innoTRAC Journal

Endverbindungen von kunststoffummantelten Faserseilen

Thorsten Heinze — 2022-12-08

Hochleistungsfaserseile sind gegenüber Stahldrahtseilen ? bei gleichem Durchmesser ? fünf bis sechs Mal leichter und weisen dennoch vergleichbare oder bessere Festigkeits- und Biegeeigenschaften auf. Um die hauchdünnen Fasern vor äußeren Einflüssen wie Oberflächenverschleiß, abrasiven oder fluiden Fremdstoffen und UV-Strahlung zu schützen, können Seile mit einem monolithischen Kunststoffmantel ausgerüstet werden. Durch den Einsatz von besonders verschleißarmen thermoplastischen Polyurethanen, Additiven zur Verhinderung elektrostatischer Aufladungen und UV-Blockern entstehen Hochleistungsfaserseile die völlig neue Gestaltungs- und Einsatzmöglichkeiten eröffnen.

Gleichwohl stellen die Endverbindungen dieser Seile eine besondere Herausforderung dar. Aus diesem Grund haben die Seilflechter Tauwerk GmbH und die TROWIS GmbH gemeinsam Seilendverbindungen getestet und ausgewertet. Die Ergebnisse hinsichtlich Installationsaufwand, Festigkeit und Haltbarkeit sollen in diesem Vortrag vorgestellt und anwendungsspezifische Empfehlungen abgeleitet werden.

Untersuchung der Quersteifigkeit geflochtener hochfester Faserseile

Karl Stange — 2022-12-08

Zunehmend ersetzten Seile aus hochfesten synthetischen Fasern in ausgewählten Bereichen der Fördertechnik Drahtseile. Die axialen Eigenschaften der Faserseile sind wohlbekannt. Jedoch sind deren Eigenschaften in Querrichtung noch nachrangig Gegenstand der Untersuchungen. Dementsprechend wurden geflochtene Faserseile hinsichtlich ihrer Quersteifigkeit in Abhängigkeit von deren axialer Vorspannung bis zu einem Sicherheitsfaktor von 7 untersucht.

Tieftemperatur-Dauerbiegeprüfung von Faserseilen (konstruktive Entwicklung eines Versuchstandes)

Uwe Metzner — 2022-12-08

Die Prüfung der sogenannten Dauerbiegewechselfestigkeit von Faserseilen ist eine Prüfung, um vorzugsweise die Verschleißbeständigkeit von Faserseilen zu quantifizieren. Die Prüfung der Biegewechselfestigkeit von Faserseilen wird zum gegenwärtigen Stand der Technik auf speziellen Prüfmaschinen durchgeführt, welche jedoch bisher nur Prüfungen bei Umgebungstemperatur ermöglichten. Um die Verschleißbeständigkeit von Faserseilen bei verschiedenen Temperaturen prüfen zu können, wurde eine Prüfeinrichtung entwickelt, welche über eine entsprechende Klimakammer verfügt, welche geregelte Prüftemperaturen in einem Bereich von -30 bis 20°C ermöglicht.

Der Beitrag hat die Problemstellung und die konstruktive Entwicklung der Gerätetechnik für die Tieftemperatur-Dauerbiegeprüfung von Faserseilen zum Gegenstand und geht abschließend auf die Ergebnisse erster Dauerbiegeprüfversuche ein. Die Technologie sowie die Versuchsgerätetechnik zur Tieftemperatur-Dauerbiegeprüfung von Faserseilen stehen nun ersten Anwendung zur Verfügung.

Prüfung der mechanischen Zeitstandfestigkeit von Filamentgarn bei heterogenen Wirkpaarungen

Enrico Putzke — 2022-12-08

Inhalt dieses Beitrages ist es, die Qualität und Eignung verfügbarer Mess- und Detektionstechnik im Zusammenhang mit der Garnprüfung darzustellen. Wie durch die Auswertung deutliche wurde, war es notwendig eine Konzipierung von Prüfständen und Prüfmethoden für neue Werkstoffe im Faserbereich und hybride textile Strukturen umzusetzen. Im Folgenden soll ein Prüfkonzept zur Garn / Garn Interaktion bei einer dynamischen, heterogenen Materialprüfung vorgestellt werden. Zur Ermittlung grundlegenden reibtechnischer Kennwerte wurden an den verschiedenen Fasermaterialien Dauerversuche bis zum Materialversagen durchgeführt. Nach den Vorversuchen zur Parametrisierung konnten sich die eigentlichen Reibversuchen zwischen Hochleistungs- und Massenfasern anschschließen.

Simulative Abbildung der Blattfederaufstellung eines Vibrationsförderers durch Timoshenko Balken in SimulationX

Christian Kuhn — 2022-12-08

Vibrationsförderer sind technische Systeme, die Güter mit Hilfe von Schwingungen bewegen. Durch eine Schwingungsbewegung des Förderorgans erfolgt dabei die Übertragung der Antriebskraft auf das Fördergut. Ermöglicht wird die Förderorganschwingung durch eine elastische Lagerung, welche oft aus Blattfedern besteht. Mittels Simulation sollen in dem Artikel die Blattfedern in Vibrationsförderermodellen näher betrachtet werden. Im Fokus steht dabei die Art und Weise der Blattfedermodellierung. Die Ausbildung der charakteristischen S-förmigen Biegelinie gemeinsam mit meist unbekannten achsbezogenen Steifigkeiten führen zu Problemen im Modellaufbau. Aus dem Grund wird im Rahmen dieses Artikels die Blattfedermodellierung als Timoshenko-Balken verfolgt.

Einfluss der Lastabstützung und des Antriebssystems auf den Energiebedarf von Zahnriemenförderern

Jan Finke — 2022-12-08

Gerade im Hinblick auf die aktuellen Herausforderungen im Bereich der Energiewende rückt der Leistungsbedarf von elektrisch angetriebenen Systemen immer mehr in den Fokus, so auch bei Zahnriemenförderern für den intralogistischen Materialtransport. Von wesentlicher Bedeutung ist dabei die Abstützung des Zahnriemens im Obertrum, deren Bewegungswiderstand die entscheidende Größe sowohl zur Dimensionierung der Anlage also auch für ihren Leistungsbedarf ist. Im Beitrag wird zum einen eine neue Art der Abstützung für Zahnriemenförderer vorgestellt und anhand von Versuchen das hohe Einsparpotential bezüglich der erforderlichen mechanischen Antriebsleistung gegenüber einer konventionellen Abstützung aufgezeigt. Zum anderen wird anhand der elektrischen Wirkleistung dargestellt, dass dieses Potential aufgrund von hohen Wirkungsgradverlusten des Antriebssystems nicht direkt auf den Energieverbrauch des Förderers übertragbar ist.

Herausforderungen und Erfahrungen der ortaufgelösten Erfassung des Verschleißzustandes von Rollenketten

Florian Wimmer — 2022-12-08

Der wichtigste Verschleißzustand bei Stahlgelenkketten ist die Kettenlängung, die sich
während der Betriebszeit durch die Gelenkbewegung laufend ändert und durch das CCM-S
kontinuierlich und digital erfasst werden kann.
Durch stetigen Materialabtrag an den Kontaktstellen vergrößern sich die Abstände von
Bolzen zu Bolzen. Je nach Anforderungen an den Kettentrieb wird die zulässige
durchschnittliche Längung der Kette auf einen definierten Prozentwert begrenzt. Dieser liegt
häufig unter dem maximal für einen sicheren Betrieb zulässigen Wert von 3 Prozent.
Allerdings kann aufgrund unterschiedlichster Einflüsse die Längung in den Gliedern bzw.
Segmenten einer Kette deutlich variieren. Die Auflösung der Kettenlänge in einzelne
Segmente wird durch die CCM-S Zusatzfunktion „SLE“ (Segment Link Elongation)
ermöglicht.
Insbesondere in hochpräzisen Kettentrieben, in denen zwei Förderketten zum Transport von
Formen oder Werkstückträgern eingesetzt werden, kommt es auf die Parallelität der Ketten
an. Trotz durchschnittlich geringer Kettenlängung kann es durch Inhomogenität in den
einzelnen Gliedern zu Ausfällen und Stillstandzeiten in den Anwendungen kommen.
Der Vortrag fokussiert hierbei auf eine spezielle, auf Stahlgelenkketten angepasste Sensorik.
Es wird das Prinzip zur Erfassung der durchschnittlichen Kettenlängung sowie der Längung
einzelner Kettensegmente (SLE) beschrieben. Verschiedene Anwendungsszenarien werden
vorgestellt und die Messergebnisse diskutiert.
Bei der Weitergabe der Daten kommt das im IIOT-Umfeld etablierte Protokoll IO-Link zum
Einsatz. Dafür wurden bereits verschiedene Systeme umfangreich getestet und Erfahrungen
in verschiedenen Kundenanwendungen gesammelt. Hierzu werden die verschiedenen
Einsatzmöglichkeiten diskutiert.

Closed-Loop-Recycling von Förderketten aus Kunststoff

Jens Sumpf — 2022-12-08

In Transport- und Verkettungsprozessen werden zunehmend Stetigförderer mit Ketten aus technischen Thermoplasten, vorzugsweise aus Polyoxymethylen (POM), hergestellt. Verschlissene Ketten, die sich im Schnitt ca. 2-10 Jahre im industriellen Einsatz unter verschiedensten Belastungs- und Umgebungsbedingungen befinden, werden ausgetauscht und derzeit ausschließlich im Restmüll entsorgt. Im Beitrag werden die mechanischen und tribologischen Eigenschaften von homo- und copolymerem POM bei mehrfacher Verarbeitung sowie Vermischung der Materialtypen analysiert. Auf dieser Grundlage wurde ein Rezyklat aus mehrjährig in industriellen Anwendungen gelaufenen POM-Ketten hergestellt und daraus Proben und Förderketten für weitere Untersuchungen gefertigt. Es wird gezeigt, dass die wertvollen Kunststoffe durchaus erfolgreich recycelt und wieder zu neuen Bauteilen verarbeitet werden können.

In transport and linking processes, continuous conveyors with chains made of engineering thermoplastics, preferably polyoxymethylene (POM), are increasingly being used. Worn chains, which are used in industrial applications for an average of 2-10 years under a wide variety of load and environmental conditions, are replaced and currently disposed of in the residual waste. The article analyses the mechanical and tribological properties of homo- and copolymeric POM during multiple processing and blending of the material types. Based on this, a recyclate was produced from POM conveyor chains that had been used in industrial applications for several years. Samples and chains were made from this material for further investigations. It is shown that the valuable plastics can be successfully recycled and reprocessed into new components.

Tribological and mechanical properties of lubricant filled microcapsules in thermoplastic composites

Moritz Grünewald — 2022-12-08

Polymeric materials with long lifetime and low frictional energy loss are frequently required for a broad range of applications. Microencapsulation of lubricating oils by in-situ polymerization (melamine-formaldehyde) and interfacial polymerization (polyurethane/polyurea) was used to obtain free-flowing powders, which can be used as additive for thermoplastic materials resulting in microcapsule-containing self-lubricating composites. The specific functionality of such composites is achieved via portioned and localised release of the lubricant in the areas of the interface, which experiences the highest degrees of stress and wear due to the friction. Friction-triggered on-demand release of the lubricating oil results in materials with higher wear resistance and potentially leading to new products with prolonged lifetime. In this study, different ratios of microcapsules were added in polyoxymethylene (POM) and polybutylterephthalat (PBT) matrices by using laboratory scale twin-screw extruder resulting in self-lubricating composite materials. The effect of such modification on the tribological and mechanical properties of the thermoplastic composites were investigated. Rotational ball on disc tests were used to investigate the wear loss and coefficient of friction for the composites with varied microcapsule concentrations. Tensile tests revealed decreased mechanical stability for the composites with higher microcapsule content regardless of microcapsule wall material composition. Addition of 5 wt.- % of encapsulated lubricant oil led to the substantial decrease of the frictional and wear coefficients. Further increase of encapsulated lubricant oil content to 10 wt.-% had a major decreasing impact on the mechanical properties, whilst the effect on the tribological performance was rather small.

Structural stability of Polylactide rope drums with a hybrid Gyroid-spokes infill structure, manufactured through fused filament fabrication

Raimond Hofmann — 2022-12-08

Additive manufacturing (AM) offers greater design freedom than conventional manufacturing processes. AM allows for components with complex infill structures of e. g. triply periodic-minimal surfaces (TPMS) that lead to significant weight reduction. Nevertheless, AM is mainly used in specialised engineering branches such as aerospace and medical engineering. This is due to high system cost and the high energy costs of the machines used, which utilise selective laser sintering (SLS), laser powder bed fusion (LPBF), or stereolithography (SLA). Fused filament fabrication (FFF) can offer cheaper and more energy-efficient machines. A series of tensile tests with FFF rope drum bodies made from polylactide (PLA) aims to investigate the stability of FFF machine elements. The test specimens possess a novel, hybrid infill structure comprised of straight spokes and a TPMS-gyroid surface. Compared to previous investigations, the specific breaking force – relative to the test specimens’ weight – increased by up to 159%. Whereas the infill density affects tensile strength as well as deformation, the infill distribution between the TPMS and spokes part of said hybrid structure affects especially the deformation behaviour. The results show that FFF machine elements such as the tested drum bodies have a realistic perspective for use in future products with regard to static strength.

Permanently installed rope monitoring in conveyor systems

Ralf Eisinger — 2022-12-08

A permanently installed rope monitoring system can help to avoid unplanned downtimes and increase the safety level. The aim here is to set up a rope monitoring system that helps to monitor the hoisting rope as a critical component and to minimise downtimes in the context of "predictive maintenance". The already applied magnetic inductive rope testing can be used as a testing method. The paper deals with the topic of integrating such a permanently installed testing device, its use and evaluation strategies, and it identifies possibilities for new business areas for rope testing.

Experimental verification of analytical calculation approaches and FEM material models with the aim of determining friction of thermoplastics

Niels Dallinger — 2022-12-08

The paper presents analytical approaches for calculating the effective contact area of the sphere-plane contact, which allow conclusions to be drawn about the coefficient of friction of thermoplastics with manageable effort. These approaches are verified experimentally utilizing friction and wear tests using the example of a steel sphere against PE-UHMW. The friction area of the sphere was varied using a self-constructed adjustment unit and a spherical wedge. With the help of parametric experiments regarding the angular position of the spherical wedge, a limiting contact angle was detected. This limiting angle allows the calculation of the deformative and adhesive friction. FE models are being developed for the simulative verification of the analytical approaches and further investigations of structures for friction reduction. These require specific material models as a basis for the representation of the stress-strain behavior in contact. The different FEM material models are calibrated and compared against each other based on experimental tests. The materials POM, PP, PMMA, and PE-UHMW were considered.