eniPROD LF3

Zielstellung

Die Arbeitsgruppe Z+T arbeitet im Rahmen des Spitzentechnologieclusters "Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovation in der Produktionstechnik (eniPROD)" vorrangig im Handlungsfeld "Prozesse und Anlagen energieeffizienter Logistik- und Fabriksysteme" unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Klaus Nendel an neuen Wirkprinzipien und Bauweisen für eine energieeffiziente technische Logistik (LF3).

Im Vordergrund stehen dabei zum einen mechanisch und tribologisch optimierte, hochleistungsfähige Transportketten, die mit optimalem Materialeinsatz und einer spürbaren Senkung der benötigten Antriebsleistung zur Energieeinsparung beitragen. Zum anderen werden Möglichkeiten zur Massereduzierung von Zug- und Tragmitteln insbesondere bei der Vertikalförderung untersucht. Dabei werden auch neue Wege zur Übertragung der benötigten Antriebsenergie zum Lastaufnahmemittel über einen stromführenden Zahnriemen beschritten.

Die Bearbeitung erfolgt in 4 Arbeitsgruppen mit zunächst weitgehend autarken Zielstellungen, welche in den kommenden Projektabschnitten zu den 2 Funktionsdemonstratoren "Horizontales Verkettungssystem" sowie "Massereduziertes Lagerbestückungssystem" zusammengefasst werden sollen.

Arbeitsrichtungen "Horizontales Verkettungssystem" (oben) sowie "Massereduziertes Lagerbestückungssystem" (unten)

Teilprojekt Endlosfaser-Verstärkung von Zugmitteln

Raumbewegliche Transportketten aus Kunststoff werden zunehmend in allen Industriezweigen eingesetzt, wobei besonders der schmiermittelfreie und wartungsarme Betrieb, das geringe Eigengewicht sowie die effiziente Fertigung im Spritzgießverfahren geschätzt werden. Die mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe erfordern jedoch oft noch den Einsatz schwerer, geschmierter Stahlketten, wodurch sich die Projektzielstellung einer hochfesten und steifen Kunststoffkette mit hervorragenden tribologischen Eigenschaften ableitet.

Als Lösungsansatz wurde der Einsatz textiler, in das Kettenglied integrierter Verstärkungsstrukturen verfolgt. Aus den unter Temperatureinfluss auf einen Kern aufgewickelten Hybridrovings oder Tapes aus endlosen Glasfasern und thermoplastischem Werkstoff entstanden formstabile Einleger, die in einem weiteren Verfahrensschritt zunächst zu einer einfachen Kettenlasche mit Kunststoff umspritzt wurden. Besondere Herausforderungen stellten dabei die exakte Positionierung des Einlegers im Werkzeug sowie sichere Verbindung von Einleger und Kunststoffmatrix im Spritzgießprozess dar.

An den Laschen konnte für verschiedene kettenrelevante Kunststoffe der Nachweis einer signifikanten Steigerung von Festigkeit und Steifigkeit erbracht werden. Die Ergebnisse der theoretischen und experimentellen Untersuchungen bildeten die Grundlage für die konstruktive Entwicklung einer Hochleistungs-Förderkette, die sich zum gegenwärtigen Zeitpunkt im Bau befindet.

Teilprojekt Beschichtung von Kunststoffbauteilen

Einen wesentlichen Beitrag zum energieeffizienten Betrieb von Förderanlagen kann die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften dieser Systeme leisten. Durch die Senkung der Reibungsverluste wird weniger Antriebsenergie benötigt und die Verringerung des Verschleißes verlängert die Lebensdauer bzw. die Wartungsintervalle der Anlagen.

Mit den bisherigen Arbeiten ist es gelungen, amorphe Kohlenstoff- sowie Kohlenstoff-Stickstoff-Schichten im Magnetron-Sputter-Verfahren mit hervorragender Haftung auf kettentypische, polymere Werkstoffe aufzubringen, wobei es sich um Einzelschichten oder um ganze Schichtsysteme, sog. Multilayer, handeln kann. Diese Beschichtungen zeigen sehr gute Gleiteigenschaften und eine extrem hohe Verschleißfestigkeit gegenüber handelsüblichen Kunststoffgleitschienen. Ziel ist es, die bisher anhand geometrisch einfacher Kunststoffproben gewonnenen Erkenntnisse zu den Werkstoffen und Verfahrensparametern in den kommenden Arbeitsschritten auf tribologisch relevante Bereiche des Bauteils Transportkette zu übertragen.

Teilprojekt Massereduziertes Lagerbestückungssystem

Nach dem Stand der Technik haben Lastaufnahmemittel (LAM) für vollautomatische Regalbediengeräte in Hochregallagern ein sehr hohes Eigengewicht, welches bis zu dreimal höher als die zu transportierende Nutzlast ist. Diese Masse wird bei jedem Hubvorgang mit bewegt und führt damit zu unnötig hohem Energieverbrauch. Der wichtigste Forschungsansatz war deshalb die Reduktion der Eigenmasse durch den Einsatz kohlefaserverstärkter Werkstoffe für die wichtigsten tragenden Bauteile. Eine Reduktion der Reibung durch neue Lagerbaugruppen spart zudem Antriebsenergie und erlaubt die Verwendung kleinerer und leichterer Motoren.

Im Teilprojekt wurde ein um 40% leichteres LAM entwickelt. Gestell und Teleskoptische besteht aus Aluminiumprofilen, welche teilweise mit Faserverbundbauteilen verstärkt sind. Die Verwendung von rollreibungsbasierten Stützeinheiten senkt den Bewegungswiderstand beim Ein- und Auslagern von Behältern und ermöglicht damit u. a. den Einsatz kleinerer und leichterer Antriebsmotoren.

Teilprojekt Stromübertragender Zahnriemen

Das Gesamtkonzept des energieeffizienten Lastaufnahmemittels sieht vor, die für den Betrieb des Lastaufnahmemittels benötigte elektrische Energie berührungslos über spezielle, mit Leiterschleifen ausgestatteten Hubzahnriemen zu übertragen, über die das LAM vertikal verfahren wird. Damit können schwere Schleppleitungen entfallen, die bei jedem Zyklus mit bewegt werden müssten.

Damit die Zahnriemen neben mechanischen Kräften auch elektrische Energie übertragen können, müssen elektrisch leitfähige und mechanisch stabile Drähte in den Riemen integriert werden. Die Stromeinleitung in den Riemen erfolgt induktiv, wobei durch die Entwicklung innovativer Schaltkreise Wirkungsgrade von über 90% erreicht werden. Um den relativ hohen Betriebs- und Spitzenstrom für den Antriebsmotor während der Arbeitsspiele bereitstellen zu können, wird die übertragene Energie in einem leichten Speicherkondensator zwischengespeichert. Dieser Baustein wird auch zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Teleskopantriebs als wichtiger Bestandteil des energiesparenden Antriebskonzeptes verwendet.

Derzeit wird daran gearbeitet, die mechanischen und elektrischen Aspekte des energieeffizienten LAM gemeinsam zu untersuchen und zu optimieren und den Funktionsnachweis mit dem Bau eines Demonstrators zu erbringen.

Projekt

Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik "eniPROD"

Projektpartner

	TU Chemnitz, Professur Physik fester Körper
	TU Chemnitz, Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung
	Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Chemnitz
	Norditec Antriebstechnik GmbH, Zahrensdorf

Förderung

"Dieses Projekt wird gefördert von der Europäischen Union aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) sowie aus Landesmitteln des Freistaates Sachsen."

Bearbeiter der Professur Fördertechnik