DE102022124268A1

DE102022124268A1 - Bandförderer mit reibwertoptimiertem Gleitbett

Info

Publication number: DE102022124268A1
Application number: DE102022124268.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Gursch; Michael Steingruber
Original assignee: SSI Schaefer Automation GmbH Austria
Current assignee: SSI Schaefer Automation GmbH Austria
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2024-03-21
Also published as: WO2024061600A1

Abstract

Es wird ein Bandförderer (10) mit einem richtungsspezifisch optimierten Reibwert offenbart, der aufweist: ein Gleitbett (20) mit einer Stützfläche (34); und ein Band (32), das in Kontakt mit der Stützfläche (34), während ein auf einer Außenseite (42) des Bands (32) ruhendes Stückgut (30) in einer Förderrichtung (23) stromabwärts transportiert wird, entlang der Förderrichtung (23) gleitend über die Stützfläche (34) hinweg bewegt wird; wobei eine Oberfläche der Stützfläche (34) und/oder eine Innenseite des Bands (32) eine Topografie (44) mit einem in einer Vorzugsrichtung (46), die sich von der Förderrichtung (23) unterscheidet, erhöhten Reibwert aufweist.

Description

Bandförderer (fachsprachlich auch Förderbänder, Gurtbandförderer oder Gurtförderer genannt) sind, üblicherweise stationäre, Fördereinrichtungen, die zum Bereich der Stetigförderer gehören. Nachfolgend wird zwischen den Begriffen „Band“ und „Gurt“ bzw. „Bandförderer“ und „Gurtförderer“ nicht weiter unterschieden, da diese Begriffe äquivalent sind.
Förder- und Transportaufgaben werden in der Industrie seit Jahrzehnten durch Bandförderer erledigt. Bandförderer weisen eine sehr hohe Betriebssicherheit auf und haben sich in vielen Einsatzgebieten bewährt. Bandförderer sind zuverlässige Transportsysteme, die ökonomisch, produktiv und umweltfreundlich aufgrund ihres geringen Energiebedarfs arbeiten (Quelle: Wikipedia zu „Förderband“).
Bandförderer können Stückgüter in unterschiedlichen Größen, in kleinsten Abmessungen ebenso wie als großflächige Güter, über große Entfernungen transportieren. Hinzu kommt die Fähigkeit der Bandförderer, Stückgüter sowohl horizontal als auch ansteigend oder abfallend fördern zu können. Weitere Vorteile ergeben sich aus der tragenden und damit schonenden Bewegungsart. Das Fördergut wird auf dem Gurt ruhend bewegt. Der weit verzweigte Einsatz in allen Bereichen der Industrie ist außerdem auf die, verglichen mit anderen Stückgutförderern wie z.B. angetriebenen Rollenbahnen etc., preisgünstigere Investition zurückzuführen. Eine Vielzahl von Gurtarten und -materialien für die unterschiedlichsten Einsatzfälle ermöglicht die Lösung nahezu aller Transportprobleme. Es gibt grundsätzlich zwei Bauarten für (last-) tragende Bandförderergestelle, nämlich Gestelle mit Tragrollen TR und Gestelle mit einem Gleitbett GB, siehe 10A und 10B (Quelle: „Handbuch Materialflusstechnik- Stückgutförderer“ von Nobert Axmann, ISBN 3-8169-2198-1). Die vorliegende Offenbarung betrifft Bandförderer mit Gleitbetten.
Nachteilige Faktoren sind Reibung und Verschleiß. Gleit- bzw. Verschleißbewegungen treten zwischen einer Bandunterseite und dem tragenden Element, oft einer Gleitblechkonstruktion bzw. einem Gleitbett, auf. Da zwischen Reibungs- und Verschleißverhalten ein sehr enger Zusammenhang besteht, ist eine Zuordnung der Einflussfaktoren nur zu beiden Vorgängen gleichzeitig möglich. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind: Werkstoff- bzw. Materialpaarung; Oberflächenbeschaffenheit (Rauigkeit, Härte, etc.); Oberflächengestaltung; Zwischenmedien (Schmiermittel, Druckluft, etc.); Flächenpressung; Gleitgeschwindigkeit; und Temperatur. Diese Faktoren wirken gleichzeitig und bedingen sich bzw. hängen voneinander ab, so dass eine Veränderung des Reibverhaltens nicht ohne weiteres nur einem dieser Faktoren zuzuordnen wäre und dass die Veränderung eines der Faktoren auch zu einer Beeinflussung anderer Faktoren führen kann. Im Betrieb tritt bei Bandförderern Gleitreibung und während eines Anlaufvorgangs Haftreibung auf. Zur Beschreibung der Reibungsvorgänge werden die von Amontons und Coulomb aufgestellten Gesetze angewendet. Dabei wird eine proportionale Abhängigkeit der Reibkraft F_R von der Normalkraft F_N angegeben. Der Proportionalitätsfaktor µ ist dabei der Reibwert: µ = F_R/F_N.
Zur Verbesserung des Reibverhaltens, d.h. zur Verringerung des Reibwerts, wurden bereits zahlreiche Materialpaarungen untersucht und getestet. Außerdem gab es bereits Ansätze, Luft in den Bereich zwischen dem Gurt und dem Gleitbett einzubringen, indem für das Gleitbett z.B. Riffelbleche verwendet wurden. Ferner wurde bereits vorgeschlagen, das Gleitbett mit makroskopischen Nuten in Längsrichtung zu versehen, um Luftkanäle unterhalb des Gurts zu erzeugen. Jedoch stellen die Nutränder scharfe (Messer-) Kanten dar, die in einem erhöhten Verschleiß resultieren, insbesondere wenn Stückgüter horizontal schräg auf den Bandförderer eingespeist werden.
Der unerwünschte Versatz des Gurts gegenüber dem Gleitbett wird durch den Einsatz weiterer Bauteile abgeschwächt oder eliminiert. Bei einem Steigbandförderer wird das stromabwärtige Rutschen des Gurts, wenn der Bandförderer angehalten wird, durch entsprechende Bremseinrichtungen verhindert. Beim seitlichen Einschleusen von Stückgütern auf den zentral angeordneten Bandförderer werden Seitenführungen am Rand des Gleitbetts oder Vorsprünge an der Unterseite des Gurts vorgesehen, die formschlüssig in entsprechende Aussparungen im Gleitbett eingreifen. Dies führt zu den oben genannten Nachteilen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen verbesserten Bandförderer zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Bandförderer mit einem richtungsabhängig optimierten Reibwert gelöst, der aufweist: ein Gleitbett mit einer Stützfläche; und ein Band, das in Kontakt mit der Stützfläche, während ein auf einer Außenseite des Bands ruhendes Stückgut in einer Förderrichtung stromabwärts transportiert wird, entlang der Förderrichtung gleitend über die Stützfläche hinweg bewegt wird; wobei eine Oberfläche der Stützfläche und/oder einer Innenseite des Bands eine Topografie mit einem, vorzugsweise ausschließlich, in einer Vorzugsrichtung, die sich von der Förderrichtung unterscheidet, erhöhten Reibwert (zwischen den Materialien der Oberseite und der Innenseite) aufweist.
Die Topografie der einander berührenden Oberflächen der Stützfläche und des Bands werden richtungsabhängig (künstlich durch Bearbeitung) eingestellt, indem der Reibwert (zwischen der entsprechenden Materialpaarung) in einer vorab ausgewählten Richtung höher als in einer anderen Richtung eingestellt wird, wobei die andere Richtung vorzugsweise die Förderrichtung ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Band in der Förderrichtung einfach über die Stützfläche gleitet, wohingegen bei einer Bewegung des Bands in eine unerwünschte Richtung aufgrund eines höheren Reibwerts ein größerer Widerstand zwischen den sich berührenden Oberflächen entsteht.
Im Falle eines Steigbandförderers kann somit auf Bremsvorrichtungen verzichtet werden, weil das Band nicht stromaufwärts abrutschen kann. Analoges gilt für einen Gefällebandförderer.
Im Falle eines Zuführfördersystems kann auf eine Seitenführung verzichtet werden, weil das Band des aufnehmenden Bandförderers weniger stark oder gar nicht in der Zuführrichtung (der Zuführförderer) durch das Einspeisen von Stückgütern ausgelenkt wird.
Vorzugsweise ist die Vorzugsrichtung (in einer Draufsicht) entgegengesetzt, spitzwinklig schräg oder senkrecht zur Förderrichtung orientiert.
Die Vorzugsrichtung ist entgegengesetzt zur Förderrichtung orientiert, wenn der Bandförderer ein Steigbandförderer ist.
Die Vorzugsrichtung ist spitzwinklig schräg oder senkrecht zur Förderrichtung orientiert, wenn der Bandförderer in einem Zuführfördersystem eingesetzt wird, wo sich die Zuführförderer entweder spitzwinklig schräg (in der Förderrichtung betrachtet) oder senkrecht an den zentral angeordneten Bandförderer anschließen.
Insbesondere wird die Topografie (maschinell) durch das direkte Laserinterferenzstrukturierungsverfahren hergestellt.
Das direkte Laserinterferenzstrukturierungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels Laserinterferenz Material mit einer sehr hohen Auflösung (Mikrometerbereich und darunter) gezielt abgetragen werden kann. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend dazu, die Oberflächenbeschaffenheit, d.h. die Topografie, richtungsabhängig in einer vorab bestimmbaren Weise zu verändern.
Vorzugsweise weist die Topografie ein Mikromuster im Mikrometer- und Submikrometerbereich auf, das sich insbesondere periodisch wiederholt bzw. regelmäßig strukturiert ist.
Die Bearbeitung der miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen im Mikrometerbereich ermöglicht die richtungsabhängige Funktionalisierung der Oberflächen, d.h. die richtungsabhängige Reibwertoptimierung. Dies geht über den „normalen“ Reibwert hinaus, der im makroskopischen Maßstab richtungsunabhängig (und flächenunabhängig) ist.
Insbesondere wird das Mikromuster aus einer Vielzahl von Vorsprüngen gebildet, die vorzugsweise eine vorab bestimmte Profilform (in der Seitenansicht) aufweisen.
Die Oberfläche weist also eine vorab bestimmte Textur auf, die ein Gestalter des Bandförderers gezielt vorab, und insbesondere richtungsabhängig, festlegen kann. Die Gestaltung erfolgt insbesondere anwendungsspezifisch.
Vorteilhafterweise sind die Vorsprünge in Reihen angeordnet. Insbesondere sind die Reihen senkrecht zur Förderrichtung ausgerichtet.
Die reihenweise Anordnung und die Ausrichtung der Reihen erhöhen die Ordnung der Vorsprünge und resultieren deshalb in der gewünschten Richtungsabhängigkeit des optimierten Reibwerts.
Vorzugsweise sind die Vorsprünge zahnförmig ausgebildet, wobei die Vorsprünge jeweils insbesondere eine erste Flanke, die in einer Förderrichtung weniger steil als eine zweite Flanke ansteigt, und die zweite Flanke umfassen, die sich in der Förderrichtung an die erste Flanke anschließt.
Diese Profilform ist besonders gut für Steigbandförderer geeignet, um ein stromaufwärtiges Verrutschen des Bands zu verhindern, wenn das Band gestoppt wird. Somit kann auf Bremsen verzichtet werden.
Alternativ können die Vorsprünge pyramidenförmig ausgebildet sein, wobei die Vorsprünge jeweils vorzugsweise eine erste Flanke, die entgegengesetzt zu einer Zuführrichtung weniger steil als eine zweite Flanke, die in der Zuführrichtung vor der ersten Flanke angeordnet ist, ansteigt, und die zweite Flanke umfassen.
Diese Profilform ist für Zuführfördersysteme besonders geeignet, wo der Bandförderer zentral angeordnet ist und Stückgüter seitlich von einem oder mehreren Zuführförderern aufnimmt. Eine seitliche Auslenkung des Bands wird beim Einschleusen von Stückgütern verringert bzw. verhindert.
Insbesondere ist die Topografie in einer Beschichtung(sschicht) ausgebildet.
Die Topografie muss also nicht unmittelbar auf der Oberfläche des Gleitbetts oder der Innenseite des Bands erzeugt werden, sondern kann in einer separaten Schicht ausgebildet werden, die andere Materialeigenschaften als das Gleitbett oder das Band haben kann.
Die Beschichtung ermöglicht ferner eine nachträgliche Aufbringung der Topografie auf das Gleitbett und/oder das Band. Die Topografie kann separat vom Gleitbett und/oder Band hergestellt werden. Dies bedeutet, dass die Topografie z.B. erst vor Ort mit dem Gleitbett und/oder dem Band verbunden werden kann. Dies ist insbesondere für eine Nachrüstung von Bestandsbandförderern von Vorteil.
Vorzugsweise ist die Topografie in das Gleitbett integriert. Das Gleitbett wird oft aus Metall hergestellt. Die Laser-basierte Erzeugung der Topografie lässt sich auf Metalloberflächen (sowie auch auf Polymeroberflächen) gut erzielen.
Metalle sind abriebfest, so dass Verschmutzungen der Topografie während der Lebenszeit des Bandförderers weniger bedeutend sind.
Insbesondere ist die Topografie lediglich in einem Bereich von seitlich angeordneten Zuführförderern vorgesehen.
Dies bedeutet, dass sich die Topografie nicht über die gesamte Länge des Bandförderers erstrecken muss. Die Topografie kann abschnittsweise vorgesehen werden. Dies verringert die Kosten des Gesamtsystems. Die Topografie ist nur in solchen Bereichen vorgesehen, wo Störkräfte auftreten können.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Topografie (auch) in das Band integriert ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Bandförderers;
2 eine Seitenansicht eines Bandförderers gemäß der 1;
3 eine perspektivische Detailansicht einer Topografie;
4 eine schematisierte Draufsicht (4A) und Seitenansicht (4B) der Topografie der 3;
5 eine perspektivische Ansicht eines Steigbandförderers;
6 eine perspektivische Detailansicht einer weiteren Topografie;
7 eine schematische Draufsicht auf die Topografie der 6;
8 eine Draufsicht auf ein Zuführförderersystem;
9 eine Seitenansicht der Topografie der 6 entlang einer Linie IX-IX in 7; und
10 ein konventionelles Bandförderer-Maschinengestell mit einem Gleitbett (10A) und mit Tragrollen (10B).

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Bandförderers 10. Der Bandförderer 10 weist auf: ein (Grund-)Gestell 12, einen Antrieb 14, ein Zugmittel 16, eine Umlenkeinrichtung 18 und ein Gleitbett 20. Der Bandförderer 10 kann ferner (optional) umfassen: eine Spanneinrichtung 22 zum Spannen des Zugmittels 16 in einer Förderrichtung 23 (vgl. 2) und/oder eine Führungseinrichtung 24 zum seitlichen, d.h. quer bzw. senkrecht zur Förderrichtung 23, Führen des Zugmittels 16.
Das Gestell 12 kann z.B. durch eine Vielzahl von (Stahl-)Profilen gebildet werden, die eingerichtet sind, den Antrieb 14, die Umlenkeinrichtung 18 und das Gleitbett 20 aufzunehmen und (direkt) zu tragen. Das Gestell 12 trägt die anderen Komponenten, wie z.B. das Zugmittel 16, indirekt. Das Gestell 12 ist üblicherweise eingerichtet, stationär auf dem Boden, einer Bühne, einer Zwischendecke, etc. einer (Intralogistik-)Anlage (Distributionsanlage, Lager- und Kommissionieranlage, Produktionsanlage, etc.) positioniert oder von einer Decke abgehangen zu werden, um einen Teil eines Fördersystems (nicht veranschaulicht) zu bilden, mit dem ein Materialfluss abgebildet wird. Das Gestell 12 kann aber auch auf arretierbaren Rollen stehen, um den Bandförderer 10 innerhalb der Anlage durch Verschieben neu zu positionieren.
Der Antrieb 14 weist einen Motor 26 und mindestens eine Rolle 28, die im Gestell 12 drehbar gelagert ist, auf. Der Motor 26 kann in die Rolle 28 integriert sein. Der Antrieb 14 ist eingerichtet, das Zugmittel 16 in der Förderrichtung 23, die reversibel sein kann, zu bewegen. Die Bewegung erfolgt endlos umlaufend.
Das Zugmittel 16 stellt ein Fördermittel dar, auf dessen Außenseite 42 eines oder mehrere Stückgüter 30 in der Förderrichtung 23 entlang einer Längsrichtung X des Bandförderers 10 transportiert werden. Das Zugmittel 16 ist ein Band bzw. Gurt 32. Das Band 32 ist in einem montierten Zustand, vgl. Seitenansicht der 2, in sich geschlossen, um endlos umlaufend bewegt zu werden.
Das Band 32 kann ein mehrschichtiges (Kunststoff-)Gewebeband mit einer Deckschicht und Zwischenlagen, ein (Kunststoff-)Gliederkettenband o.Ä. sein. Das Band 32 kann beschichtet sein. Das Band 32 kann auf seiner Außenseite 42 für eine Steigförderung (erhabene) Noppen, Querstollen, Wellkanten u.Ä. aufweisen, um die Stückgüter 30 zusätzlich zu halten. Die Innenseite 40 des Bands 32 sollte möglichst glatt sein, d.h. einen geringen (Gleit-)Reibwert aufweisen, um Reibungsverluste im Transportzustand, d.h. wenn Stückgüter 30 mit dem Band 32 transportiert werden, zu reduzieren.
Die Umlenkeinrichtung 18 umfasst mindestens zwei (Umlenk-)Rollen, die in der Längsrichtung X beabstandet zueinander an einem stromaufwärtigen Ende und an einem stromabwärtigen Ende des Bandförderers angeordnet sind. Weitere Umlenkrollen (nicht dargestellt) könnten dazwischen angeordnet sein. 2 zeigt exemplarisch nur zwei Umlenkrollen, von denen die stromabwärtige Umlenkrolle exemplarisch als die oben genannte Antriebsrolle 28 implementiert ist. Es versteht sich, dass auch die andere Umlenkrolle die Antriebsrolle 28 implementieren könnte (oder beide).
Das Gleitbett 20 umfasst mindestens eine Tragplatte 29, vgl. 2. Das Gleitbett 20 definiert eine Stützfläche 34. Die Stützfläche 34 kann durch eine Oberseite 31 der Tragplatte 29 oder durch eine andere oben angeordnete Oberfläche implementiert werden, die z.B. durch eine Beschichtung oben auf der Tragplatte 29 gebildet wird. Die Tragplatte 29 kann z.B. gebildet werden durch: ein Blech; ein verzinktes Blech; ein pulverbeschichtetes Blech (ggf. mit Teflonzusätzen, mit einer Hammerschlaglackierung zur Erzielung von 3D-Effekten, o.Ä.); ein Schwarzblech; ein Nirosta-Blech; Holz; Kunststoff; Metall; Metalllegierung; oder einer Kombination daraus.
Die Stützfläche 34 ist angeordnet und eingerichtet, das Band 32 in einem beladenen Zustand durch Kontakt von unten zu stützen, um die Last (Gewicht) des oder der Stückgüter 30 zu tragen, die in einem normalen Transportzustand des Förderers 10 oben auf einem Obertrum 36 des Bands 32 ruhen. Das Band 32 weist das Obertrum 36 und ein Untertrum 38 auf. Als Trum wird im Maschinenbau ein Teil oder ein Abschnitt des (endlos) umlaufenden, eine Zugkraft ausübenden Zugmittels 16 bezeichnet.
Wie in der schematischen Seitenansicht der 2 gezeigt, die einen exemplarischen Bandförderer 10 gemäß der 1 veranschaulicht, ist die Tragplatte 29 - und damit die Stützfläche 34 - (in der Höhenrichtung Y vertikal) zwischen dem Obertrum 36 und dem Untertrum 38 angeordnet. Die Stützfläche 34 ist hier parallel zu einem (Gebäude-)Boden (nicht veranschaulicht), d.h. horizontal, ausgerichtet, weil der Bandförderer 10 exemplarisch horizontal ausgerichtet ist. Es versteht sich, dass die Stützfläche 34 relativ zum Boden auch geneigt ausgerichtet sein kann, wenn der Bandförderer 10 als Steigförderer (vgl. 5) oder Gefälleförderer genutzt wird. Jedoch ist die Stützfläche 34 stets im Wesentlichen parallel zum Obertrum 36 ausgerichtet, wenn man von (unbeabsichtigt) durchhängenden Abschnitten des Bands 32 absieht.
Die Stützfläche 34 ist vorzugsweise mit einem Abstand A zum Obertrum 36 angeordnet. Der Abstand A wird so eingestellt, dass das Band 32 in unbeladenen Abschnitten, d.h. wo keines der Stückgüter 30 ruht, möglichst kontaktlos über die Stützfläche 34 hinweg bewegbar ist, um die (Gleit-)Reibung zu minimieren bzw. eliminieren. Der Abstand A liegt üblicherweise in einer Größenordnung von 2-3 mm. Abhängig von seiner Länge (in X-Richtung) und einer Bandspannung kann eine Unterseite des Obertrums 36, d.h. die Innenseite 40 des Bands 32, im unbeladenen Zustand des Bands 32 unbeabsichtigt auch partiell vertikal nach unten durchhängen (nicht in 2 gezeigt) und so (unerwünscht) mit der Stützfläche 34 in Kontakt kommen. Die (optional vorgesehene) Spanneinrichtung 22 der 1 ist u. a. auch dazu eingerichtet, (permanent) eine Kraft in der Förderrichtung 23 auf das Band 32 auszuüben, um ein Durchhängen des Bands 32 (im unbeladenen Zustand) möglichst zu verhindern und um auch ein Durchdrehen der (Antriebs-)Rolle 28 z.B. beim Anfahren zu verhindern.
Die Stützfläche 34 kann aus einer oder mehreren Tragplatten 29 gebildet werden, die in der Längsrichtung X hintereinander und/oder in der Querrichtung Z nebeneinander angeordnet sind und eine (einheitliche) Gleitunterlage bilden. In der 2 ist exemplarisch eine (einzige) Tragplatte 29 gezeigt, die die Stützfläche 34 definiert. Eine einzige Tragplatte 29 ist verschleißärmer, weil in der Förderrichtung 23 keine Stoßkanten vorhanden sind. Die Tragplatte 29 erstreckt sich in der 2 im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge (X-Richtung) des Obertrums 36 zwischen den Umlenkrollen.
Die Stützfläche 34 definiert (makroskopisch betrachtet) vorzugsweise eine flache ebene Fläche. Die Stützfläche 34 erstreckt sich in der Querrichtung Z (senkrecht zur Zeichnungsebene der 2) vorzugweise über eine (Gesamt-) Breite des Bands 32 und ggf. auch darüber hinaus, um das Band 32 auch im Fall einer seitlichen Auslenkung (in der Z-Richtung, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der 2) von unten zu stützen, wie unten noch für den Fall einer seitlichen Zuführung von Stückgütern 30 erläutert werden wird. Die Breite des Bands 32 kann aber auch kleiner als eine Breite der Stützfläche 34 sein.
Die Führungseinrichtung(en) 24 der 1 dienen dazu, das Band 32 in der Förderrichtung 23 und ggf. seitlich (mechanisch) zu führen. Exemplarische Führungseinrichtungen 24 sind an der Innenseite 40 des Bands angebrachte Führungsriemen (nicht gezeigt), die sich in der Förderrichtung 23 erstrecken und die in (nicht gezeigten) Nuten in der Oberseite 31 der Tragplatte 29 laufen, wobei sich die Nuten in diesem Fall ebenfalls in der Förderrichtung 23 erstrecken. Alternativ oder ergänzend können seitlich zum Rand des Bands 32 klammerartige Seitenführungen (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die am Gestell 12 angebracht sind, um das Band 32 in der Querrichtung Z ausgerichtet zu halten. Alternativ kann das Band 32 an seiner Innenseite 40 im äußeren Randbereich erhaben ausgebildet sein, um für eine seitliche Führung in der Querrichtung Z um das Gleitbett 12 herumzugreifen (nicht gezeigt).
Das Gleitbett 20 bzw. die Stützfläche 34 (d.h. eine Gleitunterlage) sind möglichst exakt relativ zum umlaufenden Band 32 auszurichten, da sie aufgrund der gleitenden Reibung das Band 32 sehr stark führen und einen Verschleiß durch Abrieb verursachen. Kanten der Gleitunterlage sollten abgerundet sein.
Als Stützflächenmaterial werden im Allgemeinen Stahlblech, Hartkunststoffe (Resopal, Duropal o. Ä.), (verleimte) Schichtholzplatten o.Ä. verwendet, wie oben bereits zur Tragplatte 29 ausgeführt. Diese Werkstoffe ergeben zusammen mit der gleitfreudigen (Lauf)Innenseite 40 des Bands 32 ein günstiges Reibverhalten, das durch den Reibwert der miteinander in Kontakt tretenden Materialpaarung bestimmt ist. Je nach (makroskopischer) Oberflächenbeschaffenheit und Betriebsbedingungen sind allgemein Veränderungen des entsprechenden Reibwerts möglich.
Die Stützfläche 34 und/oder die Innenseite 40 des Bands 32, die während eines Transports miteinander in Kontakt treten, weisen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine spezielle Topografie 44 auf, die ein Mikromuster im Mikrometer- und Submikrometerbereich aufweist, das maschinell hergestellt wird, um in einer richtungsabhängigen Reibwertoptimierung zu resultieren, wie es nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Das Mikromuster unterscheidet sich (im Mikrometerbereich und darunter) von einer natürlich entstanden Oberfläche, die in dieser Größenordnung chaotisch strukturiert ist, durch eine Anordnung (Muster), die sich in einer, z.B. sich periodisch wiederholenden, regelmäßigen Struktur (Textur) ausdrückt, wie es unten ebenfalls noch genauer erläutert werden wird.
Unter der richtungsabhängigen Reibwertoptimierung ist eine derartige Optimierung der sich kontaktierenden Oberflächen zu verstehen, dass der Reibwert in einer ausgewählten Richtung (Vorzugsrichtung) höher als in (allen) anderen Richtungen, insbesondere in der normalen Förderrichtung 23, ist.
Die Topografie 44 beschreibt allgemein eine Oberflächenbeschaffenheit und wird durch eine Vielzahl von Vorsprüngen bzw. Erhebungen 48 (vgl. z.B. 3 und 4) gebildet. Die Topografie 44 beschreibt sowohl eine geometrische Gestalt als auch physikalische und/oder chemische Eigenschaften von technisch genutzten, miteinander reibenden Oberflächen, die in der vorliegenden Offenbarung als funktionale Mikrostrukturen bzw. Mikromuster ausgebildet sind. Die Topografie 44 beschreibt also die regelmäßige (2D- und 3D-)Struktur von Oberflächen im Mikrometer- und Submikrometerbereich.
Oberflächen mit deterministischen Topografien 44 weisen überlegene Oberflächeneigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen (natürlichen) Oberflächen mit einer zufälligen Rauheit auf. Die Rauheit beschreibt eine Unebenheit einer Oberflächenhöhe. Die Oberflächenrauheit kann - konventionell - z.B. durch Polieren, Rollieren, Schleifen, Beizen, Sandstrahlen, Ätzen, Bedampfen oder Korrosion verändert werden.
In der vorliegenden Offenbarung wird die Topografie 44 zum Funktionalisieren der miteinander reibenden Oberflächen verwendet, indem zumindest eine dieser Oberflächen mikro- und/oder nanostrukturiert wird. Die entsprechende funktionale Mikrostruktur, d.h. die Topografie 44, wird durch eine maschinelle Bearbeitung einer gewöhnlichen Oberfläche erhalten, indem Material durch Aufheizen gezielt abgetragen wird. In der vorliegenden Offenbarung wird insbesondere ein Verfahren zur direkten Laserinterferenzstrukturierung verwendet, das u.a. in der DE 10 2011 011 734 B4 beschrieben ist. Die direkte Laserinterferenzstrukturierung ist z.B. auf Metall-, Polymer- und Keramikoberflächen anwendbar, wie sie im Bereich der Bandförderer 10 eingesetzt werden. Eine spanende Bearbeitung der Oberfläche zur Erzeugung der unten gezeigten Struktur bzw. des entsprechenden Mikromusters ist nicht möglich.
3 zeigt eine perspektivische Detailansicht von schräg oben auf eine erste exemplarische Topografie 44-1, wie sie z.B. bei einem Steigbandförderer 10' eingesetzt wird, der in 5 veranschaulicht ist. 4A zeigt eine schematische Draufsicht und 4B eine schematische Seitenansicht der Topografie 44-1 der 3.
In 5 ist ein Bandförderer 10 gemäß der 1 als Steigbandförderer 10' schematisch veranschaulicht, der gegenüber der Horizontalen H mit einem Winkel α ansteigt. Das auf dem Band 32 ruhende Stückgut 30 wird also entlang der Förderrichtung 23 vertikal (in der Y-Richtung) nach oben und gleichzeitig horizontal (in der X-Richtung) nach vorn transportiert. Während des Transports berühren sich die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Gleitbetts 20 (Tragplatte 29) und des Bands 32 (Innenseite 40, vgl. 2). Eine oder beide Oberflächen weisen eine Topografie 44 auf. Nachfolgend wird vereinfachend davon ausgegangen, dass die Gleitfläche 34, die durch die Oberseite des Gleitbetts 20 definiert ist, die Topografie 44-1 aufweist.
Die Topografie 44-1 der 3 und 4 verursacht, dass ein Reibwert µ1 in der Förderrichtung 23 kleiner als ein Reibwert µ2 in der Vorzugsrichtung 46 ist. Die Vorzugsrichtung 46 wird generell anwendungsabhängig ausgewählt. Im vorliegenden Beispiel des Steigförderers 10' der 5 ist die Vorzugsrichtung 46 entgegengesetzt zur Förderrichtung 23 orientiert. Der Reibwert ist also in dieser Anwendung in der Vorzugsrichtung 46 erhöht. Auf diese Weise wird das Band 32 gebremst, sollte sich das Band 32 stromabwärts bewegen, was unerwünscht ist. In einem Fall, wo das Band 32 z.B. angehalten wird, während das Stückgut 30 stromaufwärts nach oben transportiert wird, wird ein Rutschen des Bands 32 gegen die Förderrichtung 23 gehemmt und im Idealfall verhindert. Auf diese Weise muss der Steigbandförderer 10' keine Bremse aufweisen, so dass Kosten und Wartungsarbeiten gespart werden. Das Band 32 kann allein durch eine (Haft-) Reibung gehalten werden. Dennoch sind die Laufeigenschaften des Bands 32 in der Förderrichtung 23 gut.
Die Topografie 44-1, die die oben genannten Effekte hervorruft, ist detailliert in den 3 und 4 veranschaulicht. Der in der 3 gezeigte Maßstab von 3 µm stellt die tatsächlichen Größenverhältnisse der Vorsprünge 48 dar. Die Topografie 44-1 weist eine Vielzahl von Vorsprüngen 48 auf. Die Vorsprünge 48 stehen (mikroskopisch) in der Höhenrichtung Y aus dem Material M (vgl. 4B) der im Übrigen (makroskopisch) flachen Gleitfläche 34 (gerichtet) hervor.
Die Vorsprünge 48 der 3 und 4 sind z.B. zahnförmig ausgebildet. Die entsprechende Zahnform weist in der Seitenansicht der 4B eine in der Förderrichtung 23 flach mit einem Winkel β ansteigende, erste Flanke 50 und dann eine abschließend steiler mit einem Winkel θ abfallende zweite Flanke 52 auf. Der Anlaufwinkel β sollte möglichst flach, d.h. kleiner als 90°, gewählt werden, um bei einer (Relativ-)Bewegung des Stückguts 30 in der Förderrichtung 23 einen minimalen Widerstand zu bewirken, wohingegen der Rücklaufwinkel θ vorzugsweise größer als Anlaufwinkel β gewählt wird, um eine erhöhte Rückhaltekraft bei einer Bewegung entgegen der Förderrichtung 23 zu erzeugen. In der 4B sind exemplarisch zwei der zahnförmigen Vorsprünge 48-1 und 48-2 gezeigt.
Die zahnförmigen Vorsprünge 48 können haifischflossenartig geformt sein, so dass eine Spitze jedes Vorsprungs 48 leicht abgerundet ist und ein Plateau aufweist, vgl. 4B. In der 4B ist die zweite Flanke 52 senkrecht zur Ebene des Gleitbetts 20 orientiert. Es versteht sich, dass die zweite Flanke 52 auch stärker geneigt sein kann, um mit der Horizontalen H einen stumpfen Winkel θ einzuschließen. In diesem Fall funktionieren die Vorsprünge 48 widerhakenartig und können sich in der (rauen) Topografie des Bands 32 verhaken, wenn das Band 32 sich ungewollt rückwärts, also gegen die Förderrichtung 23, bewegt.
Die Vorsprünge 48 sind vorzugsweise in Reihen 54 angeordnet. Im Ausschnitt der 3 sind zwei Reihen 54-1 und 54-2 gezeigt, die jeweils entlang der Querrichtung Z, d.h. senkrecht zur Förderrichtung 23, ausgerichtet sind. Die Reihen 54 sind in der Längsrichtung X, also parallel zur Förderrichtung 23, in einem (Reihen-)Abstand 56 angeordnet. In der 3 sind exemplarisch sieben bis acht Vorsprünge 48 pro Reihe 54 gezeigt. Die Vorsprünge 48 von jeder der Reihen 54 sind vorzugsweise in der Querrichtung Z beabstandet zueinander angeordnet, vgl. Zahnabstand 58 in 4A.
Jeder der Zähne der 3 ist ungefähr 8-9 µm lang, weniger als 1 µm breit und ungefähr 3 µm hoch. Der Zahnabstand 58 beträgt ca. 2 µm.
Es versteht sich, dass jede der Reihen 54 auch durch einen einzigen (in der Z-Richtung durchgehenden) Vorsprung 48 ausgebildet sein kann.
Die 6 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer zweiten exemplarischen Topografie 44-2 von nahezu senkrecht oben betrachtet. Die 6 zeigt einen realitätsgetreuen Größenmaßstab von 30 µm. Die Vorsprünge 48 sind pyramidenartig ausgebildet. Die Vorsprünge 48 weisen eine dreieckige oder viereckige Grundfläche auf und ihre Spitzen ragen wiederum aus der (makroskopisch flachen) Gleitfläche 34 hervor.
Ein der Anordnung der 6 entsprechendes Mikromuster ist in einer Draufsicht der 7 schematisch veranschaulicht. Die Vorsprünge 48 sind wieder in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Das Muster der 7 wird wiederum durch Reihen 54 aus Vorsprüngen 48 definiert. Die Reihen 54 erstrecken sich entlang der Querrichtung Z. Die Reihen 54 sind in der 7 entlang der Querrichtung Z ausgerichtet und in der Längsrichtung X, d.h. in der Förderrichtung 23, zueinander beabstandet. Die Reihen 54 der 7 sind in der Längsrichtung X vorzugsweise überlappend angeordnet.
Die Topografie 44-2 wird vorzugsweise beim seitlichen Zuführen (Einschleusen) von Stückgütern 30 auf einen Bandförderer 10 verwendet, wie in 8 schematisch veranschaulicht. 8 zeigt eine Draufsicht auf den Bandförderer 10, der vorzugsweise horizontal ausgerichtet ist und der z.B. von Zuführ- oder Einspeiseförderern mit Stückgütern 30 seitlich beladen wird.
Die Zuführförderer 60-1 und 60-2 bewegen die Stückgüter 30 (aufgrund ihrer Ausrichtung) senkrecht auf den zentral angeordneten Bandförderer 10. Die erste Zuführrichtung 62 ist also parallel zur Z-Richtung und senkrecht zur Förderrichtung 23 orientiert. Es versteht sich, dass mehr oder weniger senkrecht angeordnete Zuführförderer 60, auch unterschiedlichen Seiten des zentralen Bandförderers 10, vorgesehen werden können.
Ferner können schräg orientierte Zuführförderer 60 vorgesehen sein, vgl. Zuführförderer 60-3 und 60-4, die in einem spitzen Winkel an den Bandförderer 10 angrenzen und eine zweite Zuführrichtung 64 definieren.
Wie bei den 3 bis 5 wird wieder davon ausgegangen, dass die Stützfläche 34 exemplarisch in das Gleitbett 20 integriert ist, auch wenn alternativ oder ergänzend die Innenseite 40 des Bands 32 entsprechend mikrostrukturiert sein könnte. Ferner versteht es sich, dass die Oberfläche des Gleitbetts 20 nicht vollständig mikrostrukturiert sein muss. Dies bedeutet, dass die Stützfläche 34 nicht vollflächig vorgesehen werden muss. Im Beispiel der Einspeisung gemäß der 8 empfiehlt es sich, die Mikrostrukturierung vorzugsweise nur abschnittsweise, d.h. im unmittelbaren Bereich 66 der Zuführung, vorzusehen, der in 8 durch Strichlinien angedeutet ist. Der Bereich 66 muss sich nicht über die gesamte Breite des Förderers 10 erstrecken (nicht veranschaulicht). Es reicht aus, den Bereich unmittelbar angrenzend an die seitliche Zuführung zu wählen. In diesen Bereichen 66 besteht die Gefahr, dass das zugeführte Stückgut 30 eine Kraft quer zur Förderrichtung 23 auf das Band 32 überträgt, was darin resultiert, dass das Band 32 seitlich in der Querrichtung Z verschoben wird. Dieser Querversatz kann zu Laufstörungen und Beschädigungen führen, die es zu vermeiden gilt.
Die oben angegebenen Ausführungen zu den Winkeln β und θ bei den 3 und 4 gelten für die Anwendung der seitlichen Zuführung, die exemplarisch in der 8 veranschaulicht ist analog, wobei eine Ausrichtung der Vorzugsrichtung 46 entsprechend anzupassen ist und die Ausrichtung der Förderrichtung 23 erhalten bleibt. Die Vorsprünge 48 sind so auszubilden, dass sie verhindern, dass das Band 32 in der Zuführrichtung ausgelenkt wird, während die Stückgüter 30 in der Zuführrichtung auf das Band 32 bewegt werden.
9 zeigt eine Seitenansicht des Mikromusters der 7 entlang einer Linie IX-IX in 7. Die Förderrichtung 32 weist in der 9 senkrecht in die Zeichnungsebene hinein.
Die Vorsprünge 48 sind so angeordnet, dass sich ein erhöhter Reibwert µ2 entgegen der jeweiligen Zuführrichtung 62 bzw. 64 einstellt. Es versteht sich, dass der Reibwert µ2 richtungsabhängig gemäß der jeweiligen Zuführrichtung 62 bzw. 64 durch die Oberflächenstrukturierung beeinflusst wird. Die Reihen 54 sind in den Bereichen 66 abhängig von der jeweiligen Zuführrichtung 62 bzw. 64 orientiert. Im Bereich der Zuführförderer 60-3 und 60-4 sind die Reihen 54 (in einer Draufsicht) spitzwinklig zur Förderrichtung 23 angeordnet, um mit der zweiten Zuführrichtung 64 einen rechten Winkel zu definieren.
In der 9 ist ferner veranschaulicht, dass die Vorsprünge 48 entlang der Querrichtung Z in der Y-Richtung unterschiedlich hoch ausgebildet sein können, um eine automatische Rückstellung des Bands 32, nach einer durch die Einschleusung verursachten (ungewollten) seitlichen Auslenkung des Bands 32, zu bewirken.
Es versteht sich, dass das Mikromuster gemäß den 3 und 4 und das Mikromuster gemäß den 6 und 8 (oder auch gemäß 9) einander überlagert werden können, um beide Effekte (Antirutsch und seitliche Fixierung) gleichzeitig zu erzielen. Ein daraus resultierendes Mikromuster kann eingesetzt werden, wenn Stückgüter 30 seitlich auf einen Steigbandförderer eingeschleust werden (nicht veranschaulicht).
Ferner ist es möglich, das Mikromuster so auszurichten, dass in den seitlichen Randbereichen des Bands 32 eine rücktreibende Kraft erzeugt wird, die das Band 32 im Falle einer seitlichen Auslenkung nach außen in die Mitte des Bands 32 in der Z-Richtung zurückbewegen.
Es ist klar, dass die Materialien der miteinander in Kontakt stehenden Flächen (Stützfläche 34 und Innenseite 40 des umlaufenden Bands 32) möglichst abriebfest gewählt werden, um die Topografie 44 nicht durch Abrieb zu verschleißen. Wenn die Gleitfläche durch eine Beschichtung realisiert wird, ist die Beschichtung ausreichend dick zu wählen. Vorzugsweise ist die Beschichtung als Klebefolie ausgebildet, die auf das Gleitbett 20 und/oder die Innenseite 40 des Bands 32 (nachträglich) aufgebracht werden kann.
Ferner versteht es sich, dass neben der oben diskutierten Zahn- und Pyramidenform andere (Querschnitts-)Formen für die Vorsprünge 48 möglich sind. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, die richtungsspezifische Optimierung des Reibwerts, der in einer ersten Richtung erhöht, aber auch erniedrigt, ist und in einer entgegengesetzten Richtung geringer, bzw. größer, ist.
Auch die Form der Anordnung der Vorsprünge 48 ist variabel. Oben wurden Reihenanordnung näher betrachtet. Es ist aber möglich, anders angeordnete Vorsprünge 48 zu gruppieren, die die gleiche Funktionalisierung der (Material-)Oberfläche bewirken.
Bezugszeichenliste:

10: Bandförderer
12: (Grund-)Gestell
14: Antrieb
16: Zugmittel
18: Umlenkeinrichtung
20: Gleitbett
22: Spanneinrichtung
23: Förderrichtung
24: Führungseinrichtung
26: Motor
28: (Antriebs-)Rolle
29: Tragplatte
30: Stückgut
31: Oberseite von 29
32: Band
34: Stützfläche
36: Obertrum
38: Untertrum
40: Innenseite von 32
42: Außenseite von 32
44: Topografie
46: Vorzugsrichtung
48: Vorsprung bzw. Erhebung50 1. Flanke
52: 2. Flanke
54: Reihe
56: (Reihen-)Abstand
58: Zahnabstand
60: Zuführförderer
62: 1. Zuführrichtung
64: 2. Zuführrichtung
66: Zuführbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011011734 B4 [0056]

Claims

Bandförderer (10) mit einem richtungsspezifisch optimierten Reibwert, der aufweist: ein Gleitbett (20) mit einer Stützfläche (34); und ein Band (32), das in Kontakt mit der Stützfläche (34), während ein auf einer Außenseite (42) des Bands (32) ruhendes Stückgut (30) in einer Förderrichtung (23) stromabwärts transportiert wird, entlang der Förderrichtung (23) gleitend über die Stützfläche (34) hinweg bewegt wird; wobei eine Oberfläche der Stützfläche (34) und/oder eine Innenseite des Bands (32) eine Topografie (44) mit einem in einer Vorzugsrichtung (46), die sich von der Förderrichtung (23) unterscheidet, erhöhten Reibwert aufweist.
Bandförderer (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorzugsrichtung entgegengesetzt, spitzwinklig schräg oder senkrecht zur Förderrichtung (23) orientiert ist.
Bandförderer (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Topografie (44) durch das direkte Laserinterferenzstrukturierungsverfahren hergestellt ist.
Bandförderer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Topografie (44) ein Mikromuster im Mikrometer- und Submikrometerbereich aufweist.
Bandförderer (10) nach Anspruch 4, wobei das Mikromuster aus einer Vielzahl von Vorsprüngen (48) gebildet ist.
Bandförderer (10) nach Anspruch 5, wobei die Vorsprünge (48) in Reihen (54) angeordnet sind.
Bandförderer (10) nach Anspruch 6, wobei die Reihen (54) senkrecht zur Förderrichtung (23) ausgerichtet sind.
Bandförderer (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Vorsprünge (48) zahnförmig ausgebildet sind, und wobei die Vorsprünge (48) jeweils vorzugsweise eine erste Flanke (50), die in der Förderrichtung (23) weniger steil als eine zweite Flanke (52) ansteigt, und die zweite Flanke (52) umfassen, die sich in der Förderrichtung (23) an die erste Flanke (50) anschließt.
Bandförderer (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Vorsprünge (48) pyramidenförmig ausgebildet sind, und wobei die Vorsprünge (48) jeweils vorzugsweise eine erste Flanke (50), die entgegengesetzt zu einer Zuführrichtung (62, 64) weniger steil als eine zweite Flanke (52), die in der Zuführrichtung (62, 64) vor der ersten Flanke (50) angeordnet ist, ansteigt, und die zweite Flanke (52) umfassen.
Bandförderer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Topografie (44) in einer Beschichtung ausgebildet ist.
Bandförderer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Topografie (44) in das Gleitbett (20) integriert ist.
Bandförderer (10) nach Anspruch 11, wobei die Topografie (44) lediglich in einem Bereich (66) von seitlich angeordneten Zuführförderern (60) vorgesehen ist.
Bandförderer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Topografie (44) in das Band (32) integriert ist.