„Ladungssicherung ist ein wichtiges Thema. Bei Lufttransporten von Hubschraubern potenzieren sich die Anforderungen. Sicherheit steht hierbei an allererster Stelle“, so klar bringt Dipl.-Ing. Marcus Stadler, der Geschäftsführer der SMJ Sondermaschinenbau GmbH, die Kernaufgabe des sicheren Hubschraubertransports auf den Punkt. Das von ihm und seinem Geschäftspartner Steffen Jahn geleitete, unweit vom Flughafen München in Kirchdorf an der Amper ansässige Unternehmen ist einer der innovativen Spezialisten, die maßgeschneiderte Komponenten und Baugruppen, unter anderem für das sichere Befestigen von hochwertiger Luftfracht in Transportflugzeugen, entwickeln und herstellen.

In allen Industriebereichen weltweit zuhause, werden von SMJ Sondermaschinenbau GmbH in enger Zusammenarbeit mit Großunternehmen individuelle Problemstellungen durch Sonderkonstruktionen gelöst. Das Aufgabenfeld erstreckt sich hierbei von der Konstruktion über den Prototypenbau bis hin zur finalen Serienfertigung. „Die intensive Kooperation mit unseren Kunden, beginnend von der ersten Idee bis hin zum Abnahmetest des kundenspezifischen Endproduktes, ist unsere Leidenschaft, getreu dem Firmenslogan ‚Solutions with passion’", fasst Steffen Jahn die Stärken seines flexiblen Teams zusammen.

Gesucht: Wirksamer Schutz für die Hubschrauberstruktur

Diese Vorgehensweise kam auch zum Tragen, als sich das Unternehmen an die Arbeit machte, einen wirksamen Schutz der Gesamtstruktur von Hubschraubern während Luftverladeoperationen in Großflugzeugen zu entwickeln. Dabei ist der Innenraum der Transportflugzeuge nur wenige Zentimeter größer als die Außenmaße der fast 3.000 kg schweren Hubschrauber, ohne Rotorblätter und deren tonnenschweres Eigengewicht wohlgemerkt. Das Verladen als solches ist bereits eine knifflige Angelegenheit, selbst nach Demontage der Hauptrotorblätter. Mithilfe einer Seilwinde und unterstützt von einer großen Verladecrew, geht es über eine Rampe ins Innere des Transporters. Dort wird der Hubschrauber mittels Verzurrketten am Ladeboden gesichert.

Die Aufgabenstellung an die SMJ Sondermaschinebau GmbH lautete, ein Verzurrsystem zur Befestigung der Transportketten am Hubschrauber zu entwickeln und den Hubschrauber mit Hilfe dieser Verzurrsysteme während des Lufttransportes zu sichern. Hierbei sind spezielle 

Verzurrvorrichtungen nötig, welche die auftretenden Lasten in die Hubschrauberstruktur einleiten. Durch umfangreiche Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode und Simulationen konnte die SMJ Sondermaschinenbau GmbH ein Verzurrsystem in Kooperation mit dem Luftfahrzeughersteller entwickeln. „Besonders die Lasteinleitung in die einzelnen Strukturpunkte am Hauptrotorkopf und in den Kabinenboden stellte uns vor eine große Herausforderung“, erinnert sich Marcus Stadler. Bei der Lösung dieser Probleme zeigte sich die ganze Stärke der mit modernster CAD- und Simulationssoftware arbeitenden Designabteilung von SMJ Sondermaschinenbau GmbH.

Neben der sicheren Verzurrung galt es noch, das Problem der Überlastung der Struktur zu vermeiden. Witterungsbedingte Turbulenzen, schnelle Richtungswechsel und die Manöver bei Starts und Landungen führen zu erheblichen Krafteinwirkungen. Da die Senkrechtstarter sehr Gewicht sparend gebaut und entsprechend fragil konstruiert sind, reicht reines Verzurren mit Ketten nicht aus. Die auf den Hubschrauber wirkenden Kräfte, einem Lastvielfache von über 4,6 g, also mehr als dem Vierfachen des Eigengewichts, können zu strukturellen Schäden führen. Um diese Schäden, welche auch sehr schwer im Rahmen einer Inspektion nach dem Lufttransport festzustellen sind, zu vermeiden, sind Lösungen nötig, die die Struktur des Hubschraubers zuverlässig schützen. Damit hier Abhilfe geschaffen werden kann, kommen spezielle Dämpfungssysteme zum Einsatz. In diesem Fall kooperiert SMJ Sondermaschinenbau GmbH mit der ACE Stoßdämpfer GmbH. Dabei hat das Langenfelder Unternehmen Maschinenelemente im Portfolio, die selbst beim Eintreten von harten Landungen oder Notlandungen die entsprechenden Dämpfungseigenschaften, gemäß der vom Luftfahrzeughersteller vorgegebenen Dämpfungskurve, bieten.

Gefunden: Gelungenes Teamwork im Sinne des Endkunden

Wie die SMJ Sondermaschinenbau GmbH ist auch die ACE Stoßdämpfer GmbH dafür bekannt, individuelle Anforderungen seiner Kunden durch maßgeschneiderte Lösungen zu erfüllen. Aus derartigen Partnerschaften sind auch bereits Produktweiterentwicklungen und auch Neuschöpfungen entstanden, wie etwa spezielle Strukturdämpfer für Presswerkzeuge im Bereich Automotive. Das Portfolio der ACE Stoßdämpfer GmbH erstreckt sich bei diesen Konstruktionselementen nicht nur auf reine Stoßdämpfer. In den vier Produktbereichen Dämpfungstechnik, Geschwindigkeitsregulierung, Schwingungstechnik und Sicherheitsprodukte verfügt das weltweit operierende Unternehmen über Erfahrungen, die in unterschiedlichsten Bereichen der Industrietechnik ihresgleichen suchen.

Daneben ist ACE auch noch sehr gut in Sachen externer Firmen- sowie Hochschulweiterbildungen aufgestellt. Ob in Forschungstheorie oder industrieller Praxis, ACE setzt bei den verschiedenen Projekten auf die enge Zusammenarbeit mit den jeweiligen Partnern und auf beidseitigen Wissenstransfer. So auch in diesem Fall, bei dem sich Dipl.-Ing. Dieter Wohlschlegel, der Engineering Manager von ACE, über die spezifischen Anforderungen und erste Eckdaten so äußert: „Für die vorliegende Applikation von SMJ Sondermaschinenbau GmbH ist unsere TUBUS-Produktfamilie prädestiniert. Aus Co-Polyester Elastomer gefertigt, kommen sie sowohl in der Dämpfungstechnik wie auch als Sicherheitsprodukt zum Einsatz und sind gerade auch für das Absorbieren von Massekräften unter extremen Einsatzbedingungen ideal geeignet.“

Rückblickend schildert Dieter Wohlschlegel die Kooperationsschritte: „SMJ, als Spezialist für Lufttransportsysteme, beschäftigte sich im Auftrag des Kunden mit dem Gesamtkonzept zur Luftverladung. Im Rahmen der Entwicklung wurden wir parallel von diesem angesprochen. ACE sollte für das Dämpfungs- und SMJ für das Verzurr- und Gesamtdämpfungssystem zuständig sein. Im Rahmen der Kooperation liefert ACE die speziellen TUBUS an SMJ. Diese integrieren unsere Bauteile in ihr Gesamtdämpfungssystem. Vorteil dieser Vorgehensweise war es, die Schnittstellen zum Kunden zu verringern und mit vereinter Kompetenz Lösungen zu schaffen.“

Für das Festlegen der genauen Strukturdämpfertypen war in der Folge eine exakte Auslegung vonnöten. Im Rahmen derer wurde für die maximalen g-Kräfte von 4,6 und bei knapp 3 t Gewicht des Hubschraubers, ohne Rotoren, eine dazu notwendige Energieabsorption bzw. Kraft-Wegkennlinie ermittelt. Dabei wurde berücksichtigt, dass die Kufen des Hubschraubers bauartbedingt eine bestimmte Durchfederung erlauben und damit im Fall einer harten Landung einen Teil der auftretenden Energie absorbieren können.

Dazu Dieter Wohlschlegel: „Diese Energieabsorption reicht aber nicht aus, um eine Beschädigung des Hubschraubers bei unsanfter Landung oder turbulentem Transport zu verhindern. Kommt beispielsweise eine Last von 10.000 N vertikal auf den Hubschrauber, verformen sich die Kufen um 0,03 m, also um 30 mm, welches wiederum einer bestimmten Energieaufnahme der Kufen entspricht. Je größer die Last wird, umso gravierender die Deformation. Basierend auf diesen Werten, mussten die zwei TUBUS Sicherheitsdämpfer eine spezielle Kraft-Wegkennlinie aufweisen. Dementsprechend hatten die Dämpfer eine bestimmte Bauform anzunehmen, da sie zusätzlich in die Konstruktion des abgebildeten Gesamtdämpfungssystems von SMJ passen sollten. Diesen Anforderungen entsprechend, fertigten wir kundenspezifische Sondermodelle. Weil als Nachweis für die Kennlinie die einzelnen Sicherheitsdämpfer vor der Auslieferung getestet werden mussten, haben wir bei der Entwicklung in Tests mit verschiedenen Beaufschlagungen gearbeitet. Die im Zuge dieses Prozesses extra für diese Anwendung modifizierten TUBUS erlauben nun die zusätzlich geforderte Energieabsorption und verhindern dadurch die Beschädigung der Hubschrauberstruktur bei einer Extremlandung oder sonstigen Erschütterungen während des Fluges.“

Geschafft: Transport ohne Schaden bis zum Einsatzort

Die Struktur- und Sicherheitsdämpfer der TUBUS-Produktfamilien sind bei ACE als Standardprodukte aus dem Katalog in über 140 verschiedenen Ausführungen binnen 24 Stunden lieferbar. Sie sind immer dann eine ideale Alternative für kostspieligere Industriestoßdämpfer, wenn nicht punktgenau verzögert werden muss. Auch in beengten Bauräumen, wie in diesem Anwendungsfall, können sich die TUBUS bewähren. In einem Teil gefertigt, erzielen die hochresistenten Dämpfer den größten Nutzen durch konstanten Energieabbau in Bereichen, in denen andere Materialien wie Polyurethan oder Stahlfedern ausfallen bzw. keine ähnlich hohen Standzeiten von bis zu 1 Mio. Lastwechseln erreichen. TUBUS sind reversibel, preiswert, kompakt und vergleichsweise leicht. Sie absorbieren auftretende Energie je nach Ausführung mit verschiedenen Dämpfungskennlinien. Die für diesen Einsatzfall speziell modifizierten TUBUS der Baureihe TC-S sind ursprünglich extra für den Gebrauch in Krananlagen entwickelt worden und erfüllen die internationalen Industriestandards der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) und der Crane Manufacturers Association of America, Inc. (CMAA). Die TC-S-Modelle zeichnen sich durch das sogenannte Dual-Konzept von zwei in einem einzigen Maschinenelement verbundenen, dämpfenden Strukturkörpern aus, wodurch die geforderte Federrate für Krananlagen erreicht wird. ACE hat extra für den hier geschilderten Fall den Durchmesser angepasst und jeden kundenspezifisch gefertigten TUBUS mit einem extralangen Hub von 146 mm versehen. Die zwei für SMJ Sondermaschinenbau GmbH konstruierten Dämpfer sind in der Gesamtkonstruktion in der Lage, die geforderte Kraft von 124 kN aufzunehmen, ohne dass es zu dauerhaften Verformungen kommt. Sie bieten darüber hinaus genügend Puffer für Notlandungen der Transportflugzeuge.

Dipl.-Ing. Dieter Wohlschlegel, Engineering Manager, ACE Stoßdämpfer GmbH

„Für die vorliegende Applikation von SMJ Sondermaschinenbau GmbH ist unsere TUBUS-Produktfamilie prädestiniert. Aus Co-Polyester Elastomer gefertigt, kommen sie sowohl in der Dämpfungstechnik wie auch als Sicherheitsprodukt zum Einsatz und sind gerade auch für das Absorbieren von Massekräften unter extremen Einsatzbedingungen ideal geeignet.“

Dipl.-Ing. Marcus Stadler, Geschäftsführer, SMJ Sondermaschinenbau GmbH

„Mit der Integration der von ACE konstruierten und gelieferten Dämpfungselemente konnten wir für unseren Kunden ein stimmiges Gesamtkonzept zur Luftverladung realisieren. Neben den Dämpfungssystemen tragen die aufwändigen Verzurrvorrichtungen am Hauptrotorkopf und innerhalb der Passagierkabine zu einem sicheren Lufttransport bei. Schnelle Montage und sicheres Handling konnten in den ersten Luftverladeoperationen den Nutzer vollends überzeugen.“