Entwurf und Aufbau eines direkt angetriebenen Förderbandes

Abb. 1: CAD-Modell des Motors

In der Intralogistik werden Förderbänder eingesetzt, um Stückgüter innerhalb eines Gebäudes oder eines Geländes zu verteilen oder zu sortieren. Derartige Förderbänder sind üblicherweise mit zwei Umlenktrommeln ausgerüstet, wobei mindestens eine dieser Trommeln für den Antrieb des Förderbandes verwendet wird. Ein seitlich angebrachter Getriebemotor sorgt dabei für die gewünschte Vorschubkraft.

Damit jedoch mittels Haftreibung zwischen Band und Antriebstrommel eine Kraft in das Band eingeleitet werden kann, muss das Band entsprechend vorgespannt werden. In Verbindung mit der Antriebskraft kommt es dabei zu einer Zugbelastung des Bandes, die dessen mechanische Dimensionierung bestimmt. Beim Umlauf des Bandes um die Antriebstrommel kommt es zu einer ungewünschten Relativbewegung zwischen Trommel und Band (Dehnschlupf), die in hohem Maße zum Verschleiß des Bandes beiträgt.

Abb. 2: Demonstrator

Um auch längere Förderbänder nach diesem Prinzip aufbauen zu können, werden zusätzliche Zwischenantriebe benötigt, die z.B. als angetriebene Tragrollen ausgeführt werden. Da der Umschlingwinkel zwischen Tragrolle und Band vergleichsweise klein ist, kann aufgrund der geringen Kontaktfläche zwischen Band und Tragrolle auch nur eine kleine zusätzliche Vorschubkraft eingeleitet werden. Derartige Konzepte sind deshalb eher ineffizient. Alternativ kann das Band z.B. S-förmig um eine weitere Antriebs- und eine Umlenktrommel geführt werden, um die Effektivität des Zwischenantriebs zu erhöhen. Allerdings ist es so aus konstruktiven Gründen nicht mehr möglich, Mitnahmevorrichtungen an der Förderbandoberfläche aufzubauen (z.B  Becherförderer).

Das DFG-Projekt „Modellierung eines Lineardirektantriebs für Förderbänder“ wird in Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Transport und Automatisierungstechnik (ITA) und dem Institut für Antriebssysteme (IAL) der Leibniz-Universität Hannover durchgeführt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Linearmotors, der das Förderband direkt und damit kontaktlos antreibt.

Teile des Antriebs müssen deshalb in das Förderband integriert werden. Je nach Wirkungsprinzip des Motors müssen Wicklungen, flussführende Werkstoffe oder Permanentmagnete im oder am Förderband angebracht sein. Wicklungen bzw. elektrische Leiter in das Förderband einzubringen ist aufgrund der damit verbundenen Effekte und des konstruktiven Aufwandes nicht zweckmäßig. Wegen einer möglichst hohen Kraftdichte wurden deshalb Permanentmagnete am Band vorgesehen. Linearmotoren mit einseitigem Luftspalt besitzen die Eigenschaft, sehr hohe Normalkräfte zu entwickeln, die in der Größenordnung der fünf- bis zehnfachen Vorschubkraft liegen. Aus diesem Grund wurde ein doppelseitiger Aufbau gewählt, bei dem sich die Normalkräfte idealerweise gegenseitig kompensieren.

Da der Motor zwischen Ober- und Untertrum angeordnet wird, ist ein möglichst flacher und kompakter Aufbau wünschenswert. Der Motor besitzt aus diesem Grund eine Zahnspulenwicklung. Der Antrieb wurde für eine Vorschubkraft von 200 N bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 2 m/s ausgelegt. Mittels FEM-Simulationen wurde ein geeigneter Entwurf gefunden und mit Hilfe der Firma Wittenstein cyber motor hergestellt. Dabei wurde besonders auf die Minimierung der Kraftwelligkeit Wert gelegt.

Für die Erprobung des Antriebs ist am ITA ein Demonstrator hergestellt worden, in dem der Antrieb integriert wurde. Dabei wird ein Kunststoffmodulband verwendet, welches wegen seiner starren Struktur prädestiniert für den Demonstrator ist.  Über einen Gleichstrom-Getriebemotor ist es damit möglich, Auflasten des Förderbandes zu simulieren und gleichzeitig die Leistung des Linearmotors zur messen. Für die Zukunft ist geplant, auch ein Antriebskonzept für flexible Förderbänder in die Tat umzusetzen.

Ansprechpartner Leibniz Universität Hannover

Konsortium

Partner der Leibniz Universität Hannover