Zahnriemen mit elasto-magnetischer Rückenbeschichtung

Abbildung 1: Zahnriemen mit elasto-magnetischer Rückenbeschichtung

Bestandteile elastomergebundener Dauermagnete

Abbildung 2: Bestandteile elastomergebundener Dauermagnete

Elastomergebundene Dauermagnete mit 60 Ma% Magnetanteil nach der Durchführung des Lebensdauerversuchs

Abbildung 3: Elastomergebundene Dauermagnete mit 60 Ma%
Magnetanteil nach der Durchführung des Lebensdauerversuchs

Das bisherige Vorgehen zur Integration von magnetischen Ei­gen­schaf­ten in Zahnriemen mittels quaderförmiger Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB) hat sich technologisch als recht aufwendig erwiesen. Obwohl sich partiell hohe An­ziehungs­kräfte erzielen lassen, führt die zusätzliche Deckschicht der Magnete zu einer erheblichen Minderung der magnetischen Eigenschaften. Des Weiteren werden sowohl durch die um­len­kungs­be­ding­ten Bewegungen der Magnete als auch durch chemische Reaktionen innerhalb der vorgesehenen Ver­tie­fun­gen erhöhte Verschleißerscheinungen hervorgerufen.

Darauslässt sich die Forderung ableiten, die zukünftigen Tran­sport­zahn­rie­men mit einer homogenen, magnetischen Be­schich­tung (vgl. Abbildung 1) auszurüsten. Eine gleich­mäßige Kraftverteilung sowie eine schonende Arbeitsweise zei­gen wesentliche Vorteile auf, die zu einem breiten An­wen­dungs­feld führen.

Für die Herstellung von elasto-magnetischen Mischungen wur­den verschieden hohe Anteile des Magnetpulvers in eine definierte Kautschukmischung mittels Kneter eingemischt und homogen verteilt. Die Masse wurde anschließend vul­ka­ni­siert.

Die technischen Arbeitsparameter zur Mischungsherstellung und zum Pressverfahren wurden mit Hilfe thermoanalytischer und rheologischer Prüfverfahren ermittelt. Für die Be­stim­mung der Füllstofforientierung, -verteilung und -homogenität wurden mikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Mittels theoretischer und experimenteller Untersuchungen wurden Kennwerte zu erreichbaren Magnethaftkräften gewonnen. In statischen Zugversuchen und dynamischen Dauerversuchen wurden die Funktions- und Einsatzfähigkeit der Riemen ge­tes­tet.

Die notwendige Biegeflexibilität des magnetischen Beschichtungsmaterials basiert auf der Verwendung einer Gummimischung, in die das Magnetpulver eingebracht wird.Die wichtigsten Bestandteile dieser sogenannten elastomergebundenen Dau­er­mag­ne­te sind in Abbildung 2 schematisch dargestellt. Die Variation von verschiedenen Bestandteilen bzw. Mischungsverhältnissen diente der gezielten Einstellung elastischer Eigenschaften.

Für den Lebensdauerversuch (vgl. Abbildung 3) wurden die Probekörper mit den Abmessungen 260x110x4 (mm) hergestellt und auf einen Zahnriemen aufgeklebt. Anschließend erfolgte die Aufspannung des Riemens auf zwei Zahnscheiben. Der Ver­suchs­auf­bau ist dem Anwendungsfall entsprechend nachempfunden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde die Zielstellung erreicht. Es ist eine homogene, elasto-magnetische Rücken­be­schichtung mit laufseitig integriertem Eisenrückschluss für Transport-und Antriebsriemen entstanden. Das Material ist bereits in Demonstratorversuchen zum Einsatz gekommen und wurde interessierten Kunden auf der Hannover Messe 2015 vor­ge­stellt.

Wägekurve und Amplitudenspektrum

Abbildung 1: Wägekurve und Amplitudenspektrum

Entwurf des Bandmoduls und Prototyp CW3

Abbildung 2: Entwurf des Bandmoduls und Prototyp CW3

Messsignal

Abbildung 3: Messsignal

Technische Daten
Wägebereich [g]	20 ... 3000
Standardabweichung [g]	0,4
Durchschnittsfehler [g]	0,25
maximaler Fehler [g]	± 0,7
Eichwert [g]	0,5
geeicht / eichfähig	ja
Produktdurchsatz [1/min]	≤ 300
Bandgeschwindigkeit [m/min]	20 ... 90

Aufbauend auf einer systematisch konstruktiven als auch schwingungstechnischen Analyse der aktuellen Kontrollwaage CW2 der Pulsotronic-Anlagentechnik GmbH konnten An­satz­punk­te für eine Erhöhung des Gutdurchsatzes in zahlreichen Versuchen abgeleitet werden (Abbildung1).

Basierend auf diesen Ergebnissen wurden direkt den me­cha­ni­schen Aufbau betreffende konstruktive Lösungen als Dämpfer-und Tilgermodelle labortechnisch untersucht. Für die the­o­re­ti­schen Untersuchungen von Lösungsvarianten wurde ein ein­fa­ches Simulationsmodell entwickelt, dass die Kontrollwaage mit ihren Hauptmodulen abbildet. Anhand dieses Modells konnten ver­schie­de­ne Lösungsansätze the­o­re­tisch abgebildet und ein­zel­ne Parameter für Versuchsaufbauten abgeleitet werden. Mit Hilfe von Modalanalysen konnte der mechanische Aufbau des Band­moduls als auch des Gestells soweit optimiert werden, dass störende Schwingungen außerhalb der nutzbaren Mess­fre­quenz liegen (Abbildung 2). Hauptschwerpunkte waren dabei die Reduzierung der bewegten Massen, Steifigkeitserhöhung, Verbesserung des Systemrundlaufs sowie eine Reduzierung der Übergangsstöße der Bandeinheit.

Um die Schwingungen des Bandmoduls, zusätzlich wirkungsvoll zu reduzieren, wurden mit dem Gestell verbundene Voice Coil Motoren als aktive regelbare Tilger-Dämpfer eingesetzt und un­ter­sucht (Abbildung 3).

Dadurch konnten die noch störenden Schwingungen des Band­moduls gutunabhängig und effektiv reduziert sowie die Band­ge­schwindigkeit in Verbindung mit einem passenden elek­tro­ni­schen Filter signifikant erhöht werden.

Im Ergebnis konnten somit die geforderten technischen Pa­ra­me­ter in allen Bereichen erfüllt werden und bieten zusätzlich Potential für eine weitere Steigerung des Gutdurchsatzes unter Verwendung aktiver elektrodynamischer Stellglieder (Tabelle 1).

Netzprüfstand (STFI), links: knotenlose Netzkonstruktion, rechts: Übergang ein- zu zweifachem Netzmaschenschenkel

Abbildung 1: Netzprüfstand (STFI)

Automatisiertes Ladungssicherungssystem im gespannten Zustand

Abbildung 2: Ladungssicherungssystem

Aufbau des Antirutschsystems

Abbildung 3: Aufbau des Antirutschsystems

Technische Daten
Spannzeit	max. 13 s
Ladevolumen	1,2 - 6 m³
Ladehöhe	0,6 - 1,6 m auf 1,1 x 3,55 m
Sicherbare Nutzlast	< 500 kg
Prototyp	Für Mercedes-Sprinter 4365 mm Achsenabstand, Hochdach)
Rückholzeit	max. 25 s
Lichte Höhe	1,7 m (Laderaummitte)
Gesamtmasse	120 kg

Besonders für Kurier-Express-Paket-Dienste (KEP) mit vielen Haltepunkten sind verfügbare Mittel zur Ladungssicherung, wie z.B. Sicherungsnetze oder Sicherheitsgurte viel zu zeitaufwendig in der Anwendung. Im vorliegenden Artikel wird die Entwicklung eines automatisierten La­dungs­si­che­rungs­sys­tems mit dreidimensionalem vorgeformten Sicherungsnetz vorgestellt. Für die Ladungs­siche­rung wirken zwei Kernkomponenten zusammen. Zum einen ist ein Antirutschsystem integriert, welches die Vorteile einer reibarmen Ober­fläche zum Beladen und die rutschhemmende Wirkung eines haftenden Belags beim Transport ausnutzt. Zum anderen werden unterschiedlich große Transporteinheiten durch ein sich flexibel anpassendes Netz überspannt, welches aus hochfestem Material, mit integrierten Netzverkürzern besteht.

Gleitleisten, welche zwischen Antirutschmatten eingebracht sind, erleichtern aufgrund eines geringen Gleitreibwerts (gegen Karton) von µ=0,23 das Beladen. Das unter den Gleitleisten positionierte Elastomer wird unter dem Druck der Ladung und in Abhängigkeit der Zeit so elastisch verformt, dass die Ladung für den Transport nahezu vollständig auf der Antirutschmatte aufliegt. Ab einem bestimmten Flächendruck steigt der Reibwert zwischen der Ladung und dem Untergrund sprunghaft an. Der Haftreibwert beträgt ca. 0,43 und steigt mit zunehmendem Flächendruck.

Überspannt wird die Ladung mit Hilfe eines vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) entwickelten vorgeformten La­dungs­si­che­rungs­net­zes. Für die Netzkonstruktion, welches mittels der Wirktechnologie als knotenloses Netz ausgebildet ist, wurden hauptsächlich Hoch­lei­stungs­fa­sern verwendet. Es weist in den Randbereichen speziell verstärkte Netz­ma­schen für die Krafteinleitung aus den Einhängepunkten auf. Die Netz­bruch­kraft erreicht 24 kN. Hingegen liegt die Bruchkraft einer einfachen Netz­ma­sche bei 1,47 kN.

Zwei Spanngurte (Pos. 5), entwickelt und hergestellt von der Firma F.J. RAMMER, ziehen das Ladungssicherungsnetz (Pos.1) an den Längsseiten von der Decke herab über das Ladegut in ca. 13 s. Zum Entladen ziehen Zurrsysteme an Rückholseilen (Pos. 4), das Ladungssicherungsnetz in max. 25 s wieder nach oben.

CAD-Modell des Transportprinzips

Abbildung 1: CAD-Modell des Transportprinzips

Führungsprofil für Förderkette

Abbildung 2: Führungsprofil für Förderkette

Pilotanlage, im Vordergrund Segment der 3D-Kette

Abbildung 3: Pilotanlage, im Vordergrund Segment der 3D-Kette

In der Getränkeindustrie und auch in anderen Branchen werden PET-Flaschen verschiedenster Größen und Formen eingesetzt. Im Gegensatz zu Glasflaschen besitzen PET-Flaschen, besonders im leeren Zustand, eine sehr geringe Standfestigkeit. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein Transportprinzip für PET-Flaschen entwickelt, bei dem die Flaschen, nicht wie üblich pneumatisch, sondern über zwei parallel laufende Tran­sport­ket­ten bewegt werden (Abbildung 1).

Weit verbreitet ist der pneumatische Transport der Flaschen, bei dem die Flaschen hängend in einem Kanal durch gezielte Druckluft bewegt werden. Dieses Verfahren ist energieaufwendig und bringt vor allem aus le­bens­mit­tel­hygienischer Sicht einige Nachteile mit sich.

Für den hängenden Transport ist es sinnvoll den so genannten Neck-Ring (wulstartige Verdickung) zu nutzen, der sich fertigungsbedingt an jedem PET-Gefäß am Flaschenhals unterhalb des Verschlusses befindet. Das neue Transportsystem arbeitet mit zwei parallelen Gliederketten aus einem spe­zi­el­len Kunststoff, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen (Abbildung 2). Diese nehmen die Flaschen am Neck-Ring auf und tran­spor­tie­ren sie mittels Reibung. Mit einer Fördergeschwindigkeit von bis zu zwei Metern pro Sekunde kann das System 72.000 Flaschen pro Stunde tran­spor­tie­ren.

Das Institut für Fördertechnik und Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz hat gemeinsam mit der Beyer Maschinenbau GmbH in Roßwein dieses Transportsystem entwickelt. Dabei konnten die Erfahrungen der TU Chemnitz, vor allem im Bereich der Tribologie, bei der Suche nach den op­ti­ma­len Werkstoffpaarungen genutzt werden.

Das System arbeitet schmierungsfrei. Durch entsprechende Modifizierung ist auch eine Stauförderung möglich. Auch Steigungen können überwunden wer­den. In Abbildung 3 ist die Pilotanlage zu sehen. Im Vergleich zu her­kömm­lichen Systemen wird der Energieverbrauch reduziert. Durch den mo­du­la­ren Aufbau ist es möglich, das Förderlayout den jeweiligen Ge­ge­ben­hei­ten beim Kunden anzupassen

CAD-Entwurf des Speedlaoders

Abbildung 1: CAD-Entwurf des Speedlaoders

Slip-Sheet, Quelle: http://www.eltetetpm.com

Abbildung 2: Slip-Sheet, Quelle: http://www.eltetetpm.com

Umsetzung des Speeloaders

Abbildung 3: Umsetzung des Speedloaders

Test des Speeloaders

Abbildung 4: Test des Speeloaders

Die grundlegende Idee des Projektes ist der Wegfall von Transportpaletten und die damit verbundene Einsparung von Totraum und Totmasse. Als Beispiel, bei einer Standard Europalette beträgt die Totmasse rund 25 kg und der Totraum beläuft sich auf 1200x800x140 mm. Die Einsparung würde somit erheblich zu Platzgewinn und reduziertem Transportgewicht beitragen. Da als Demonstrator kein autonomes Gerät entwickelt werden sollte und zudem die Forderung bestand, dass zukünftige Nutzer auf bereits vor­han­de­ne Flurförderzeuge zurückgreifen können, wurde ein Anbaugerät entwickelt, das für elektrische Gabelhubwagen geeignet ist. Es bestand dabei die For­de­rung nach geringer Bauhöhe und Nachrüstbarkeit. Dem entsprechend wur­de der Speedloader entwickelt:

Um eine sichere Aufnahme des Gutes zu gewährleisten ist jedoch ein Pa­let­ten­er­satz nötig. Eingesetzt wird dafür ein sogeanntes Slip-Sheet, Abbildung 2. Dieses kann je nach Zustand wiederverwendet werden. Auf diesem Slip-Sheet wird die Ware abgelegt und nachfolgend gestapelt und eingestrecht.

Abbildung 4 zeigt den Speedloader im Einsatz. Zu sehen ist die ein­ge­strech­te Ware auf dem Slipsheet. Zu Testzwecken wurden Säcke mit Streusalz ver­wen­det. Gesamtgutmasse bei diesem Test betrug 450 kg. Die maximal mög­li­che getestete Gutmasse betrug 500 kg. Durch eine Weiterentwicklung der Plattform ist es möglich auch höhere Lasten aufzunehmen und zu tran­spor­tie­ren.