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Arbeitsgruppe Baugruppen und Fördersysteme
Forschung

Projekte

Die folgende Zusammenstellung enthält eine aktuelle Auswahl erfolgreich abgeschlossener Projekte. Die Tabs am oberen Rand führen zu den jeweiligen Inhalten.

Hochtemperaturkupplung
Herkömmliche drehelastische Klauenkupplung
Abbildung 1: Herkömmliche drehelastische Klauenkupplung
Prototyp der Hochtemperaturkupplung (Baugröße 38)
Abbildung 2: Prototyp der Hochtemperaturkupplung (Baugröße 38)
Dämpfungsprinzip der Hochtemperaturkupplung
Abbildung 3: Dämpfungsprinzip der Hochtemperaturkupplung
Technische Daten51CrV4Inconel
Nennmoment [Nm]800400
Maximalmoment [Nm]1000600
Wechselmoment [Nm]600300
Dauereinsatztemperatur [°C]250600
Verhältnismäßige Dämpfung0,3...1...30,5
Spielfreiheitjaja

Klauenkupplungen sind Maschinenelemente zur Übertragung von Drehmomenten und können drehelastisch oder drehsteif sein. Drehelastische dämpfende Klauenkupplungen sind weit verbreitet, da bei Ihnen die Drehmomentübertragung zwischen An­triebs- und Abtriebsseite über elastische dämpfende Ele­men­te erfolgt. Dieser Umstand ermöglicht die Minderung von Stößen und Schwingungen und den Ausgleich von Wel­len­ver­satz. Die Dämpfungsglieder dieser Kupplungen bestehen meist aus thermoplastischen Elastomeren, wodurch sie lediglich bei Temperaturen bis zu 120°C eingesetzt werden. Bereits ab 40°C verringert sich das übertragbare Drehmoment aufgrund der Ma­te­ri­al­er­weichung. Ganzmetallkupplungen können bei weitaus höheren Temperaturen betrieben werden, haben jedoch den Nach­teil, dass sie keine dämpfenden Eigenschaften aufweisen und auf Grund ihrer Konstruktion Wellenversätze nicht oder nur in sehr geringem Maße tolerieren.

Durch die neu entwickelte Hochtemperaturkupplung können hohe Drehmomente bei extrem hohen Temperaturen über­tra­gen werden. Gleichzeitig sind der Ausgleich von Wellenversatz und die Dämpfung von Schwingungen auf dem Niveau her­kömm­li­cher Klauenkupplungen möglich. Realisiert wird dies durch gebogene Blattfederelemente, welche zwischen den Klau­en angeordnet sind. Beim Einwirken eines Drehmoments kommt es zu einer elastischen Biegeverformung der Feder, wo­durch die Drehelastizität der Kupplung gewährleistet wird. Die Dämpfung wird durch Reibung zwischen den Kontaktflächen in­ner­halb der Feder bzw. zwischen Feder und Klaue erzeugt. Durch die Kontur der Feder entsteht beim Einfedern eine Re­la­tiv­bewegung zwischen den Kontaktflächen, welche die Dis­si­pa­tion von Energie bewirkt.

Für den Prototyp wurden 2 verschiedene Materialien ver­wen­det. Der Tellerfederstahl 51CrV4 gewährleistet sehr hohe Mo­men­te bei geringen Fertigungskosten, wohingegen die Feder aus Inconel 718 eine Maximaltemperatur von 600°C bei gleich­zei­tig sehr gutem Korrosionsschutz ermöglicht. Die zulässigen Wel­len­ver­la­ge­run­gen liegen auf dem Niveau herkömmlicher Ela­sto­mer­kupplungen und müssen je nach Drehmoment und Dreh­zahl an den Anwendungsfall angepasst werden.

ProjektpartnerR+L Hydraulics GmbH
thema Form- und Federntechnologie GmbH & Co. KG
AnsprechpartnerDipl.-Ing.(FH) Markus Ballmann
Gefördert durchBundesministerium für Wirtschaft und Energie
Betreut durchArbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.
  Projektdatenblatt
Magnetschicht
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.

ProjektpartnerNorditec Antriebstechnik GmbH, Zahrensdorf/Kiekut
AnsprechpartnerDipl.-Ing.(FH) Markus Ballmann
Gefördert durchBundesministerium für Wirtschaft und Energie
Betreut durchArbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.
  Projektdatenblatt
Kontrollwaagen
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 / eichfähigja
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).

ProjektpartnerPulsotronic-Anlagentechnik GmbH, Niederdorf
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Andreas Kretschmer, Dipl.-Ing. Niels Dallinger
Gefördert durchBundesministerium für Wirtschaft und Energie
Betreut durchArbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.
  Projektdatenblatt
Automatisiertes Ladungssicherungssystem für Kleintransporter
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
Spannzeitmax. 13 s
Ladevolumen1,2 - 6 m³
Ladehöhe0,6 - 1,6 m auf 1,1 x 3,55 m
Sicherbare Nutzlast< 500 kg
PrototypFür Mercedes-Sprinter
4365 mm Achsenabstand, Hochdach)
Rückholzeitmax. 25 s
Lichte Höhe1,7 m (Laderaummitte)
Gesamtmasse120 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.

Projektpartnercar-management GmbH
F.J.RAMMER GmbH
Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.(STFI)
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Andreas Fink
Gefördert durchBundesministerium für Wirtschaft und Energie
Betreut durchArbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.
  Projektdatenblatt
Hängefördersystem für PET-Flaschen in der Getränkeindustrie
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

ProjektpartnerBeyer Maschinenbau GmbH, Roßwein
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Uwe Böttger
Gefördert durchEuropäische Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Betreut durchSächsische Aufbaubank
  Projektdatenblatt
Plattform für die Verladung von palettenlosen Stückgutstapeln - Speedloader
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.

ProjektpartnerSander Fördertechnik GmbH, Chemnitz
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Andreas Kretschmer
Gefördert durchBundesministerium für Wirtschaft und Energie
Betreut durchArbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.
  Projektdatenblatt