f+h fördern und heben 10/2017

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FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 02 Vergleich der Zugkräfte im Gurt bei konventionellem Antrieb und Lineardirektantrieb mithilfe der Multiskalenanalyse a) Konventioneller Antrieb Förderrichtung Widerstände durch Stückgutförderung Widerstände durch Antriebskrafteinleitung b) Lineardirektantrieb Förderrichtung Widerstände durch Stückgutförderung Widerstände durch Antriebskrafteinleitung MOTORKONZEPT Als Ergebnis der vorangegangenen Untersuchungen stehen Demonstratoren und die dazugehörigen Messdaten für die Entwicklung des Linearmotors zur Verfügung. Ziel der aktuellen Untersuchungen ist es, einen linearen Hybridschrittmotor zu entwickeln, der einen bidirektionalen Betrieb des Gurtförderers ermöglicht. Im Gegensatz zu den vorherigen Untersuchungen sollen die Läuferelemente an beiden Fördergurtseiten angebracht werden. Dadurch lässt sich eine homogenere Krafteinleitung erzielen, als bei mittig unter dem Fördergurt angebrachten Läuferelementen. Obwohl die realisierbare Kraftdichte des Hybridschrittmotors nicht der einer permanentmagneterregten Synchronmaschine entspricht, bietet der Hybridschrittmotor einen maßgeblichen Freiheitsgrad. Die Läuferelemente des Motors, welche mechanisch mit dem Fördergurt gekoppelt sind, lassen sich aus weichmagnetischem Material fertigen. Der lineare Hybridschrittmotor benötigt weitaus weniger Magnetmaterial als die permanentmagneterregte Synchronmaschine und bildet somit eine wirtschaftlich vertretbare Lösung. Für die elektromagnetischen Berechnungen werden analytische und numerische Methoden verwendet. Eine Herausforderung ist die mögliche Normalkraft, die das acht- bis zwölffache der Antriebskraft annehmen kann. Bei idealer Betrachtung ist der Läufer in einer labilen Gleichgewichtslage, sodass die Summe der Normalkräfte praktisch zu einer Aufhebung führen. In der Anwendung führen allerdings konstruktive Fertigungstoleranzen sowie unterschiedliche Reibungsaspekte zu einer Abweichung des beschriebenen Idealfalls. Um einen direkten Kontakt zwischen Stator und Läufer zu vermeiden, ist eine Führung des Läufers erforderlich. Zu diesem Zweck ist eine mechanische Begrenzung vorgesehen, die gemeinsam mit dem Motor und dem Läufer eine Antriebseinheit formt. Durch Reduktion der Fertigungstoleranzen ist zudem mit einer signifikanten Verringerung der Reibkräfte gegenüber den vorherigen Demonstratoren zu rechnen. Die auf ein Läuferelement wirkenden Kräfte bei labiler Gleichgewichtslage zeigt Bild 03. AUFBAU EINES PRAXISNAHEN DEMONSTRATORS Das Hauptaugenmerk der gegenwärtigen Untersuchungen liegt in der Integration des Motors in das Antriebssystem, ohne dass die Normalkräfte ein kritisches Maß erreichen, bei der die Antriebskraft vollständig durch Reibungsverluste kompensiert wird. Einem möglichen seriennahen Einsatz stehen die bislang großen Umlenktrommeldurchmesser der bisherigen Demonstratoren im Weg, die aus der Anbringung der Läuferelemente mittig an der Laufseite des Gurts resultieren. Diese sollen durch konstruktive Gestaltung im Transferprojekt verringert werden, welches mithilfe der bereits erwähnten Anbringung der Läuferelemente an den Fördergurträndern geschehen soll. Eine signifikante Anpassung des Motoraufbaus wird dadurch erforderlich. Aufgrund der veränderten Gestaltung der Läuferelemente lassen sich weitere Bereiche entlang des Fördergurts für den Krafteintrag nutzen. Zudem wirkt sich die Änderung der Lage der Läuferelemente in die Horizontale positiv auf die dynamischen Eigenschaften des Systems aus. Bild 04 zeigt konzeptionell die Ausprägung des zu entwickelnden Demonstrators. Aufgrund der Unterbringung des Motors in der seitlichen Verkleidung ist kein zusätzlicher Bauraum für die Antriebseinheit erforderlich, sodass eine Platz sparende Ausführung ermöglicht wird. Der Einsatzbereich von Lineardirektantrieben für Gurtförderer begrenzt sich in der Praxis bislang auf spezielle Aufgaben. Ein möglicher Anwendungsbereich ist der Einsatz als Beschleunigungsband, welches sich zum Aufstauen und Auseinanderziehen von 58 f+h 2017/10 www.foerdern-und-heben.de
03 Auf ein Läuferelement wirkende Kräfte innerhalb der labilen Lage (l.) und außerhalb der labilen Lage (r.) Punktlandung in Präzision und Qualität Stator Stator Läuferelement Läuferelement Sondergetriebe GSC Schwörer GmbH Antriebstechnik Oberbränder Straße 70 79871 Eisenbach www.gsc-schwoerer.de Stückgütern innerhalb der Produktion oder des Versands einsetzen lässt. Bei den bisherigen Lösungen führt die seitliche Führung aufgrund des ungünstigen Formfaktors der Beschleunigungsbänder zu einer reduzierten Lebensdauer. Durch die integrierte Führung der seitlich liegenden Motoren, ergibt sich das Potenzial höhere Lebensdauern sowie einen geringeren Wartungsaufwand zu erreichen. So lassen sich kostenintensive Stillstandzeiten für Instandsetzungstätigkeiten minimieren. Die anvisierten Ziele werden in enger Zusammenarbeit der Institute mit der Industrie untersucht, bei welcher ein Demonstrator entsteht, der in praxisnahen Testszenarien evaluiert werden soll. Foto/Grafiken: Transnorm, ITA, IAL 04 Konzeptionelle Ausprägung des zu entwickelnden Demonstrators Seitliche Verkleidung Laufrichtung Textilgurtabschnitt mit Läuferelementen GSC.indd 1 24.03.2017 09:32:36 Motorsegment www.ita.uni-hannover.de Das passende Regal für jede Anwendung LagerTechnik Hahn & Groh GmbH Werner-Forßmann-Str. 40 · 21423 Winsen Tel.: 04171/69068-0 · Fax: 04171/69068-8 info@lagertechnik-hamburg.de www.lagertechnik-hamburg.de Hahn+Groh.indd 1 25.01.2017 12:00:35 www.foerdern-und-heben.de f+h 2017/10 59
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