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Leibniz Universität Hannover

Institut für Transport- und Automatisierungstechnik

AML Allgemeines Maschinen Labor

Transportband

Dr. Andreas Stock

andreas.stock@ita.uni-hannover.de

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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!

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Versuch 1:

Versuchsbedingungen:

Geschwindigkeit [ ] Fmin [ ] Fmax [ ] Spannung U [ ]

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Versuch 2:

Versuchsbedingungen:

Masse [ ] Fmin [ ] Fmax [ ] Spannung U [ ]