Fallbeispiel: Achsbolzen

Achsbolzen aus ADI für modulare Fahrzeuge, Selbstfahrer, Anhänger und schwere Lasten

Anwendungen, Bautechnik und Vorteile eines von Zanardi Fonderie hergestellten Achsbolzens

Das Fallbeispiel erzählt über die Entwicklung und Konstruktion eines Achsbolzen aus ausferritischem Gusseisen ADI800-10 (oder Hubbolzen) für modulare Selbstfahrer, modulare Anhänger für schwere Lasten, spezielle Selbstfahrer für Industrieanwendungen, die gewöhnlich dazu verwendet werden, auf der Straße oder auf Baustellen und in Hallen besonders große und schwere Gegenstände unterschiedlicher Natur und Form (Boote, Raummodule, Ausrüstung für Windkraftanlagen, Bergwerkmaschinen und vieles mehr) zu bewegen. Außerdem stellen wir einen qualitativen Vergleich zwischen einem Achsbolzen aus ausferritischem Gusseisen ADI und einem Stahlachsbolzen auf.

Der Referenzsektor ist der „Off Road“-Automobilbereich.

Anwendungen des Achsbolzens in der Industrie

Die industrielle Anwendung eines Achsbolzens erlaubt Selbstfahrer und Anhängern sich zu bewegen und die Lasten, die sie bewegen, zu tragen. Die Fahrzeuge sind mit mehreren Radachsen, die sich aus hydraulischen Aufhängungssystemen zusammensetzen, ausgerüstet. Diese Aufhängungen erlauben der Achse nicht nur die Last zu tragen, sondern auch die Höhe des Selbstfahrersystems oder des Anhängersystems einzustellen, also das System je nach den logistischen Anforderungen und Transportanforderungen zu senken oder anzuheben. Der Achsbolzen aus ADI800-10 spielt eine Schlüsselrolle bei dem Tragen und Heben/Senken der Bühne.

Die Vorteile, die man mit einem Achsbolzen aus ausferritischem Gusseisen ADI erhält

Der Achsbolzen aus ausferritischem Gusseisen ADI bietet entscheidende Vorteile gegenüber demselben Bauteil aus vergütetem Stahl. In der Tabelle kann man die vom Bauteil aus ADI angebotenen Pluspunkte sehen.

+25% Leistung

Erhöhung der Höchstleistung der Achse Die Leistung jeder Achse ist von 40 t auf 50 t gestiegen

Senkung der Fertigungskosten

Die Lösung eines Gussstücks aus Gusseisen ADI hat erlaubt, die Fertigungskosten und die Komplexität der Supply Chain zu beschränken, da die zusätzliche Wärmebehandlung eliminiert wurde und die Kosten für die mechanischen Bearbeitungen erheblich gesenkt wurden konnten

Keine Gewichtszunahme

Geringe Gewichtsveränderung im Vergleich zur vorherigen Lösung (101 kg statt 99 kg)

Beseitigung der Spannungszonen

Da man nur eine Komponente hat, wurden die Zonen in denen sich Spannungen konzentrieren, die typischerweise in den Schweißpunkten vorhanden sind und eine zusätzliche Kontrolle erfordern, fast vollständig beseitigt.

Besseres Ermüdungsverhalten

Die Lösung aus Stahl garantiert keinen Ermüdungswiderstand, der erlaubt hätte, die Achsleistung auf 50 t zu erhöhen

Das mit dem Achsbolzen aus ADI gelöste Problem

Der Kunde wollte eine Leistung von 50 t für jede Achse (das heißt, gleich +25%) erreichen, ohne das Gewicht des Bolzens zu erhöhen und ohne die bereits für das hydraulische Aufhängungssystem festgelegten geometrischen Grenzen zu überschreiten. Das Problem wurde dank der Herstellung des Bauteils aus ausferritischem Gusseisen ADI gelöst.

Vor der Version aus Gusseisen ADI wurde der Achsbolzen aus geschweißtem Stahl mit 8 verschiedenen Bauteilen, einige aus Stahl S690QL und andere aus S355JR, die zu einer komplexen Form verbunden worden sind, gefertigt, alles in allem wog der Bolzen 99 kg. Mit dieser Lösung konnte eine Achsleistung in Höhe von 40 t (20 t für jede Aufhängung und damit für jeden Achsbolzen) erreicht werden.

Ausgangslösung – mit Stahlachse

Materiale
S690QL
S355JR
Rp0,2
700 MPa
315 MPa
Rm
780-930 MPa
470-630 MPa
A5
14%
20%

Um das vom Kunden gewünschte Ziel (+25% Leistung für eine Gesamtleistung von 50 Tonnen pro Achse) zu erreichen, ohne das Gewicht der Bauteile zu erhöhen und ohne die bereits für die hydraulische Aufhängung festgelegten geometrischen Grenzen zu überschreiten, gab es zwei Alternativen:

  • Das aktuelle Verfahren beibehalten und zu einem leistungsstärkeren Stahl S890QL wechseln
  • die Technologie und das Material ändern und sich zu einem einzigen Gussstück aus ausferritischem Gusseisen mit Grad ADI800-10 hin orientieren

Bewertung der beiden neuen Lösungen, um das Ziel zu erreichen

Soluzioni
1
2
Tecnologia
Saldatura
Fusione
Materiale
S890QL
ADI800-10
Rp0,2
900 MPa
500 MPa
Rm
940-1100 MPa
800 MPa
A5
12%
10%

Auswahlkriterien

  • Zugfestigkeit
  • Ermüdung
  • Bearbeitbarkeit
  • Endkosten des Bauteils

Die Lösung aus ausferritischem Gusseisen ADI800-10 hat vor allem erlaubt, einen einziges Gussstück zu erhalten, was die Supply Chain und den Fertigungsprozess bedeutend vereinfacht hat. Es wurden die Phasen für die Bearbeitung, Vorbereitung und Schweißung der 8 Stahlteile (S690QL und S355JR) und die Kontrolle der Schweißzonen eliminiert.

Die Analyse am FEM der zwei Lösungen hat gezeigt, dass die Lösung mit ADI800-10 leistungsstärker ist, und zwar aus den folgenden Gründen:

  • Besseres Ermüdungsverhalten
  • Eliminierung der Stresskonzentrationen (Zonen, die typischerweise an die Nahtstellen zwischen zwei geschweißten Teil entstehen)

Das hat erlaubt, ein Bauteil zu bauen, dass, obwohl die mechanischen Charakteristiken von Stahl S890QL höher sind als die von ADI800-10, besser ist, ohne das Gewicht zu erhöhen.

Bauarten und -techniken für den Achsbolzen: Ein Vergleich zwischen Gusseisen ADI und Stahl

Die Technik des ausferritischem Gusseisen hat erlaubt, ein einziges Gussstück aus ADI800-10 zu realisieren, im Unterschied zu der vorherigen Version aus geschweißtem Stahl, bei der 8 Teile zusammengeschweißt werden mussten.

Vergleichstabelle für beide Lösungen

Materiale
Tecnologia
Peso componente finale
Portata perno
Portata assale (2 perni)
Soluzione precedente
S355JR + S690QL
Saldatura di 8 pezzi
99 kg
20 t
40 t
Soluzione in ADI
ADI800-10
Fusione unica
101 kg
25 t
50 t
Benefici
-
-
Invariata
+25 %
+25 %

Fallbeispiel

Wahre Fälle, die von der Realisierung der Kundenprojekte erzählen