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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

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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

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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

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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

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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)

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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

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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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Ramona Erb Seite 3 von 51

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

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Ramona Erb Seite 4 von 51

2.1.2 Skizze

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Ramona Erb Seite 5 von 51

3. Terminplan

3.1 angenommener Zeitplan

Abbildung 1: angenommener Zeitplan

3.2 tatsächlicher Zeitplan

Abbildung 2: tatsächlicher Zeitplan

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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.

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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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Dominic Mastronicola Seite 8 von 51

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

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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

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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

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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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)

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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)

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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Abbildung 17: Kipplager / Kipplagerung

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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

...........................................................................

Ort, Datum, Unterschrift

Dominic Mastronicola

...........................................................................

Ort, Datum, Unterschrift

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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