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Leibniz Universität Hannover
Institut für Transport- und Automatisierungstechnik
AML Allgemeines Maschinen Labor
Transportband
Dr. Andreas Stock
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1. Einleitung
Gurtförderer sind Stetigförderer, die einen stetigen Materialfluss zwischen Auf- und
Abgabestelle ermöglichen. Das primäre Trag- und Zugorgan solch eines
Gurtförderers ist der Fördergurt (auch Transportband genannt), welcher nicht nur den
speziellen Transportanforderungen genügen muss sondern zudem auch hohen
dynamischen Belastungen ausgesetzt ist. Ein Fördergurt ist eine Verbund-
konstruktion aus Elastomeren (Gummi, PVC, PU, ...) und Zugträgern (Stahlseile oder
hochfeste Gewebe, vielfach Polyester) [KOS84]. Am ITA finden hierzu
Untersuchungen zum Eindrückrollwiderstand und der Schlitzfestigkeit von
Fördergurten, zum Tragrollen-Laufwiderstand und anderer Parameter von
Gurtförderern statt.
Es werden jedoch nicht nur Schütt-, sondern auch Stückgüter auf Fördergurten
transportiert. Auch dieser Aufgabenbereich ist sehr vielfältig und reicht vom
Kassenband im Supermarkt bis hin zur Sortieranlage von Postsendungen in großen
Versandhäusern. Bei bis zu 120.000 Sendungen pro Tag (Versandhandel) spielt hier
natürlich die Automatisierung dieser Sortiervorgänge eine wichtige Rolle.
2. Grundlagen
2.1. Gurtförderer
Gurtförderer finden Verwendung in diversen Bereichen in denen Güter im stetigen
Materialfluss bewegt werden müssen. Große Anlagen findet man in den
Tagebaubetrieben und die kleinsten finden ihren Einsatz als Band an der
Registrierkasse im Supermarkt.
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Bild 1: Prinzipieller Aufbau eines Gurtförderers für Schüttgüter: 1 Gutaufgabe, 2
oberes Gurttrum, 3 Gutabgabe, 4 Antriebstrommel, 5 Ablenktrommel, 6 unteres
Gurttrum, 7 Tragrollen, 8 Ablenktrommel, 9 Umlenktrommel, 10 Spanngewicht
[DUB12]
Grundsätzlich funktionieren alle Gurtförderer nach dem gleichen Prinzip. Ein endlos,
umlaufender Fördergurt wird mit Hilfe einer Antriebstrommel reibschlüssig
angetrieben, über eine Umlenkrolle zurückgeführt und, je nach Länge des Förderers
und Beschaffenheit des Fördergutes, über ein Tragorgan stützend geführt. Bei
Schüttgütern werden als Tragorgan Tragrollen (Bild 1) eingesetzt und bei der
Stückgutförderung werden Gleittische (Bild 2) verwendet.
Bild 2: Gurtförder mit Abtragung über einen Gleittisch (Siegling / Forbo)
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2.2. Bewegungswiderstände
Bei Gurtfördereren treten bei der stetigen Transportbewegung im Allgemeinen
folgende Bewegungswiderstände im stationären Betrieb [DIN22101] auf:
Hauptwiderstand FH:
• Laufwiderstand der Tragrolle
• Walkwiderstände von Gurt und Fördergut
• Reibung zwischen Gurt und Abtragung
Dieser ergibt sich im einfachsten Fall aus dem Gewicht (m g) und einem
fiktiven Reibfaktor f bzw. bei Leichttransportbändern ist dies der
Gleitreibungskoeffizient µ.
Nebenwiderstand FN:
• Trägheits- und Reibungswiderstand
• Gurt-Umlenkwiderstand
Letzterer hängt von den Zentripedalkräften ab und ist somit
geschwindigkeitsabhängig.
Sonderwiderstand FS:
• Sturzwiderstand (schräg aufgestellte Tragrolle)
• Materialführungsleisten
• Gurtreiniger
Sofern diese Einrichtungen angebracht sind.
Steigungswiderstand FSt :
• bei Gurtanlagen mit Steigung
So dass sich für die Umfangskraft (1) ergibt:
FU= FH+ FN+FS ±FSt (1)
Bei der Abtragung über Gleittische ist die wesentliche Widerstandskomponente
bestimmt durch die Reibung zwischen Gleittisch und Laufseite des Fördergurtes.
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Für die Gleitreibung zwischen Festkörpern gilt die Coulomb-Reibung (2), d.h. die
Reibkraft ist proportional zur Gewichtskraft:
FReib = µ m g (2)
Zur Bestimmung von µ gibt es verschiedene Messmethoden. Eine der einfachsten
ist, dass der Gleitreibungswinkel mit Hilfe einer Schiefen-Ebene und einem
Winkelmessgerät bestimmt wird.
2.3. Gurtförderer:
Im Versuch wird ein gerader Gurtförderer verwendet (Bild 3), wie er in diversen
Anwendungen zu finden ist. Die Versuchsanlage ist so modifiziert, dass die
Umfangskraft messbar ist. Zudem besteht die Möglichkeit die Gleittischebene schräg
zu stellen (5°; 10°; 15°), um den Einfluss von Steigungen zu untersuchen. Ferner
besteht die Möglichkeit eine Umlenkrolle zu bremsen, um den Einfluss sogenannter
„Messerkanten“ zu vermessen.
Bild 3: Prinzipieller Aufbau des Gurtförderers mit den auftretenden Kräften.
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Die Vorspannkraft wird über eine Feder realisiert, die die Antriebseinheit gegen den
Förderer und den Fördergurt vorspannt:
FF = R (l0 – l) (Federkraft = Vorspannkraft) (3)
Für die Gurtzugkräfte (4) gilt (sofern keine Sonderwiderstände vorhanden sind):
Fu = FH + FN + FSt (4)
Für den Falle einer Rolle (hier eine Umlenkrolle), die gebremst oder angetrieben
wird, gilt:
Fnacher = Fvorher eµ
2 (Eytelwein) mit = Umschlingungswinkel (5)
Hierbei müssen die Bewegungswiderstände vor bzw. hinter dieser Rolle betrachtet
werden. Welche Vereinfachungen können getroffen werden?
Bei ebener Anordnung ist die Coulomb-Reibung der wesentliche Bewegungs-
widerstand neben dem Nebenwiderstand:
FU = µ (mGurt + mLast) g + FN (6)
Bei Steigungen mit Steigungswinkel β gilt dann:
FU = µ (mGurt + mLast) g cos(β) + FN + mLast g sin(β) (7)
Für die Umfangskraft gilt immer:
FU = FT1 – FT2 (8)
Da die Umfangskraft FU nicht direkt gemessen werden kann, wird über einen
Hebelarm der Motor abgestützt und die Kraft FMess der Motorstütze (lMessarm)
gemessen und entsprechend des Hebelgesetzes (9) berechnet:
FMess lMessarm = FU rTrommel (9)
Die Masse des Fördergurts kann aus dem Flächengewicht und der zu bestimmenden
Kontaktfläche zwischen Fördergurt und Gleittisch bestimmt werden:
mGurt = m“ A m“ : Flächengewicht (10)
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Gegebene Werte:
R = 11,34 N/mm
l0 = 61 mm
m“ = 2,5 kg/m² [FOR13]
lMessarm = 160 mm
rTrommel = 65 mm
P[W] = 346 U[V] Umrechnungsfaktor für das Leistungsmessgerät
Die mechanische Leistung (P) eines Förderers ergibt sich aus dem Produkt von
Umfangskraft (FU) und Geschwindigkeit (v):
P = FU v (11)
3. Durchführung des Versuchs
Aufnahme diverser Messdaten:
Messung der Umfangskraft mittels Momentenstütze und Kraftmessdose
(DMS) mit Hilfe eines Trägerfrequenz-Messverstärkers.
Ebenfalls ist die verwendete Stückgut-Masse zu bestimmen.
Bestimmung der Fördergeschwindigkeit
Messung der elektrischen Eingangsleistung
Evtl. Bestimmung der Neigung des Förderers
Evtl. Bestimmung der Federlänge und der Fläche des Transportbandes.
Eine 3D-Zeichnung des Förderers ist in Bild 4 dargestellt:
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Bild 4: Gurtförderer für den AML-Versuch
Versuch 1: Förderer ohne Stückgut.
Versuch 2: Förderer mit Stückgut.
Variation von Stückgutmasse und / oder Fördergeschwindigkeit und / oder Steigung
und / oder bremsen einer Umlenkrolle.
4. Berechnungen / Protokoll
Bestimmen sie für alle Teilversuche die abzuleitenden physikalischen Werte, wie z.B.
Reibkoeffizienten µ, den Nebenwiderstand als Funktion der Geschwindigkeit (Bild 5),
den Hauptwiderstand, die Leistung. Ähnliche Größen können auch bei beladenem
Transportband, bei einer eingestellten Steigung oder einer gebremsten Rolle
bestimmt werden. Bestimmen Sie die Abweichungen und Fehler in den
Messergebnissen qualitativ und quantitativ! Welche Faktoren beeinflussen die
Ergebnisse? Welche weiteren Fehler sind noch zu berücksichtigen? In welcher
Größenordnung treten diese auf?
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Bild 5: Nebenwiderstand als Funktion der Geschwindigkeit
Es ist ein Protokoll anzufertigen mit: Versuchsaufbau, Durchführung, Beobachtung
und einer ausführlichen Deutung, in der Sie Ihre Versuchsergebnisse im Kontext
einordnen.
Bitte beachten Sie für das Protokoll:
Bilder, Grafiken, Tabellen haben eine Bezeichnung mit Nummer und eine
Unterschrift, aus der hervorgeht was dargestellt wird. Diese werden auch alle
im Text zitiert.
Grafiken sollen einen Sachzusammenhang darstellen bzw. verdeutlichen.
Ebenso sind Quellen richtig zu zitieren und in einem Literaturverzeichnis
anzugeben.
Texte sollten in einer Zeitform und einer Person geschrieben werden – bei
Sachtexten möglichst neutral.
Das Protokoll soll die Ergebnisse zusammenfassen und keine Erlebnisse.
Da es keinen „Standardversuch“ gibt, müssen Sie Ihren Versuch hier beschreiben.
Das fertige Protokoll schicken Sie bitte an die obige E-Mail-Adresse im PDF-Format,
spätestens eine Woche nach Ihrem Versuch. 1 – 3 Tage nach Protokollabgabe findet
das Nachtestat statt. Termin wird im Antestat vereinbart.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
Ne
be
nw
ide
rsta
nd
[N
]
v[m/s]
Nebenwiderstand
FN[N]
Linear (FN[N])
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5. Literatur zur Vertiefung / Vorbereitung
[DIN22101] DIN 22101 Stetigförderer - Gurtförderer für Schüttgüter - Grundlagen für
die Berechnung und Auslegung; Beuth; 2011.
[DUB12] Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau, Kapitel Fördertechnik;
Springer 2012.
[KOS84] Koster, K.: Leichttransportbandtechnik; Vulkan-Verlag Essen; 1984.
[FOR13] Forbo Siegling: Empfehlungen zur Anlagenkonstruktion (PDF auf der
Homepage) 2013.
6. Messdaten: Kontaktfläche des Transportbandes: ______________________________________
Reibwinkel: _________________________________________
Bei Bedarf:
Federlänge: ___________________
Tabelle mit den Messwerten anfertigen!
Versuchsbedingungen notieren!