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Belegarbeit Maschinenelemente 1, WiSe 2018/19

Auslegung und Gestaltung der Zwischenkonstruktion eines horizontalen Seilsystems als Absturzsicherungssystem

Kaiser, Franz; 1234567; MAB2017

Nachname, Vorname; Matrikelnummer; Matrikel

Däne, Mark; 2345678; MAB2016


Schwarzer, Peter; 3456789; MAB2017


Gruppe:

Abgabe am 06.02.2019

Inhaltsverzeichnis

0 Aufgabenstellung 10.1 Randbedingungen 3

0.2 Arbeitspakete 4

0.3 Hinweise 5

0.4 Wochen- und Zeitplan 6

0.5 Bewertungsübersicht 7

0.6 Gestaltung der Kapitel 7

1 Grundlegendes, Stand der Technik und Normung 81.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1 9

1.2 Gliederungsebene 2, Überschrift 2 9

2 Dimensionierung der Profile 102.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1 10

2.1.1 Gliederungsebene 3, Überschrift 1 10

2.1.2 Gliederungsebene 3, Überschrift 2 10

3 Dimensionierung der Schweißnähte 113.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1 11

3.2 Gliederungsebene 2, Überschrift 2 11

4 Dimensionierung der Schraubverbindung 12

5 Dokumentation / Zeichnungsableitung 13

Anhang iA. Gliederungsebene 1, Überschrift 1 iB. Gliederungsebene 1, Überschrift 2 i

Symbol- und Indexverzeichnis ii

Abbildungsverzeichnis iii

Tabellenverzeichnis iv

Literaturverzeichnis v

I

0 Aufgabenstellung

Die folgende Abbildung zeigt eine Freikranbahn im Freilager eines Stahlwerks.

Abbildung 0.1: Freikranbahn

Im Zuge der Installation der vom Gesetzgeber geforderten Sicherheitseinrichtungen sollen auf den Laufstegen der Kranbahnen horizontale Seilsysteme als Absturzsicherungssysteme vorgesehen werden, vgl. Abbildung 0.2.

Abbildung 0.2: Monteur mit persönlicher Schutzausrüstung (PSA), gesichert an einem horizontalen Seilsystem [Web01]

Die Anbieter solcher Seilsysteme liefern und montieren jedoch lediglich das Seil inkl. der nötigen End- und Zwischenhalter sowie Dämpferelemente. Die in der Regel notwendigen Zwischenkonstruktionen – damit das Seil bspw. in einer Höhe von ca. 2 m montiert werden kann – müssen demnach vorher ausgelegt, gefertigt und montiert werden.

Für die Zwischenkonstruktion auf den Kranbahnen soll folgender Entwurf als Vorlage dienen, vgl. Abbildung 0.3.

Abbildung 0.3: Entwurf einer Zwischenstütze

Der Adapter – welcher fest mit dem Laufsteg verschweißt wird, wobei eine starre Anbindung vorausgesetzt wird – realisiert eine lösbare Schnittstelle, so dass im Absturz- bzw. Schadensfall die eigentliche Stütze einfacher ausgetauscht werden kann. Der Kragarm ist notwendig, um das Seil direkt über dem Laufsteg positionieren zu können, wenn die Stütze selbst nicht direkt auf dem Laufsteg sondern auf sogenannten Nebenträgern verbaut wird, vgl. Abbildung 0.4

Abbildung 0.4: Laufsteg und Nebenträger (blaues Profil)

Ihre Aufgabe ist nun die Auslegung und Modellierung der erforderlichen Stützen, wobei folgende Varianten vorzusehen sind:

- Zwischenstütze ohne Kragarm- Zwischenstütze mit Kragarm- Endstütze ohne Kragarm- Endstütze mit Kragarm

Folgende geometrische Größen sind gegeben:

Seilhöhe über Laufsteg 2.000 mm

Länge des Kragarms 700 mm

Höhe des Stützenadapters 400 mm

Hinsichtlich der Belastung liegt folgende verbindliche Forderung der Anbieter von Seilsicherungssystemen vor, vgl. Abbildung 0.5.

Abbildung 0.5: Einwirkung (Belastung) der Stützen im Absturzfall und Definition der Absturzrichtung

0.1 Randbedingungen

Folgende Randbedingungen sind bei der konstruktiven Gestaltung zu beachten:

- Verwendung von genormten Hohlprofilen aus S355.

- Die Verbindungen Adapter / Kranbahn und Kragarm / Stütze sind als Schweißverbindungen auszuführen.

- Die Verbindung Adapter / Stütze ist als Schraubenverbindung auszuführen, wobei ggf. Dehnhülsen zum Einsatz kommen sollen.

Nicht gegebene Werte sind der Literatur zu entnehmen bzw. im Kontext der Aufgabenstellung sinnvoll festzulegen. Die von Ihnen definierten Werte sind in den Ausführungen/Berechnungen hervorzuheben und deren Anpassung/Entwicklung ist im Rahmen des Optimierungsprozesses darzustellen.

Aufgabenstellung

0.2 Arbeitspakete

1. Grundlegendes, Stand der Technik und Normung

Die gegebenen Lasten gelten für den Absturz von fünf Personen bei einer definierten Dämpfung. Welchen Einfluss hat die Seildämpfung (bzw. zusätzliche Dämpferelemente) auf die Seilkraft und den Seildurchhang im Absturzfall?

Können Sie erklären, warum insbesondere die Seilkraft am Endhalter solche Ausmaße annimmt? Führen Sie eine Internetrecherche hinsichtlich möglicher Anbieter solcher Seilsysteme durch.

Recherchieren Sie die benötigten Normen hinsichtlich Hohlprofilen sowie Schweiß- und Schraubverbindungen im Stahlbau (insbesondere DIN EN 1993). Geben Sie einen Überblick und machen Sie sich mit den Berechnungsgrundlagen vertraut.

2. Dimensionierung der Profile

Dimensionieren Sie die erforderlichen Profile (Adapter und Stütze sowie Kragarm) und modellieren Sie eine Baugruppe für alle vier Varianten unter Verwendung einer Konstruktionstabelle.

Die in der Konstruktionstabelle hinterlegten Größen (in erster Linie Geometriegrößen) sollen darüber hinaus direkt mit einer MathCAD-Berechnungsdatei assoziativ verknüpft sein, so dass eine Änderung der Größen augenblicklich das 3D-Modell beeinflusst.

Innerhalb der Berechnungsdatei soll zunächst der Nachweis des Grundwerkstoffes erbracht werden. Als zulässige Spannung kann die Streckgrenze des Werkstoffes herangezogen werden.

3. Dimensionierung der Schweißnähte

Dimensionieren Sie die Schweißnähte der Baugruppe und weisen Sie sie nach:

- anhand gängiger Vorgehensweise im Maschinenbau (vgl. Vorlesung und Übung)- anhand der im Stahlbau üblichen DIN EN 1993 (vgl. Recherche AP1)

Da die Geometriegrößen der Schweißnähte direkt von den Profilabmessungen abhängen, soll auch diese Nachweisrechnung in der mit dem 3D-Modell verknüpften MathCAD-Berechnungsdatei implementiert sein. Als maßgebende Berechnung soll die optimistischere von beiden ausgewählt werden.

4. Dimensionierung der Schraubverbindung

Dimensionieren Sie die Schraubverbindung zwischen Adapter und Stütze und weisen Sie sie nach:

- anhand der VDI-Richtlinie 2230 (vgl. Vorlesung und Übung)- anhand der im Stahlbau üblichen DIN EN 1993 (vgl. Recherche AP1)

Welche Auslegung würden Sie bevorzugen? Begründen Sie Ihre Aussage. Ist die Verwendung von Dehnhülsen sinnvoll? Stellen Sie die Varianten mit und ohne Dehnhülse gegenüber (nach VDI 2230) und begründen Sie Ihre Aussage.

Erweitern Sie Ihr 3D-Modell und die Berechnungsdatei durch die entsprechende Schraubverbindung.

5. Dokumentation / Zeichnungsableitung

4

Aufgabenstellung

Leiten Sie die Baugruppenzeichnung der Endstütze mit Kragarm als fertigungsgerechte Zeichnung ab.

5

Aufgabenstellung

0.3 Hinweise

Gruppenarbeit

Die Studierenden schließen sich zu Gruppen mit je 3 bis 4 Mitgliedern zusammen und teilen mir dies per Mail mit (unter Angabe von: Name, Matrikel und Matrikelnummer).

Ihnen wird dann eine entsprechende Gruppennummer zugewiesen.

Software

Die Erstellung der Dokumentation erfolgt auf Basis dieser Formatvorlage (Word), deren Gliederung beizubehalten ist.

Die Software zur Erstellung der Berechnungsdokumentation ist Mathcad. Darüber hinaus kann auch Mathematica verwendet werden.

Die Software zur 3D-Modellierung und zur Erstellung der 2D-Zeichnungen ist CATIA V5.

Sowohl Berechnungen als auch technische Zeichnungen sind dem Beleg im Anhang beizufügen.

Abgabe und Bewertung, Klausuren

Die Abgabe des Beleges erfolgt in gebundener Form. Darüber hinaus sind alle relevanten CAD-, Mathcad-, Mathematica- sowie doc/pdf-Files auf einer beschrifteten CD-ROM beizufügen.

Wird der Abgabetermin (06.02.2019) nicht eingehalten, so verschlechtert sich der Bewertungsgrad der Note wöchentlich um 0.3 bzw. 0.4.

Wie im Zeitplan definiert (vgl. Tabelle 0.1), erfolgt eine Zwischenbewertung der Arbeitspakete auf Basis Ihrer Ausarbeitungen. Zu den entsprechenden Terminen präsentieren Sie Ihre Ergebnisse in Form eines 10 minütigen Vortrages (PowerPoint-Präsentation, außer AP5).

Zur Bewertung senden mir alle Gruppen (!) Ihre Ausarbeitungen (Berechnungen und Präsentation) am Mittwoch vor den Verteidigungen der A-Gruppen bis 18 Uhr.

Angaben zur Mail:

o Betreff: Beleg ME1, <Gruppennummer>, <Nr. des Arbeitspaketes>

o Format: je ein pdf-File für Berechnung und Präsentation, Dateiname:

<Gruppennummer>_<NummerAP>_<Inhalt>.pdf(für <Inhalt> entweder „Berechnung“ oder „Präsentation“ einsetzen)

Die Bewertung der Arbeitspakete mit der folgenden Gewichtung ergibt Ihre Belegnote für Maschinenelemente 1:

AP1 10%; AP2 15%; AP3 30%; AP4 35%; AP5 10%

Der so entstehende Mittelwert fließt zu 30% in Ihre Modulnote Maschinenelemente ein, wobei der Gesamtbeleg noch einen negativen Einfluss von bis zu einem Notengrad haben kann, sofern gravierende Mängel vorliegen.

Ihnen ist die Teilnahme an der Klausur Maschinenelemente nur gestattet, wenn Sie

o beide Belege mindestens mit der Note 4,0 abgeschlossen und

o die Module Werkstofftechnik, Technische Mechanik und Mathematik 2 bestanden haben.

6

Aufgabenstellung

Konsultationen und Anmerkungen

Konsultationen finden in den regulären Übungen Maschinenelemente 1 statt.

Zusätzliche Konsultationen erfolgen nur nach vorheriger Absprache.

Anregungen und Kritik zu dieser Formatvorlage werden gern entgegengenommen und sind per Mail zu senden an [email protected] .

0.4 Wochen- und Zeitplan

Tabelle 0.1: Zeitplan zur Belegbearbeitung

Tag & Ort Jahr KWArbeitspaket

zur PräsentationBeleg-

gruppenBeleggruppe Tag Uhrzeit

43 A1 Donnerstag 14:30 - 15:00

44 A2 Donnerstag 15:00 - 15:30

45 A3 Donnerstag 15:30 - 16:00

46 A A4 Donnerstag 16:00 - 16:30

47 B A5 Donnerstag 16:30 - 17:00

48 A B1 Donnerstag 14:30 - 15:00

49 B B2 Donnerstag 15:00 - 15:30

50 A B3 Donnerstag 15:30 - 16:00

51 B B4 Donnerstag 16:00 - 16:30

52 B5 Donnerstag 16:30 - 17:00

01

02

03 A

04 B

05 AP5: keine Verteidigung

06

lehrveranstaltungsfrei

Belegabgabe am 04.02.2019

AP1

AP2

Zeitplan

Belegvorstellung

Wochenplan

AP3

AP4

Termin-block

donnerstags,4. bis 6. UE

Raum 73-111 (Pool 5)

2018

lehrveranstaltungsfrei

2019

7

mailto:[email protected]

Aufgabenstellung

0.5 Bewertungsübersicht

Tabelle 0.2: Bewertungsübersicht

AP1 (10%) AP2 (15%) AP3 (30%) AP4 (35%) AP5 (10%)Einfluss

GesamtbelegBelegnote

A1

A2

A3

A4

Beleg Maschinenelemente 1Beleg-gruppe

Noten

0.6 Gestaltung der Kapitel

Inhalte der einzelnen Kapitel sollen sein:

- Kurze Erläuterung der grundlegenden Vorgehensweise

- Aussagekräftige Skizzen und Darstellungen hinsichtlich der Gestaltung der Konstruktionselemente

- Darlegung einiger Berechnungsschritte (Meilensteine), jedoch nicht der vollständigen Berechnungsgang (dieser ist dem Anhang beizufügen)

- Tabellen und Diagramme

- Interpretation von Ergebnissen, Ableitung von Handlungsempfehlungen

- Erläuterung der durchgeführten Iterationen (auch kapitelübergreifend) und Hervorheben von Stellschrauben

- Erläuterung zum Optimierungsprozess (auch kapitelübergreifend)

Der Fließtextanteil sollte stark begrenzt sein. Sämtliche Berechnungen (Mathcad, Mathematica) sind dem Anhang beizufügen.

8

Grundlegendes, Stand der Technik und Normung

1 Grundlegendes, Stand der Technik und Normung

Abbildungsmaster

Abbildung 1.6: Seilendhalter mit Dämpferelement [Web02]

Sie können die hier aufgeführte rahmenlose Tabelle samt Abbildung und Beschriftung kopieren und an eine neue Stelle einfügen. Anschließend ersetzen Sie die alte Abbildung durch eine neue. Die Beschriftung der Abbildung wird dann sowohl direkt als auch im Abbildungsverzeichnis aktualisiert (RMT, Felder aktualisieren).

9

Grundlegendes, Stand der Technik und Normung

1.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1

Überschriften der verschiedenen Gliederungsebenen können Sie ebenfalls über copy & paste an die entsprechenden Stellen einfügen. Alternativ dazu können Sie die Formatvorlagen oder die Funktion „Format übertragen“ verwenden.


Text / Abbildungen / Tabellen

10

Dimensionierung der Profile

2 Dimensionierung der Profile




2.1.1 Gliederungsebene 3, Überschrift 1


2.1.2 Gliederungsebene 3, Überschrift 2


11

Dimensionierung der Schweißnähte

3 Dimensionierung der Schweißnähte



Tabellenmaster

Tabelle 3.3: Kenngrößen Festkörperlaser [Gru08]

Strahldaten der Laser HL2006D HL3006D

PL [kW] 2.300 3.500

Strahlparameterprodukt [mm*mrad]

Lichtleitfaserdurchmesser [mm]

Fokusdurchmesser [mm]

17

600

0,3

Sie können die hier aufgeführte rahmenlose Tabelle samt Inhalt und Beschriftung kopieren und an eine neue Stelle einfügen. Anschließend ersetzen Sie die alte Tabelle durch eine neue. Die Beschriftung der Tabelle wird dann sowohl direkt als auch im Tabellenverzeichnis aktualisiert (RMT, Felder aktualisieren).


Formel-/Gleichungsmaster

√σ⊥2 +3 (τ⊥2 +τ∥2 )≤ f uβw ⋅γM 2

Gl. 3.1

Sie können die aufgeführte rahmenlose Tabelle samt Formel/Gleichung und Beschriftung kopieren und an eine neue Stelle einfügen. Anschließend können Sie die Formel bearbeiten und die Beschriftung aktualisieren (RMT, Felder aktualisieren).

12

Dimensionierung der Schraubverbindung

4 Dimensionierung der Schraubverbindung


13

Dokumentation / Zeichnungsableitung

5 Dokumentation / Zeichnungsableitung


14

Anhang

Anhang

A. Gliederungsebene 1, Überschrift 1

Weitere Gliederungsebenen sind im Anhang nicht vorgesehen.

B. Gliederungsebene 1, Überschrift 2


i

Symbol- und Indexverzeichnis

Symbol Einheit Bezeichnung

σ⊥ N ⋅mm−2 Normalspannung senkrecht zur Schweißnaht

τ⊥ N ⋅mm−2 Schubspannung senkrecht zur Schweißnaht

τ ∥ N ⋅mm−2 Schubspannung parallel zur Schweißnaht

f u N ⋅mm−2 Zugfestigkeit

βw −¿ Korrelationsbeiwert

γM2 −¿ Sicherheitsbeiwert

… … …

ii

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 0.1: Freikranbahn

Abbildung 0.2: Monteur mit persönlicher Schutzausrüstung (PSA), gesichert an einem horizontalen Seilsystem [Web01]

Abbildung 0.3: Entwurf einer Zwischenstütze

Abbildung 0.4: Laufsteg und Nebenträger (blaues Profil)

Abbildung 0.5: Einwirkung (Belastung) der Stützen im Absturzfall und Definition der Absturzrichtung

Abbildung 1.1: Seilendhalter mit Dämpferelement [Web02]

iii

Tabellenverzeichnis

Tabelle 0.1: Zeitplan zur Belegbearbeitung

Tabelle 0.2: Bewertungsübersicht

Tabelle 3.1: Kenngrößen Festkörperlaser [Gru08]

iv

Literaturverzeichnis

[Gru08] Gruss, H.

Schweißgerechte Struktur- und Prozessstrategien im F lugzeugbauDissertation, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2008

[Web01] Abbildung

https://www.boels.de/mieten/aufzug-und-hebetechnik/fallschutz/horizontale-voruebergehende-absturzsicherungen

Abfrage: 24.10.2018

[Web02] Abbildung

https://www.iq-gruppe.at

Abfrage: 25.10.2018

v



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