Diese Bachelorarbeit strebt die Entwicklung und Berechnung eines 5-Tonnen-Hallenportalkrans auf Laufrädern für die Firma "Industrietechnik Lange" an, wobei die einschlägigen Normen der Branche, insbesondere die DIN EN 15011 und die DIN EN 13001 sowie deren Folgenormen, als Leitfaden dienen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Berücksichtigung der aktuellen Norm DIN EN 13001-3-1, welche zum Zeitpunkt der Arbeit im Entwurfsstadium vorliegt.
Da Krane ständig Lasten heben, senken und verfahren müssen, ist die Belastung auf einen Kran nicht statisch ruhend, sondern dynamisch schwellend. Zusätzlich entstehen durch den Kranbetrieb Schwingungen, die ebenfalls in die Tragkonstruktion einfließen. Um die Wirtschaftlichkeit eines Kranes begründen zu können und um die Sicherheit des bedienenden Personals sowie allen umstehend Personen, sowie der zu transportierende Last gewährleisten zu können, sollte jede Krananlage im Voraus auf eine jahrelange Ermüdung hin untersucht, berechnet und nachgewiesen werden. Die Krananlagen sind bei maximaler zulässiger Nutzlast auf ihre Gebrauchstauglichkeit in Verformung, Durchbiegung, Verschiebung und Schwingung zu untersuchen, denn von einem Kran wird insgesamt eine höhere Anforderung an die Genauigkeit in Toleranz und Gebrauchstauglichkeit erwartet als von den meisten anderen im Stahl- und Aluminiumhochbau gefertigten Konstruktionen.
Diese Anforderungen an Präzision, Sicherheit und Langlebigkeit zählen zu den zentralen Gründen, weshalb sich die Bachelorarbeit mit der Konstruktion und Berechnung eines Hallenportalkrans befasst.
Portalkrane verfügen über eine selbsttragende Konstruktion, bei der die Kranbrücke auf portalartigen Stützen ruht. Die Lastaufnahme erfolgt durch eine sogenannte Laufkatze, die sich entlang der Kranbrücke bewegt. Die Stützen tragen dabei die Brücke und ermöglichen so die Bewegung der Last. Portalkrane können auf Laufrädern, ebenerdigen Schienen, Fahrbahnen oder speziell angelegten Fahrwegen bewegt werden. Sie bieten dabei eine hohe Flexibilität, da sie sowohl mobil verfahrbar als auch an feststehenden Positionen montiert werden können. Ein Portalkran mit kurzer Spannweite wurde früher auch "Bockkran" genannt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation und Zielsetzung
1.2 Abgrenzung und Methodik
1.3 Normgegenüberstellung
2 Projektstruktur und Aufbau der Arbeit
2.1 Analysephase
2.2 Konzeptphase
2.3 Entwurfsphase
2.4 Ausarbeitungsphase
3 Allgemeiner Berechnungsteil
3.1 Klassifizierung
3.2 Dynamische Beiwerte
3.3 Teilsicherheitsbeiwerte
3.4 Lastenfälle
3.5 Lastkombinationen
4 Berechnung der Lastfallkombinationen
5 Nachweis der statischen Festigkeit
5.1 Auswahl der Werkstoffe
5.2 Grenzwert der Bemessungsspannungen
5.3 Nachweisführung der Spannungen
5.5 Örtliche Spannung aus Radlasten
5.4 Elastische Verformung
5.6 Schwingungsfrequenz
5.7 Standsicherheit
6 Nachweis der Ermüdung
7 Bestimmen der Kerbschlagzähigkeit
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Fazit
10 Literaturverzeichnis
11 Anhang
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung und statische Berechnung eines maßgeschneiderten 5-Tonnen-Hallenportalkrans für die Firma "Industrietechnik Lange", wobei die bestehende Hallenstruktur für den Betrieb nicht baulich verändert werden darf. Die zentrale Forschungsfrage ist, wie ein freitragender, mobiler Portalkran konstruiert werden muss, um unter strikter Einhaltung der aktuellen Normen DIN EN 15011 und DIN EN 13001 ff. eine sichere und wirtschaftliche Hebelösung im industriellen Innenbereich darzustellen.
- Konstruktion und Dimensionierung eines spezifischen Portalkrans (Spannweite: 7 m, Traglast: 5 t).
- Anwendung der "Methode der Grenzzustände" zur statischen Bemessung und Ermüdungsanalyse.
- Simulation und Nachweis mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) in Autodesk Inventor und Ansys Mechanical.
- Festlegung relevanter Lastfallkombinationen unter Berücksichtigung dynamischer und statischer Einwirkungen.
Auszug aus dem Buch
Unterscheidung zwischen Brücken - Portalkran
Portalkrane verfügen über eine selbsttragende Konstruktion, bei der die Kranbrücke auf portalartigen Stützen ruht. Die Lastaufnahme erfolgt durch eine sogenannte Laufkatze, die sich entlang der Kranbrücke bewegt. Die Stützen tragen dabei die Brücke und ermöglichen so die Bewegung der Last. Portalkrane können auf Laufrädern, ebenerdigen Schienen, Fahrbahnen oder speziell angelegten Fahrwegen bewegt werden. Sie bieten dabei eine hohe Flexibilität, da sie sowohl mobil verfahrbar als auch an feststehenden Positionen montiert werden können. Ein Portalkran mit kurzer Spannweite wurde früher auch „Bockkran“ genannt (von Berg, 1988, S. 18; Seeßelberg, 2016, S. 7).
Brückenkrane sind Kransysteme, die auf erhöhten Kranbahnen oder Schienen fahren und mindestens einen Querträger (Kranbrücke) und ein Hubwerk besitzen. Brückenkrane sind nur auf ihren Bahnen flexibel einsetzbar. Sie kommen sowohl in Innenbereichen von Produktionshallen als auch im Außenbereich zum Einsatz, wenn geeignete Kranbahnen vorhanden sind. Die Kranbahnen sind entweder fest in die Hallenkonstruktion integriert oder auf separaten Stützen montiert (Seeßelberg, 2016, S. 7).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Aufgabenstellung zur Konstruktion eines Hallenportalkrans inklusive Motivation und methodischer Abgrenzung.
2 Projektstruktur und Aufbau der Arbeit: Erläutert den 4-Phasen-Konstruktionsprozess von der Analysephase bis zur Ausarbeitung.
3 Allgemeiner Berechnungsteil: Definiert die Grundlagen der Klassifizierung sowie die Bestimmung dynamischer Beiwerte und Lastkombinationen.
4 Berechnung der Lastfallkombinationen: Detaillierte Herleitung der maßgeblichen Lasten für verschiedene Betriebsszenarien.
5 Nachweis der statischen Festigkeit: Umfasst die Werkstoffauswahl und Berechnungen zur Festigkeit und Stabilität der einzelnen Bauteile.
6 Nachweis der Ermüdung: Analysiert das Hot-Spot-Spannungsverhalten zur Sicherstellung der Lebensdauer des Krans.
7 Bestimmen der Kerbschlagzähigkeit: Bestimmt auf Basis relevanter Parameter die notwendige Stahlgüte für das Material.
8 Zusammenfassung und Ausblick: Bewertet das Gesamtergebnis und nennt Ansätze für zukünftige Optimierungen.
9 Fazit: Resümiert die erfolgreiche Erfüllung der Anforderungen und die Praxistauglichkeit der entwickelten Lösung.
Schlüsselwörter
Hallenportalkran, DIN EN 15011, DIN EN 13001, Traglastberechnung, Statik, Ermüdungsfestigkeit, Finite-Elemente-Methode, FEM, Kranbau, Stahlbau, Lastkombination, Stahlsorte S235, Stahlsorte S355, Kerbschlagzähigkeit, Konstruktionstechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die ingenieurtechnische Neukonstruktion eines 5-Tonnen-Hallenportalkrans, der speziell auf die betrieblichen Anforderungen der Firma "Industrietechnik Lange" zugeschnitten ist.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Felder sind die Einhaltung aktueller Industrienormen, die statische Auslegung der Tragkonstruktion, die Ermittlung dynamischer Lastfälle und der Ermüdungsnachweis mittels moderner Simulationssoftware.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, eine kosteneffiziente, flexible und normgerechte Hebelösung zu entwickeln, die ohne bauliche Veränderungen an der bestehenden Hallenstruktur integriert werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird die 4-Phasen-Methode zum methodischen Konstruieren angewandt, gepaart mit einer detaillierten rechnerischen Lastanalyse basierend auf der Finite-Elemente-Methode (FEM).
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden die Klassifizierung des Krans, die umfangreiche Berechnung der Lastkombinationen sowie die strukturellen Nachweise zur statischen Festigkeit und Ermüdung detailliert dargelegt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Portalkran, DIN EN 13001, FEM-Analyse, Lastkombination, Statik und Ermüdungsfestigkeit.
Warum wurde die "Variante 6" als optimale Lösung gewählt?
Variante 6 lieferte in der umfassenden Nutzwertanalyse die höchste Gesamtbewertung, da sie die beste Kombination aus Wartungsaufwand, Materialermüdung und Eigengewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität bietet.
Inwiefern beeinflusst der gewählte Stahl die Konstruktion?
Durch die Berücksichtigung der Materialdicke und der Streckgrenze der Stahlsorten S235 und S355 konnte die Tragfähigkeit der Bauteile exakt berechnet und der wirtschaftliche Materialeinsatz optimiert werden.
- Citation du texte
- Maik Klimusch (Auteur), 2024, Konstruktion und Berechnung eines 5-Tonnen-Hallenportalkrans gemäß den Normen DIN EN 15011 und DIN EN 13001 ff., Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1521815
