Kupferwerkstoffe im Sekundärteil eines linearen Asynchronmotors – Betrachtung der mechanischen Eigenschaften

In dem Forschungsprojekt wird ein berührungsloses Direktantriebssystem für hochdynamische Bandförderer entwickelt. Die Förderkraft wird nach dem Prinzip der linearen Asynchronmaschine in den Gurt eingeleitet. Zur Umsetzung des Antriebs­prinzips muss der Gurt flächig eine Kupferstruktur, die den Sekundärteil der Asynchron­maschine darstellt, beinhalten. Die Herausforderungen bei der Auslegung dieser Struktur bestehen in der Berücksichtigung der elektrischen Anforderungen zur Umsetzung des Linearmotors einerseits und anderseits in der Berücksichtigung der mechanischen Anforderungen die während des Betriebs des Förderers auftreten. Im weiteren Projektverlauf wird das Antriebssystem um Condition-Monitoring-Funktionalitäten erweitert: Anhand der Statorströme wird die elektrodynamische Rückwirkung der Kupferstruktur im Gurt ausgewertet. Die gewonnenen Daten ermöglichen einen Rückschluss auf den Zustand der Kupferstruktur und gestatten somit eine Beurteilung des Verschleiß­zustandes des Motors und des Gurts. Ferner lässt sich der Bewegungszustand des Bandförderers bestimmen. Aus wirtschaftlichen Gründen soll sich der resultierende Bandförderer mit neu­artigem Antriebssystem durch kleine Umlenkradien, den Verzicht auf zusätzliche Zugträger sowie die Erreichung eines bestmöglichen motorischen Wirkungsgrades auszeichnen. Für diese Forschungsziele ist die Kupferstruktur, welche in den Gurt integriert wird, von herausragender Bedeutung. In diesem Beitrag wird das Ergebnis der Betrachtung der Kupferwerkstoffe dargestellt.

Kunststoffgleitlager mit intelligenter Verschleißüberwachung

Die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und die vorausschauende Wartung (Predicted Maintenance) gelten als Schlüsselinnovationen der Industrie 4.0. Im Zuge dessen arbeiten Forscher der Professur Intelligente Maschinensysteme an der Hochschule Mittweida an einem Kunststoffgleitlager, welches eine integrierte Sensorik besitzt, die dem Anwender die Überwachung von Betriebsdaten ermöglichen soll. Die aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellte Sensorik trägt dazu bei, dass in Echtzeit sowohl eine Aussage zur Lagertemperatur als auch zum Verschleißgrad des Lagers getroffen werden kann. Damit lassen sich Wartungsintervalle besser planen und ein prophylaktischer Austausch von noch gebrauchsfähigen Lagern kann vermieden und damit Kosten gesenkt werden. Dafür sind umfangreiche numerische Untersuchungen zum mechanischen, thermischen und elektrischen Verhalten der Sensorik bzw. des Gleitlagers mit Interaktion der Welle durchgeführt worden. Dies beinhaltet auch eine Auswahl möglicher Werkstoffe. Außerdem ist die Auswerteelektronik (Messwertverstärkung, Datenverarbeitung und Datenübermittlung) entsprechend den Anforderungen der Sensorik entwickelt wurden. In einem weiteren Schritt wurde ein Funktionsmuster des Kunststoffgleitlagers mittels FDM-Drucks hergestellt.

Simulation of the Conveying Speed on Vibration Conveyors Using 1D-Mechanical Modules in SimulationX

Vibration conveyors are technical systems which generate a stream of materials on basis of vibrations. The vibrations lead to continuous change between acceleration forces and friction. In the practical operation high conveying speeds shall be accomplished with a defined use of the driving force. In this article a simulation model in the software SimulationX is introduced which utilities basic mechanical correlations to calculate the conveying speed. With the help of the presented model influences of vibration movement curve on the conveying speed can be portrayed and analyzed.

Analyse von Wirkungsgradverlusten in Kettenfördersystemen

Gerade in der heutigen Zeit, vor dem Hintergrund steigender globaler Erwärmung, rückt die Energieeffizienz elektrisch angetriebener technischer Systeme immer mehr in den Fokus. So auch im intralogistischen Materialtransport. Der Gesamtwirkungs­grad eines Stetigförderers, also das Verhältnis aus aufgewandter elektrischer Leistung und der Transportleistung, ist dabei von der Effizienz seiner zahlreichen Einzelkomponenten abhängig. Bereits durchgeführte Messungen zeigen, dass dabei vor allem dem Antriebs­system große Bedeutung beikommt. Die in Kettenförderern am häufigsten eingesetzten Antriebe sind Drehstrom-Asynchron-Getriebemotoren. Diese weisen in ihrem Nennlast­bereich zwar gute Wirkungsgrade von über 80% auf, werden im Großteil aller Fälle jedoch im unteren Lastbereich betrieben. Die oft viel zu groß ausgelegten Motoren arbeiten somit mit einem erheblich schlechteren Wirkungsgrad, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. Der Beitrag befasst sich aus den genannten Gründen mit der Analyse von Wirkungs­gradverlusten am Beispiel von Kettenförderern und geht im Speziellen auf antriebs­technische Komponenten wie Motor, Frequenzumrichter und Getriebe ein. Das Ziel ist die Einordnung dieser Verluste in den Gesamtwirkungsgrad eines Förderers, der u. a. Reibungs- und Hubanteile enthält. Weiterhin werden Schlussfolgerungen und Empfehlungen zur Verbesserung der Effizienz von Kettenförderern diskutiert.

Entwicklung von Versuchsständen zur natürlichen und künstlichen Bewitterung umlaufender Faserseile

Die Bewitterungsprüfung von Faserseilen hat besondere Relevanz, da derzeit noch keine allumfassenden Erkenntnisse vorliegen, welchen Einfluss UV-Belastung, Temperatur und Feuchte beziehungsweise Regen auf die Lebensdauer von Seilen aus Hochleistungsfasern in Freiluftanwendungen oder in Betriebsbereichen mit erhöhtem Aufkommen von UV-Strahlung beziehungsweise Tageslicht haben. Stand der Technik vor dem Forschungsvorhaben war die Bewitterung von statischen Seilproben. Diese wurden fest eingespannt und während der Bewitterungsdauer nicht bewegt, wodurch diese Bewitterungsversuche die realen Verhältnisse bei der Anwendung von Faserseilen jedoch nicht hinreichend abbilden. So erfolgt bei einer starren Probeneinspannung die Einwirkung von Sonnenstrahlen nur einseitig. Darüber hinaus konnte durch die herkömmlichen Bewitterungsverfahren die Schutzwirkung des Seilmantels unter Gebrauchsbedingungen ebenfalls nicht hinreichend realitätsnah geprüft werden. Der Artikel hat die Problem­stellung und die konstruktive Entwicklung der Gerätetechnik für die natürliche sowie die labor­technische Bewitterung umlaufender Faserseile zum Gegenstand und geht abschließend auf die Ergebnisse erster Bewitterungsversuche ein. Die Technologie sowie die Versuchs­gerätetechnik zur künstlichen Bewitterung von Faserseilen stehen nun ersten Anwendung zur Verfügung. Bei Bedarf besteht die Möglichkeit zur Erhebung von Referenz­parametern durch natürliche Bewitterung.

Praxisnahe, tribologische Untersuchungen an Förderketten mittels Universal-Tribometer

Bei der Entwicklung tribologisch beanspruchter Baugruppen werden zu Beginn Modellversuche mit vereinfachten Probekörpern durchgeführt. Bei geringen Kosten lässt sich damit die Eignung ausgewählter Werkstoffkombinationen (Reibpaarungen) abschätzen. Die ermittelten Reibungs- und Verschleißkennwerte der Modellversuche weichen jedoch oft stark vom tribologischen Verhalten der realen Baugruppe ab. Die Abweichung der Kennwerte ist von den Unterschieden zwischen dem tribologischen System der Modellversuche und dem tribologischen System der realen Baugruppe abhängig. Das heißt, je größer die Unterschiede, desto größer ist auch die Abweichung der Kennwerte. In diesem Zusammenhang sollten tribologische Tests mit den realen Baugruppen durchgeführt werden. Die tribologischen Systeme von Test und Praxis sind dann stimmig. Folglich ist dann auch das Reibungs- und Verschleißverhalten der getesteten Proben auf die reale Anwendung übertragbar. Im Beitrag werden die Unterschiede und Zusammenhänge zwischen Modell­versuchen und Bauteilversuchen am Beispiel einer Multiflex-Gleitkette aus Kunststoff dargestellt und erläutert. Zur Durchführung der Tests diente ein Universal-Tribometer, dessen Funktionalität ebenfalls kurz vorgestellt wird.

Research in Sustainability of Chain Conveyor Systems

Climate Change is a crucial challenge of today. The main reason is increased man-made emissions of climate gases, like CO2, into the atmosphere. In every part of our life, these emissions have to be reduced. Transport of goods, called intra- or extralogistics, is necessary for economic welfare. Intralogistics means the transport of goods in distribution centres or manufacturing spaces, e. g. between machines. For continuous transport processes chain conveyor systems (CCS) are state of the art. The research group “Plastic Components and Tribology” at professorship of Conveying Engineering and Materials Handling focus on impacts of their whole life cycle, from design over use until end-of-life, on the environment. Another focus is the development of Environmental Product Declaration (EPD) for chain conveyor systems. They are useful to promote environmentally-friendly products and to push eco-design activities. But also, activities of circular economy such as recycling of the plastic parts from conveyor chains are examined. The article gives an overview of the goals achieved and the challenges ahead. Some of the achieved results will be presented.

Real-time Measuring and Monitoring of Relevant Parameters in Complex Chain Conveyor Systems

In continuous conveyor systems with circulating traction mechanisms, e.g. chains, the kinematic-dynamic movement behaviour of the traction mechanism is of great importance. Force and vibration analyses can be used to detect overloads and other irregularities in the conveying process. This helps to prevent damage that can lead to a complete failure of the conveyor system. Such analyses are particularly interesting for slide chain conveyors with plastic chains, as these react very sensitively to system overload due to limited thermal and mechanical characteristics as well as often a complex track layout. This article shows how accelerations and tractive forces can be continuously recorded, transmitted and analysed by sensors integrated into the chain links. In addition to the discussion of test results, potential applications of the measuring chain are shown.

Investigating the Lifetime of Fibre Ropes

Steel wire ropes have established as transmission, connection and safety elements in transporters such as cranes and elevators, due to their high breaking strength and operational safety as well as out of many years of experience. However, steel wire ropes have disadvantages such as high dead weight, high bending stiffness and sensitivity to corrosion. Increasing requirements on the energy-efficient and resource-saving operation of technical systems demand new materials, technologies and processes. As a result, textile machine elements like HM-HT fibre ropes (high modulus, high tenacity) come into focus of considerations. The aim of the research is to expand the level of knowledge with regard to the state of wear and aging. Another aim is to find out the influencing factors on the lifetime, discard criteria of high-strength fibre ropes and to derive methods for lifetime detection.

Calculation Approaches for Determining the Sliding Friction Coefficient – Analytical Consideration and FE-Modelling

Microstructures on polymer surfaces are known to reduce friction and thevisibility of scratches. Due to the complex interaction of multiple surface areas in contactwith each other the prediction of coefficient of friction (COF) or wear is difficult and dependson an empirical solution. This article deals with possibilities of calculating the deformingpart of friction via an analytical solution and a FE-model. In a first step the modelling ofsingle contacts is demonstrated. The analytical calculation based on the Hertzian contactequations is extended regarding viscoelastic material parameters. The basic approach ofFE-modelling is explained including calibration of the material model using the softwareMCalibration®. The article introduces the different procedures of simulating and modellingCOF and wear taking into account the area of contact and resulting stress distribution.