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Engineering

Engineering: So konstruieren wir in der Panzerglaserei

Schutzumbauten für Baumaschinen entstehen bei uns als ganzheitliches Projekt von der Planung bis zur Montage. Elementarer Bestandteil dieser Leistung ist der Bereich Engineering. Die Konstruktion durch unsere Ingenieure, findet computergestützt mit höchster Präzision statt. Werfen Sie hier einen Blick hinter die Kulissen unserer Entwicklungsabteilung für Baumaschinen-Panzerungen.

Die Voraussetzung für alles: Welche Anforderungen hat unser Kunde an eine gepanzerte Kabine?

Es gibt nicht die eine Panzerung für Baumaschinen. Vielmehr ist die beste Lösung immer an die Anforderungen von Anwendern und Geräten angepasst. Deshalb beginnt der Engineering-Prozess mit einer Beratungsphase. Gemeinsam mit unseren Kunden erörtern wir:

Welche Baumaschine soll verpanzert werden?

Welche Sicherheitsklassifizierungen müssen erfüllt werden?

Gibt es einen gesonderten Bedarf in Bezug auf Extras?

Wie hoch ist das Budget?

Dank unserer Erfahrung sind wir in der Lage, Kunden durch die Planungsphase zu begleiten und eingehend zu beraten. Dazu gehört, dass wir als Spezialisten für gesicherte Baumaschinen alle relevanten Punkte abfragen, um dann eine Entwicklung nach Maß beginnen zu können.

Übrigens: Wir entwerfen nicht nur gepanzerte Kabinen für Baugeräte, wir kümmern uns auch um weitere Details der Maschinen wie zu Beispiel; Panzerverglasung in Kombination mit anderen Schutzmaßnahmen.

Ein wichtiges Thema ist da bei die Integration von ROPS, FOPS und Co. –Bei der Entwicklung eines Schutzkonzepts für Baumaschinen mit Panzerglas.

Der entscheidende Aspekt für die spätere Entwicklung ist letztlich immer die Frage: Wie hoch muss der Schutz für die Baumaschinisten sein? Je nach Einsatzgebiet unterscheiden sich die Anforderungen erheblich.

Eine häufige Gefahrenquelle sind herabfallende Gegenstände. Für Schutzumbauten gibt es eine eigene Klassifikation nach FOPS (Falling Object Protective Structure).

Eine Kabine nach FOPS I für Baumaschinen ist gegen kleine Gegenstände gesichert. Das erfüllen viele Fabrikate bereits werkseitig. Interessanter sind gepanzerte FOPS-II-Kabinen.

Diese müssen nach ISO 3449 größeren Aufprallenergien standhalten. Mit der Kooperation der Firma Wolf sind wir in der Lage, deren seit Jahren erprobte FOPS Dächer und Frontgitter mit unseren Panzerungen zu kombinieren.

Die Produkte der Firma Wolf zeichnen sich durch eine niedrige Bauhöhe und deren patentierte Möglichkeit, das Frontgitter bei Bedarf auf das Dach hoch zu ziehen, um es dort sicher zu lagern.

Für höhere Anforderungen sind wir in der Lage, gepanzerte Kabinen und FOPS Lösungen zu entwickeln, welche die FOPS II Anforderungen deutlich übertreffen.

Bei diesen Konstruktionen fließen auch bewährte Verfahren aus dem Fahrzeugbau mit ein. So werden unsere FOPS Dächer an den Stellen wo es nötig ist besonders steif und verwindungsfest konstruiert.

An anderer Stelle werden weichere Knautschzonen oder elastische Elemente mit integriert, so kann die auftretende Energie durch Verformung abgebaut werden. Dadurch wird die Kabine entlastet und ein vorzeitiges Versagen verhindert.

Ein ähnliches Sicherheitskonzept ist ROPS.

Hierbei geht es um den Überrollschutz für Kabinen von Baumaschinen. Alle auf dem Markt befindlichen Baumaschinen verwenden geprüfte ROPS Kabinen.

Die vorhandene Sicherheit lässt sich durch zusätzliche Aussteifungen aber weiter erhöhen.

Hier kommt uns zugute, dass wir die gesamte Konstruktion planen und gezielt an den gewünschten Stellen Verstärkungen einbringen können.

So wirken die Kastenrahmen der Next Generation wie ein vorderer Überrollbügel und schützen so den Fahrer sehr wirkungsvoll bei Überschlag des Baggers, als auch bei schweren, herabfallenden Teilen auf das Dach und selbstverständlich gegen Explosionsdruck.

Um die originalen Kabinenlager nicht zu überlasten, werden alle explosionssicheren Panzerungen der Next Generation mit eigenen Konuslagern ausgestattet.

Was sonst noch bei der Konstruktion zu beachten ist

Die neue DGUV fordert von den heutigen Panzerungen einen Explosionsschutz nach ER 4.

Das bedeutet, dass der Schutzumbau einem Explosionsdruck von bis zu 2,5 bar für 20ms standhalten muss. Um sich die hier auftretende Belastung überhaupt vorstellen zu können ein einfaches Rechenbeispiel; die Angriffsfläche einer normalen Kabine eines 20t Baggers beträgt ca. 100 cm in der Breite und 160cm in der Höhe.

Also 100 cm x 160cm =16.000 cm² x 2,5 kg/cm²= 40.000kg.

Diese Kraft trifft mit Überschallgeschwindigkeit auf die Kabine und wirkt für 20ms. Alleine aus dieser einfachen Beispielrechnung wird schnell klar, dass ein wirkungsvoller Explosionsschutz keine einfache Sache ist und auf keinen Fall unterschätzt werden sollte.

Die Prüfparameter für die ER 4 sind den Prüfanforderungen für Explosionssicher Fassaden entnommen. Dabei bleibt ein Splitterwurf unberücksichtigt. Es entstehen aber bei der Umsetzung von Kampfmitteln so wohl Primär, als auch Sekundärsplitter.

Hier sind die Primärsplitter diejenigen die am gefährlichsten sind, da diese ein großes Eigengewicht haben können und auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt sind.

Zu dem handelt es sich in der Regel um Stahlteile, die sich beim Auftreffen auf die Panzerung nur sehr gering verformen und so die gesamte kinetische Energie in die Panzerung abgeben, vergleichbar mit einem Hartkerngeschoss.

Diese Splitter sind dann auch in der Lage eine BR 6 Panzerglasscheibe zu durchschlagen. Als Sekundärsplitter sind alle Teile zu bezeichnen, die von der Explosion mitgerissen werden, wie beispielsweise Boden und in ihm enthaltenen Steine. Die Sekundärsplitter sind zwar unter Umständen schwerer, werden aber nicht so stark beschleunigt.

Und so sehen unsere Lösungen aus

Konstruktiv wird die Aufgabe einer Panzerung mit Explosionsklasse ER 4, da durch gelöst, dass wir einen Torsion und biegesteifen Kastenrahmen entwickelt haben.

Dieser stützt sich mit seitlich angebrachten 12mm Blechen über elastische Verbindungen von der Bodengruppe ab. Das sich aus dieser Konstruktion ergebene hohe Gewicht, wirkt sich dabei ebenfalls positiv aus. Die mit hoher Geschwindigkeit auftreffende Druckwelle, setzt die Masse der Panzerung mit der Kabine in Bewegung. Wobei zu beachten ist, das je größer die Masse ist, desto langsamer ist die initiierte Bewegung der Panzerung.

Die erzeugte Bewegungsenergie der Panzerung wird über ihre eigenen elastischen Aufhängungen, als auch über die Kabinenlagerung abgebaut. Zusätzlich wird Energie durch Verformung der seitlichen Verbindungsbleche, als auch über eine Verformung der Kabine absorbiert. Durch die erreichte Verlangsamung der Panzerung/ Kabineneinheit relativ zu Druckwelle, ist die Druckwelle bereits vorbei, bevor die Kabine durch Verformung eventuell Öffnungen zum Innenraum freigeben kann.

Gerade für den Einsatz in der Kampfmittelbeseitigung oder im militärischen Bereich, sind zudem die Themen Explosionssicherheit und Durchschussfestigkeit äußerst relevant. Hier bieten wir Ihnen ebenfalls ein volles Leistungsspektrum. Für höchste Sicherheit entwickeln wir explosionssichere Fahrerkabinen größer ER4.

Zudem entwickeln wir Panzerungen für erhöhte Anforderungen, welche die Beschussklasse BR7 oder größer erreichen. Des Weiteren sind die explosionssicheren Panzerungen der Next Generation so konzipiert, dass sie für eine Rundum-Panzerung vorgerüstet sind, und sich durch nur wenige Änderungen problemlos erweitern lassen. So erhalten Sie eine Baumaschine, die selbst extremen Belastungen standhält.

Panzerglasscheibe BR 7 mit einer Stärke von 80mm

Konstruktiver Umgang mit Panzerglas

Anders als viele denken, reagieren Panzerglasscheiben sehr empfindlich auf Biegung und Torsion.

Schon bei kleinen Biegewinkeln bilden sich sofort Risse im Laminat, welche die mechanische Belastbarkeit der Panzerglasscheibe stark mindern.

Um dies zu vermeiden, legen wir bei der Konstruktion großen Wert auf die Steifigkeit der Rahmenstruktur.

Dies erreichen wir mit einer ausgefeilten Strategie, wie die einzelnen Bleche in einander greifen und die Art wie mit möglichst vielen Kantungen, unnötige Schweißnähte zu vermieden.

Ausschlaggebend für die Erhöhung der Verwindungssteifigkeit sind unter anderem auch die abgeschrägten Ecken der Panzerglasscheibe, diese sind letztendlich auch für das unverwechselbare Design unserer Panzerverglasungen verantwortlich.

Bei Scheibenstößen werden nur stabile, in der Regel gefräste T- Profile eingesetzt.

Diese verhindern im Explosionsfall durch ihre hohe Belastbarkeit ein Kollabieren der Scheiben und tragen daher im erheblichen Maße zur Sicherheit der Panzerung mit bei.

Bei der Blechteilkonstruktion kommen spezielle CAD Programme zum Einsatz, diese ermöglichen es uns bis an die Grenze des Technisch machbaren zu gehen.

In diesen Fällen werden die geplanten Abwicklungen vor Übernahme in die Konstruktion mit Hilfe von speziellen Simulationsprogrammen auf ihre Ausführbarkeit hin geprüft.

Diese Abwicklungen können dann oft nur mit Sonderwerkzeugen und großem Geschick der Mitarbeiter bewerkstelligt werden. Dabei kommen CNC Kantbänke mit Presskräften bis zu 500t zum Einsatz.

Aus der Praxis: Suchen Sie eine gepanzerte Baumaschine für die militärische oder zivile Anwendung?

Die resultierenden Anforderungen an die Sicherheit unterscheiden sich stark. Als führender Anbieter für Kabinenumbauten mit Panzerglas bieten wir beides an.

Bei militärischen Anwendungen steht neben der Explosionssicherheit die Durchschussfestigkeit im Vordergrund.

Deshalb kommen bei militärischen Anwendungen in erster Linie Panzerstähle zum Einsatz.

Diese sind teurer als normaler Baustahl, aber im wesentlichem sehr viel aufwendiger in der Verarbeitung.

Außerdem werden in besonders exponierten Bereichen noch zusätzliche, spezielle nur für das Militär erhältliche Panzerungen verbaut.

Panzerglas oder Polycarbonat für Baumaschinen?

Eine interessante Detailfrage ist, ob sich für Ihre Baumaschine Panzerglas oder Polycarbonat besser eignet. Polycarbonat zeichnet sich zum Beispiel durch eine besonders hohe Schlagsicherheit aus. Zudem gibt es Verbundstoffe aus Glaslaminat und rückseitiger Polycarbonatscheibe. Hier werden beide positiven Eigenschaften miteinander vereinigt. Mit diesen Verbunden lassen sich dünnere und nicht splitternde Panzerglasscheiben fertigen, mit gleicher Beschussresistens wie reine Glaslaminate. Probleme bereitet je doch immer wieder, der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen Glas und Polycarbonat. Dieser ist bei Pholycabonat zehnmal größer als bei Glas. Das wiederum führt bei Temperaturänderungen zu großen Spannungen zwischen den beiden Werkstoffen. Daher kommt es bei einigen Glasherstellern immer wieder zu Delaminationen oder zu Rissbildung in der Polycarbonatscheibe. Die Panzerglaserei verwendet nur Panzerglasscheiben von Herstellern mit großer Erfahrung in diesem Bereich und die nachweißlich einen sehr hohen Qualitätsstandart erfüllen. Wir stehen mit unseren Lieferanten in ständigem Kontakt um immer auf dem neuesten Stand der Technik zu sein, oder gemeinsam mit ihnen den Stand der Technik von morgen mit zu entwickeln. Wir sind deshalb mit allen Materialien bestens vertraut und entscheiden dann unter sicherheits-, und technischen Aspekten, welche Variante Ihre Vorgaben am besten erfüllt.

Es muss nicht immer eine Maximal-Panzerung sein

Wir sind auch in der Lage raffinierte, einfache Lösungen zu konstruieren, wo immer ein kostengünstiger Schutzumbau, der da rüber hinaus auch noch einfach zu montieren ist, gefordert wird.

Unabhängig davon, ob es sich um eine Panzerung für die Kampfmittelsuche, oder der Schutz vor abgerissenen Kettengliedern in der Forstwirtschaft handelt.

Auch bei diesen Aufgaben steht immer die Sicherheit, Funktionalität und Integration in das Design der Maschine im Fokus unserer Entwürfe

Planen und Entwerfen: Komplettleistung der Panzerglaserei

Sind alle Fragen geklärt, beginnt die Entwicklung des Konzepts.

Das gesamte Projekt wird bei uns im Haus abgewickelt.

Das erhöht die Effizienz und Sie profitieren von einer schnellen, aber ebenso fachgerechten Planung und Konstruktion.

Das Engineering erfolgt dann computergestützt auf Grundlage von CAD-Daten aus der Laservermessung.

Der komplette Entwicklungsschritt findet digital statt, sodass Sie vorab eine Visualisierung Ihrer gepanzerten Kabine sehen können, so haben Sie jeder Zeit die Möglichkeit, noch Änderungen vornehmen zu können und das so lange, bis exakt die Lösung gefunden ist, die Sie sich gewünscht haben.

Qualitätssicherung und Freigabe für die Fertigung

Wurden alle Ihre Kundenvorgaben erfüllt?

Wenn ja, dann gehen die Pläne der Konstruktionsabteilung weiter in die Arbeitsvorbereitung und Endfertigung.

In enger Absprache mit den Konstrukteuren, entsteht dort der Prototyp der Panzerung, exakt nach Ihrer Vorgabe.

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