40 10,30 €
Innenzahnkranz m. Ritzel Conrad Electronic SE 14.02.2013 2 37,39 €
Kette, Ritzel Kettenschloss
Firma Kramp 24.10.2012
185,64 €
Rillenkugellager Kugellager Denkhaus 02.11.2012 4 49,43 €
Spannstifte SAM Screws&more GmbH 02.11.2012 50 8,48 €
Bezeichnung Firma Kaufdatum Menge Preis
Abstandsbolzen Conrad Electronic SE 24.03.2013
9 4,07 €
Abstandsbolzen 20 6,19 €
Akku 2 0,00 €
Arduino Mega www.Ozhobbies.de 30.01.2013 2 66,00 €
DOGA Getriebemotor digitalo 22.02.2013 4 380,16 €
Draht Baustoffcentrum Hagebaumarkt
27.03.2013 5m 4,99 €
Federringe 16.03.2013 2,69 €
Futaba RC-Anlage Völkner 01.02.2013 2 196,60 €
Getriebemotor Conrad Electronic SE 11.02.2013 2 39,90 €
Hydraulikpumpe RC-Außenlastsysteme 31.12.2012 2 89,78 €
Kippschalter
Conrad Electronic SE
24.03.2013 6 16,49 €
Kühlkörper 14.02.2013 4 5,73 €
LED grün
11.02.2013
2 0,16 €
LED rot 2 0,16 €
Lüfter 2 3,98 €
Microschalter 24.03.2013 4 11,83 €
Pfostensteckverbinder 11.02.2013 2 0,80 €
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Bezeichnung Firma Kaufdatum Menge Preis
Punktrasterplatte
Conrad Electronic SE 11.02.2013 2 6,46 €
Reedsensor 24.03.2013 12 29,99 €
Relais Völkner 12.02.2013 16 35,83 €
Ringmagnete BR Technik Kontor 02.04.2013 12 18,20 €
RN-VN2 DualMotor Brall Software GmbH 31.01.2013 2 107,57 €
Schalter Conrad Electronic SE 11.02.2013 2 3,86 €
Scheiben OBI 09.03.2013 3,19 €
Schlauch Abraham Landmaschinen 27.03.2013
5m 48,00 €
Schlauchverbindungen 16
Schlauchleitung Baustoffcentrum Hagebaumarkt
16.03.2013
3,99 €
Schrauben M3 13.04.2013 4,58 €
Schrumpfschlauch Conrad Electronic SE
11.02.2013 1 3,72 €
Senderbatteriebox 15.02.2013 2 16,00 €
Sicherungsmuttern OBI 09.03.2013 3,49 €
Sockel für Kabelbinder Baustoffcentrum Hagebaumarkt
13.04.2013
9,08 €
Stecker Conrad Electronic SE 11.02.2013 2 1,32 €
Steuerblock Abraham Landmaschinen 25.03.2013 2 760,00 €
Stiftleiste
Conrad Electronic SE
14.02.2013 10 2,89 €
Transistor 16 2,60 €
Widerstand 11.02.2013
16 1,76 €
9V Batterien 1 14,95 €
Gesamtsumme: 2383,93€
Summe pro Bagger : 1191,97€
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11. Fazit
Die während der Techniker-Ausbildung erworbenen theoretischen Kenntnisse in
diesem Projekt praktisch umsetzen zu können, war eine sehr lehrreiche
Erfahrung.
Auch wurden wir mit Themen und Problemstellungen konfrontiert, die wir
ursprünglich eher nachrangig betrachtet haben, diese aber als Team bewältigen
mussten.
Die Bedeutung und Wichtigkeit der umgangssprachlich fast inflationär benutzten
Worte Team, Zusammenarbeit und Kooperation, wurden uns immer wieder vor
Augen geführt.
Vor allem Abschnitte der Planung und Eigenanfertigung von Bauteilen haben uns
dies gezeigt. Deshalb möchten wir uns bei allen, die uns unterstützt haben,
Partnern/Lieferanten und vor allem unseren Dozenten, bedanken. Wir danken
für die Unterstützung, natürlich auch finanziell, aber auch für die für uns
aufgebrachte Zeit.
War es doch der Faktor Zeit, der die Arbeit am Projekt stark beeinflusste. Der
anfänglich geschätzte Zeithorizont für Planung und Umsetzung kann im
Nachhinein als richtig bezeichnet werden. Innerhalb des Zeitrahmens gab es
jedoch oft Verzögerungen und Verschiebungen, was nur durch einen
persönlichen Arbeitsmehraufwand aufgefangen und kompensiert werden
konnte. Die ursprünglich veranschlagten 120 Arbeitsstunden pro Person konnten
wir so nicht einhalten. Die Arbeitsstunden haben wir aber sehr gerne
eingebracht: für das Projekt, die Praxiserfahrung, für unsere Unterstützer und für
uns als Team.
Die theoretischen Kenntnisse zu vertiefen, sich mit weiteren verwandten
Themen zu beschäftigen und die praktische Umsetzung, wird uns sicherlich auch
für unseren zukünftigen Arbeitsweg und Werdegang von Nutzen sein.
Ramona Erb / Dominic Mastronicola Seite 50 von 51
14. Erklärung
Ich versichere durch meine Unterschrift, dass ich die vorstehende Arbeit
selbstständig und ohne fremde Hilfe angefertigt, alle Stellen, die ich wörtlich
oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen, als solche
kenntlich gemacht und mich auch keiner anderen als der angegebenen Literatur
oder sonstiger Hilfsmittel bedient habe. Die Arbeit hat in dieser oder ähnlicher
Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen.
Ramona Erb
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Ort, Datum, Unterschrift
Dominic Mastronicola
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Ort, Datum, Unterschrift
Ramona Erb / Dominic Mastronicola Seite 51 von 51
15. Anhang 15.1 Zeichnungen 15.2 Spannungsversorgung 15.3 Motortreiber 15.4 Relaisplatine 15.5 Hydraulik 15.6 Rückmeldung Zylinder, Drehmotor 15.7 Steuerung und Programm des ARDUINO-Boards