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f+h fördern und heben 1-2/2020

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f+h fördern und heben 1-2/2020

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG TU CHEMNITZ ERFORSCHT ERMÜDUNGSVERHALTEN VON BAUTEILEN AUS WPC IN FÖRDERSYSTEMEN Bereits in einem vorangegangenen Projekt haben Forscher der TU Chemnitz den Werkstoff Wood Polymer Composite (WPC) genauer unter die Lupe genommen: In umfangreichen Untersuchungen und Tests ermittelten sie die mechanischen Kennwerte und das Langzeitverhalten des Holzverbundwerkstoffs. In einem Nachfolgeprojekt soll jetzt das „Ermüdungsverhalten von Bauteilen aus Wood Polymer Composite im Anwendungsfeld der Fördertechnik“ erforscht werden. 1 2 DIE AUSGANGSSITUATION Der aus 70 Gew.-% (Massenanteil) Holz bestehende polymergebundene Holzwerkstoff (engl. Wood Polymer Composite, kurz: WPC) erfüllt die wachsenden Anforderungen an Funktionsintegration, Nachhaltigkeit und stofflicher Wiederverwertung als Kon struktionswerkstoff für mittlere bis geringe Lasten. Damit erweitert er die Produktpalette der Holzwerkstoffe vor allem für Anwendungen in der Intralogistik und des Maschinenbaus. In einem aktuellen Forschungsprojekt der TU Chemnitz soll nun den bisher noch offenen Fragestellungen zum Ermüdungsverhalten der WPC-Werkstoffe im Anwendungsfeld der Fördertechnik nachgegangen werden. DIE MOTIVATION WPC wird u. a. in der Direktextrusion zu geometrisch vielfältigen Profilen verarbeitet. In der Fördertechnik sind WPC-Extrusionsprofile wegen ihrer Eigenschaftskombination aus guten mechanischen und tribologisch vorteilhaften Eigenschaften für Gleitleisten und Gestellprofile interessant. Diese besitzen damit das Potenzial Aluminiumprofile im unteren bis mittleren Lastbereich und Gleitleisten aus hochmolekularen Kunststoffen zu ersetzen. 26 f+h 2020/01-02 www.foerdern-und-heben.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 3 4 5 DER FORSCHUNGSGEGENSTAND Hängefördersysteme kommen in vielen Industriebereichen zum Einsatz, bei denen Bauteile mit geringem Stückgewicht transportiert werden, u. a. in der Textilindustrie und der Automobilindustrie. In der konventionellen Bauweise ist das Herzstück des Hängefördersystems eine tragende Gleitleiste aus Aluminium oder Stahl. Am Prototyp des Hängefördersystems der TU Chemnitz wurde das Aluminiumprofil durch ein kombiniertes Trag- und Gleitelement aus dem polymergebundenem Holzwerkstoff WPC ersetzt. Die stetige Weiterentwicklung einzelner Komponenten des Fördersystems und regelmäßige Testläufe zeigten vielversprechende Resultate. DIE PROBLEMSTELLUNG Problematisch ist, dass die viskoelastischen Materialeigenschaften von WPC zu Kriech- und Relaxationserscheinungen führen, die die Gebrauchseigenschaften für die Nutzungsperiode des Fördersystems nachteilig beeinflussen können. Dauerhafte dynamische Beanspruchungen, wie sie in der konkreten Anwendung auftreten, führen zu bisher noch unbekannten Ermüdungserscheinungen. Um den industriellen Einsatz zu realisieren und die sicherheitsrelevante Auslegung der WPC- Systemprofile sicherzustellen, muss das Ermüdungsverhalten des Werkstoffs bzw. der Systemprofile bekannt und berechenbar sein. DER PROJEKTINHALT Im Projekt „Ermüdungsverhalten von Bauteilen aus WPC im Anwendungsfeld der Fördertechnik“ werden die Einsatzgrenzen unter langzeitstatischer und dynamischer Beanspruchung des WPC-Systemprofils als Trag- und Gleitelement im Hängefördersystem erarbeitet. Gemäß der zu erwartenden Belastungsszenarien des Trag- und Gleitelements steht die Dreipunktbiegung als kritische Beanspruchung im Fokus der mechanischen Untersuchungen des WPC-Systemprofils. Um eine Aussage zu den langzeitstatischen und -dynamischen Eigenschaften der Aufhängung des WPC-Systemprofils mithilfe von Quergewindebolzen an das Stahlgestell treffen zu können, wird die Verbindungsstelle in die langzeitstatischen/-dynamischen Untersuchungen mit eingebunden. Für die Materialcharakteristik werden Modelle aus der Holzwerkstoff- und Kunststoffbranche angewendet. Die Herausforderung besteht darin die Gültigkeit eines Kurzversuches für das Material zu erarbeiten, mit dem zeit- und kostenintensive Langzeitversuche abkürzt werden können. In einem abschließenden Dauerlauftest mit Überwachung der Kriechneigung der WPC-Systemprofile und dem Lockern der Schraubverbindung werden die WPC-Systemprofile unter nahezu realen Einsatzbedingungen überwacht. 7 Am Projekt sind neben der Professur Förder- und Materialflusstechnik der TU Chemnitz die Forschungsinstitute IHD Dresden und das Fraunhofer IMWS Halle beteiligt. Mit ihrem Know-how zu langzeitmechanischen Eigenschaften von Holz- Polymer-Werkstoffen unterstützen sie bei der langzeitstatischen Bauteilprüfung und Materialcharakterisierung. Der Projektpartner Novo-Tech GmbH & Co. KG übernimmt neben der Herstellung der WPC-Trag- und -Gleitelemente die rezeptur- und verfahrenstechnische Überarbeitung des Produkts, um die Einhaltung enger Toleranzvorgaben sicherzustellen. An der TU Chemnitz werden sowohl die statischen und dynamischen Bauteil- und Materialprüfungen als auch der Dauerlauftest am Hängefördersystem durchgeführt. 8 DIE PROJEKTPARTNER DER FÖRDERHINWEIS Das Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert und von der Fachagentur nachwachsender Rohstoffe (FNR) betreut. Fotos: TU Chemnitz, Professur Förder- und Materialflusstechnik, Dipl.-Ing. A. Schmieder Autoren: Dipl.-Ing. Christine Schubert ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Anwendungstechnik Erneuerbarer Werkstoffe (AEW) am Institut für Fördertechnik und Kunststoffe an der Professur Förder- und Materialfluss technik der TU Chemnitz. Dr.-Ing. Sven Eichhorn ist Leiter der Forschungsgruppe Anwendungstechnik Erneuerbarer Werkstoffe (AEW) an der Professur Förder- und Materialflusstechnik der TU Chemnitz. Prof. Dr.-Ing. Markus Golder ist Leiter der Professur für Förder- und Materialflusstechnik an der TU Chemnitz www.tu-chemnitz.de 6 DAS PROJEKTZIEL Ziel ist es, die Ermüdungsgrenzen in Form von Abminderungsfaktoren für das WPC-Systemprofil zu erarbeiten, mit denen der Ingenieur die spätere Auslegung des WPC-Tragund -Gleitelements für eine definierte Nutzungsdauer vornehmen kann. Im umgekehrten Fall liefern die Langzeituntersuchungen Informationen zur Grenzlast und Belastungsdauer des WPC-Trag- und -Gleitprofils. Auf Basis dieser Ermüdungsgrenzen wird das WPC-Trag- und -Gleitelement hinreichend genau für eine bestimmte Nutzungsperiode ausgelegt. Zugleich lassen sich unrentable Überdimensionierungen vermeiden. Ausschnitt aus dem Hängefördersystem mit Sicht auf das kombinierte Trag- und Gleitelement auf Basis des Bioverbundwerkstoffs WPC www.foerdern-und-heben.de f+h 2020/01-02 27

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