- Titel
- Beitrag zur Entwicklung eines berührungslosen Antriebs für Bandförderer
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-840752
- Übersetzter Titel (EN)
- Contribution to the development of a non-contact drive for belt conveyors
- Datum der Einreichung
- 21.06.2022
- Datum der Verteidigung
- 07.03.2023
- Abstract (DE)
- In der vorliegenden Arbeit wird zur Entwicklung eines Antriebssystems initial der Bandförderer und dessen herkömmlicher Antriebsmechanismus erläutert. Aus dieser Betrachtung leitet sich die Zielstellung ab, ein berührungsloses Antriebssystem für Gurtbandförderer der Intralogistik mit kleinen Umlenkradien umzusetzen. Nach Erläuterung des Stands der Technik wurde das Antriebsprinzip der Linearasynchronmaschine im Sinne einer wirtschaftlichen Herstellung des gesamten Förderers gewählt. Bei der Auslegung des Motorläufers ist zunächst der Werkstoff Kupfer aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften festgelegt worden. Dazu erfolgt eine ausführliche Betrachtung der Werkstoffvarianten. Für die geometrische Dimensionierung des Läufers wird die mechanische Beanspruchung sowie der Einfluss der Dehnrate an den Gurtumlenkungen analysiert. Die notwendigen Biegekennwerte sind für den Vorzugswerkstoff Cu-PHC in einem eigens entwickelten Prüfstand ermittelt worden. Anhand der Ergebnisse lässt sich eine Läuferlebensdauer bei gegebenem Umlenkradius abschätzen. Für die Umsetzung des Antriebssystems ist die geforderte Fördergeschwindigkeit das entscheidende Kriterium. Darauf basierend muss die Dimensionierung des Motorstators erfolgen. Aufgrund der niedrigen umsetzbaren Geschwindigkeit und der wirtschaftlichen Herstellungen sind Zahnspulenwicklungen betrachtet und verschiedene Varianten berechnet worden. In dem Zusammenhang werden Effekte der linearen Maschinen erläutert. Anhand eines Prototyps werden die Berechnungsergebnisse verifiziert und abschließend das Antriebssystem bewertet. Bei niedrigen Fördergeschwindigkeiten lassen sich nur geringe Motorwirkungsgrade erzielen. Abschließend wird, anhand der Erkenntnisse und Betrachtungen, ein Ausblick auf weitere Forschungsaspekte und Ansätze zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des Antriebssystems gegeben.
- Abstract (EN)
- In this work, the belt conveyor and its conventional drive mechanism are initially explained for the development of a drive system. From this consideration, the goal is derived to implement a contactless drive system for belt conveyors in intralogistics with small deflection radii. After explaining the state of the art, the drive principle of the induction motor was chosen in terms of economical production of the entire conveyor. When designing the motor rotor, copper was the first material chosen because of its electrical properties. For this purpose, the material variants are examined in detail. For the geometric dimensioning of the rotor, the mechanical stress and the influence of the strain rate on the belt deflections are analyzed. The necessary bending parameters have been determined for the preferred material Cu-PHC in a specially developed test bench. Based on the results, a rotor life can be estimated at a given deflection radius. The required conveying speed is the decisive criterion for the implementation of the drive system. The dimensioning of the motor stator must be based on this. Due to the low speed that can be implemented and the economical production, concentrated windings have been considered and various variants have been calculated. In this context effects of the linear machines are explained. The calculation results are verified using a prototype and the drive system is then evaluated. At low conveying speeds, only low motor efficiencies can be achieved. Finally, based on the findings and considerations, an outlook on further research aspects and approaches to increasing the performance of the drive system is given.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Bandförderer, berührungsloser Antrieb, Direktantrieb, Linearmotor, Asynchronmotor, Zahnspulenwicklungen, Wirbelströme, eisenlos, Kupfer, Biegezyklen, Dehnrate, Biegelinie
- Freie Schlagwörter (EN)
- belt conveyor, non-contact drive, direct drive, linear motor, asynchronous motor, concentrated windings, eddy currents, ironless, copper, bending cycles, strain rate, bending line
- Klassifikation (DDC)
- 621.46
- 621.8675
- Normschlagwörter (GND)
- Bandförderer, Direktantrieb, Linearmotor, Asynchronmotor, Wirbelstrom, Kupfer, Biegelinie
- GutachterIn
- Prof. Dr.-Ing. Markus Golder
- Prof. Dr.-Ing. Ralf Werner
- BetreuerIn Hochschule / Universität
- Prof. Dr.-Ing. Markus Golder
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Chemnitz, Chemnitz
- Version / Begutachtungsstatus
- publizierte Version / Verlagsversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-840752
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 22.03.2023
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
- Inhaltsverzeichnis
Kurzreferat Abstract Danksagung Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Glossar 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Problemstellung 1.3 Struktur der Arbeit 2 Grundlagen 2.1 Übersicht Fördergüter 2.2 Übersicht Fördermittel 2.2.1 Definitionen 2.2.2 Systematik 2.3 Bandförderer 2.3.1 Einleitung 2.3.2 Aufbau 2.3.3 Fördergurt 2.3.4 Antrieb über Umlenktrommel 2.3.5 Bandführung 2.4 Übersicht Elektromotorische Wirkprinzipien 2.5 Erläuterungen zu elektromotorischen Wirkprinzipien 2.5.1 Magnetischer Kreis 2.5.2 Magnetismus und Oberflächenströme 2.5.3 Lorentzkraft 2.5.4 Reluktanzkraft 2.6 Linearmotoren 3 Stand der Technik 3.1 Berührungslose Antriebe für Bandförderer 3.1.1 Gurte für Linearasynchronmotoren 3.1.2 Synchrone Antriebsvarianten 3.2 Linearmotoren 3.3 Kritik 3.4 Ableitung der konkreten Zielstellung 4 Betrachtung Antriebsprinzipien 4.1 Einleitung 4.2 Bewertung 4.3 Auswahl 5 Bandläufer - Mechanische Betrachtung 5.1 Allgemeine Werkstoffbetrachtung 5.2 Auswahl Kupferwerkstoff 5.2.1 Sorten und Systematik 5.2.2 Allgemeine Eigenschaften 5.2.3 Beimengungen 5.2.4 Sauerstoffgehalt 5.2.5 Kaltumformung 5.2.6 Dehnrate 5.2.7 Dauerschwingfestigkeit 5.2.8 Thermische Betrachtung 5.2.9 Mechanische Versuche 5.2.10 Schlussfolgerung 5.3 Umlenkung 5.3.1 Biegung 5.3.2 Biegelinie zum Auflaufpunkt 5.3.3 Herleitung Berechnung der maximalen Dehnrate 5.4 Dauerversuch 5.4.1 Prüfstand 5.4.2 Durchgeführte Versuche 5.4.3 Ergebnisse 5.5 Bewertung und Schlussfolgerung 6 Bandläufer - Betrachtung von Perforation 6.1 Motivation 6.2 Untersuchte Perforation 6.3 Mechanische Versuche 6.4 Wirbelstromsimulation 6.5 Mechanische Simulation 6.6 Schlussfolgerung 7 Antriebssystem - Umsetzung 7.1 Aufbau und Funktionsweise 7.2 Synchrongeschwindigkeit 7.3 Wicklung 7.3.1 Betrachtung 7.3.2 Auswahl 7.4 Doppelstatoranordnung 7.5 Versetzte Statoranordnung 7.6 Oberwellen 7.7 Randeffekte 7.7.1 Querrandeffekt 7.7.2 Längsrandeffekt 7.8 Schaltungsart 7.9 Versuchsmotor 7.10 Simulationsansatz 7.11 Vorbetrachtung 2D-Simulation 7.11.1 Modell 7.11.2 Wicklung 7.11.3 Luftspaltlänge 7.11.4 Läuferdicke 7.11.5 Randpolbewicklung 7.11.6 Versetzte Statoranordnung 7.11.7 Schaltungsart 7.11.8 Vergleich Zahnspulenwicklung und verteilte Zweischichtwicklung 7.11.9 Zusammenfassung 7.12 Prototyp Gurtbandförderer 7.13 Evaluierung 3D-Simulation 7.13.1 3D-Simulationsmodell 7.13.2 Verifizierung der Simulationsergebnisse 7.14 Bewertung und Schlussfolgerung 8 Zusammenfassung und Ausblick 8.1 Prototyp 8.2 Schlussfolgerung 8.3 Ausblick Anhang A Diagramme, Tabellen, Herleitungen B Datenblätter, Zeichnungen Literaturverzeichnis