Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Energieoptimierte Auslegung von Förderanlagen durch Simulation des EIndrückrollwiderstandes

Der entlang einer Gurtförderstrecke auftretende Eindrückrollwiderstand stellt oftmals den wesentlichen Bestandteil am Bewegungswiderstand einer Förderanlage dar und ist somit auch direkt für den Energieverbrauch zum Betrieb dieser verantwortlich. Gerade im Hinblick auf KMUs stellen die Anschaffungs- und Betriebskosten von Förderanlagen einen erheblichen Faktor dar. Durch die Reduzierung des Bewegungswiderstandes bzw. des Eindrückrollwiderstandes könnten somit die installierten Antriebsleistungen deutlich verringert werden, wodurch ein energieeffizienter Betrieb insbesondere für KMUs ermöglicht werden kann.

Die Entwicklung von energieoptimierten Fördergurten ist aufgrund der vielfältigen Einflussgrößen sehr zeit- und kostenintensiv. Daher soll in dem geplanten Forschungsvorhaben ein alternatives Verfahren entwickelt werden, welches anhand von kleinskaligen Materialproben eine Berechnung des für die Anlagenauslegung relevanten Eindrückrollwiderstandes ermöglicht. Hierbei stehen vor allem die Variation der Gurtparameter sowie der Einfluss der Umgebungstemperaturen im Fokus der Untersuchungen.

Durch die simulative Berechnung des Eindrückrollwiderstandes von Fördergurten wird es ermöglicht eine energieoptimierte Anlagenauslegung zu erreichen, da nun der Fördergurt kosten- und zeiteffizient entwickelt bzw. optimal ausgewählt werden kann. Die Reduzierung des Eindrückrollwiderstandes und die hiermit verbundene Energieeinsparung sowohl Capex als auch Opex zur positiven beeinflussen von Förderanlagen.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden Verfahren untersucht, die es ermöglichen die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren zu ermitteln. Hierbei wurden statische und dynamische Verfahren angewendet, um benötigte Simulationsparameter zu berechnen. Durch ein iterativ, simulatives Vorgehen wurden die Prüfverfahren nachsimuliert und durch Anpassung der Simulationsparameter eine sehr gute Korrelation zwischen real durchgeführten und simulierten Ergebnissen erreicht. Somit konnten die ermittelten Simulationsparameter validiert werden. Darauf aufbauend wurden Gurtmodelle, welche das Verhalten am Eindrückrollwiderstands Prüfstands des ITAs nachbilden sollen, entwickelt und deren Rahmenbedingungen entsprechend gesetzt. Durch die Simulation unterschiedlich komplexer Modelle haben sich deren Vor- und Nachteile gezeigt. Die Genauigkeit der Ergebnisse war hierbei ein wichtiges Kriterium. Zur Untersuchung von Effekten am Rand des Gurtes in der Simulation und deren Auswirkung auf die Ergebnisse, wurden ebenfalls breitere Modelle untersucht. Hier hat sich gezeigt, dass diese keinen signifikanten Vorteil erbringen, bei gleichzeitig deutlich erhöhter Rechenlaufzeit. Die Ergebnisse der Simulation wurden mit realen ERW Messung verglichen, um die Ergebnisse zu validieren. Hierbei wurde deutlich, dass das zuvor beschriebene Verfahren dazu geeignet ist, aus Elastomerproben von Fördergurten den Eindrückrollwiderstand simulativ für einen Temperaturbereich von 0 °C bis 20 °C ausreichend genau zu berechnen. Ober- und Unterhalb weichen die Ergebnisse, um mehr als 10 % ab. Hierzu Bedarf es weiterer Nachforschungen. Das dargestellte Vorgehen zur Ermittlung der Parameter sowie der beschriebene Aufbau der Modelle ist nachvollziehbar und kann bspw. von Gurtherstellern und KMU aus dem Bereich der Anlagenbetreiber zur Auslegung von Anlagen umgesetzt werden.