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Kunststoffketten

Förderketten aus Kunststoff

Für den Transport von Stückgütern werden zunehmend Stetigförderer mit zum Teil raumbeweglichen Kunststoffketten, insbesondere Gleitketten (Scharnierband- und Multiflexketten) und Mattenketten (Modulbänder), eingesetzt.

GleitketteMattenkette

Die Kunststoffteile der Ketten lassen sich im Spritzgussverfahren in großen Stückzahlen und komplexen Geometrien effizient fertigen und zeichnen sich (gegenüber Stahl) u. a. durch geringe Dichte, gutes Geräuschdämpfungsvermögen und hohe Korrosions-/ Medienbeständigkeit aus. Kunststoffe sind vielfältig verfügbar und lassen sich hinsichtlich der für die Ketten bzw. die Anwendungen interessanten Eigenschaften gut modifizieren. Sie besitzen zum Teil hervorragende Gleiteigenschaften, sodass derartige Fördersysteme in der Regel nicht geschmiert werden müssen, was für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen von hoher Bedeutung ist.

Materialbedingt weisen die Kunststoffketten insbesondere hinsichtlich der zulässigen Zugkraft (Festigkeit/Dauerfestigkeit), der Steifigkeit (relativ hohe Dehnung) und der Temperaturbeständigkeit oft Defizite auf. Dadurch müssen z. B. lange Förderstrecken häufig mehrfach geteilt werden, was zusätzliche Antriebe sowie konstruktiv aufwendige und fördertechnisch nachteilige übergabestellen erfordert.

Als Werkstoffe für Ketten, Gleitschienen und Zusatzelemente kommen thermoplastische Kunststoffe, z. B. POM, PA, PE oder PP, in für verschiedene Einsatz- und Belastungsfälle unterschiedlichen Modifikationen zum Einsatz.

Gleitketten

Gleitkettenförderer sind meist einsträngige Transportsysteme für relativ leichte Stückgüter (bis ca. 20 kg) und mittlere Geschwindigkeiten (bis ca. 1 m/s). Das Führungssystem ist meist modular aufgebaut, sodass auch sehr komplexe Förderstrecken relativ einfach aus Geraden, horizontalen und vertikalen Umlenkungen, Antriebs- und Umlenkmodulen sowie Gestell- und Führungselementen projektiert und aufgebaut werden können.

Scharnierbandketten
Stahl oder Kunststoff (POM, PBT, PA)		Multiflexketten
Kunststoff
BolzenverbindungBolzenverbindung mit SpielKardanisches Gelenk
(Pin-Bolzen-Verbindung)
GeradgängigKurvengängig

Bei Gleitketten unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten. Die einteiligen Kettenelemente der Scharnierbandketten werden mit einem Stahlbolzen gelenkig verbunden. Durch die Größe des Gelenkspiels kann dabei eine horizontale Kurvengängigkeit mit minimalem Radius von ca. 500 mm erreicht werden. Scharnierbandketten werden neben Kunststoffen auch aus Edelstahl hergestellt. Multiflexketten (auch 3D-Gleitketten) besitzen mit dem sogenannten Pin ein zusätzliches Horizontalgelenk, welches minimale Umlenkradien von ca. 150 mm sowie höhere Kettenzugkräfte ermöglicht.

Gleitkettenförderer werden sehr vielfältig angewendet. Der schmierungsfreie Betrieb ermöglicht z. B. den Einsatz in der Lebensmittel-, Verpackungs-, Elektronik- und Pharmaindustrie, die Widerstandsfähigkeit gegen verschiedenste Chemikalien sowie die hohe Verschleißfestigkeit lässt jedoch auch Anwendungen in Verkettungseinrichtungen der spanenden Fertigung oder Montagestraßen zu.

Mattenketten

Mattenketten bestehen aus Kunststoffmodulen, die durch Stahl- oder Kunststoffstäbe gelenkig miteinander verbunden werden. Die Module lassen sich meist auch nebeneinander anordnen, sodass dadurch in Abstufungen verschiedenen Breiten bis ca. 4…5 m gefertigt werden können. Das Material und die Ausführung derartiger Ketten sind an die teilweise sehr unterschiedlichen Anforderungen der Anwender angepasst und somit äußerst vielfältig. So gibt es in verschiedenen Baugrößen gerad- und kurvengängige Mattenketten mit geschlossener, halboffener oder ggf. strukturierter Oberfläche. Mattenketten sind oftmals nicht nur Zug- und Tragmittel, sondern gestatten auch die Durchführung von Verarbeitungsprozessen, z. B. Trocknen, Waschen usw., während des Transports. Die Anwendungsgebiete reichen von der Lebensmitteindustrie mit Gütern relativ geringer Masse über Papierverarbeitung, Verteilzentren, Gepäcktransport usw. bis hin zu Schwerlastanwendungen im Maschinen- und Fahrzeugbau.

Mattenketten können auf geraden Förderstrecken sehr hohe Zugkräfte übertragen. Die Hauptprobleme treten in horizontalen Kurven auf, in denen die radial gerichteten Stützkräfte zu hohen Reibungsverlusten führen. Zusätzlich werden die Kettenzugkräfte konstruktionsbedingt nur im äußeren Randbereich der Kette übertragen, was die Gestaltungsmöglichkeiten solcher Anlagen sehr stark einschränkt und oftmals zu hohem Verschleiß oder gar Kettenbruch führt.

Forschungsschwerpunkte

Die Professur Fördertechnik arbeitet seit vielen Jahren sehr eng mit verschiedenen Ketten- und Systemherstellern sowie Kunststoffherstellern und -verarbeitern zusammen. Schwerpunkte sind die gemeinsame Entwicklung von neuen Kunststoff-Förderketten bzw. kompletten Förderanlagen. Das Spektrum reicht dabei von der konstruktiven Entwicklung der Ketten und des Systems, über Materialauswahl, Fertigung und mechanische bzw. tribologische Untersuchungen bis hin zur Erstellung von Dimensionierungsgrundlagen für das Gesamtsystem. Die wesentliche Zielstellung ist dabei die Effizienzsteigerung des Förderprozesses, d. h. die Leistung und Flexibilität der Förderanlage wird erhöht und die benötigte Antriebsenergie verringert. Die Schwerpunkte der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Kunststoffketten sind:

  • Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Ketten, insbesondere Dauerfestigkeit und Steifigkeit, durch konstruktive Gestaltung, Werkstoffe und Herstellungsverfahren
  • Minimierung von Reibung und Verschleiß der relevanten Gleitpaarungen, insbesondere zwischen Kette und Führungsschiene zur Reduktion von Kettenzugkraft und Antriebsleistung (siehe auch Forschungsschwerpunkte Tribologie)
  • Ersetzen der Gleitreibung durch Rollreibung (siehe auch Projekt „Rollende Fördertechnik”)
  • Grundlagenuntersuchungen zum Kraft- und Bewegungsverhalten der Ketten (Kräfte im Kettenglied bzw. im System, Schwingungs- und Geräuschanalysen usw.)
  • Werkstoffe und konstruktive Anforderungen für Sonderanwendungen, z. B. Lebensmittel, Chemikalien, elektrostatische Aufladung usw.
  • Entwicklung von Testmethoden zur Ermittlung der Dimensionierungskennwerte
  • Erstellung von Berechnungs- und Dimensionierungsgrundlagen für Ketten und Gesamtsystem