Hier wird aus einem Band, das man sehen kann, eine Rechnung, mit der man einen Motor bestellen kann. Nimm dir die Anlagendaten und die Seitenansicht des Steigbands dazu.
Schritt 2 von 3. Du zerlegst den Antrieb in seine Glieder, bestimmst die Last, rechnest vom Band bis zum Motor und zeichnest den Wirkungsplan als Steuerkette.
Danach: Rechenwege und Lösungen zu Teil 1
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Gerechnet wird vom Band zum Motor: erst die Last, dann die Kraft, dann Drehmoment und Drehzahl an der Trommel, zuletzt der Motor.
Am Ende hast du: Strukturbild und Lastdatenblatt des Antriebs Steigband 4.3, dazu der Wirkungsplan als Steuerkette
Alle Aufgaben beziehen sich auf das Steigband 4.3 nach dem Umbau, auf die gegebenen Werte weiter unten und auf die Anlagendaten in der Lektion „Der Projektauftrag“. Rechne mit ungerundeten Zwischenwerten und runde erst im Ergebnis. Wo du einen Wert einträgst, schreibst du die Einheit und die Quelle dazu.
Erst du, dann die anderen
Wie kommst du an die Masse, die auf dem Band liegt? Den Wert gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Wiegen. Du hältst das Band in der Spitzenstunde an, nimmst die Wannen herunter und wiegst sie. Genauer geht es nicht, aber nur für diesen einen Augenblick, und das Band steht dafür still, mitten in der Zeit, in der es am dringendsten gebraucht wird.
- Die Höchstlast ausrechnen. Aus Förderlänge und Wannenteilung folgt, wie viele Wannen höchstens auf dem Band liegen, und jede bekommt einen Koffer mit der zulässigen Höchstmasse. Damit liegt ihr sicher auf der guten Seite, aber der Fall, dass jede Wanne gleichzeitig einen 32-kg-Koffer trägt, kommt kaum vor, und der Motor wird größer als im Alltag nötig.
- Den Mittelwert aus der Tagesstatistik nehmen. Die Gepäcklogistik kennt über die RFID-Etiketten die Masse jedes Gepäckstücks. Der Mittelwert führt zu einem sparsamen Motor und passt zum Energieverbrauch über das Jahr, sagt aber nichts über die schwerste Minute der Spitzenstunde.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Steigband 4.3 nach dem Umbau · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Steigband 4.3 nach dem Umbau
- Förderlänge
- 14 m, gemessen längs des Gurts von Trommelmitte zu Trommelmitte
- Neigung
- 10° gegen die Waagerechte, Förderrichtung bergauf
- Bandgeschwindigkeit
- 1,4 m/s
- Wannenteilung
- 2,4 m, gemessen von Wannenanfang zu Wannenanfang
- Wannenmasse
- 9 kg je leere Wanne
- Koffermasse
- 5 kg bis 32 kg je Wanne, ein Gepäckstück je Wanne; 32 kg ist die zulässige Höchstmasse eines Gepäckstücks
- Fahrwiderstandszahl
- μ = 0,05, bezogen auf die Normalkraft
- Antriebstrommel
- Durchmesser dT = 200 mm
- Getriebe
- Stirnradgetriebe, Wirkungsgrad ηG = 0,9; lieferbare Übersetzungen der Baureihe: 8,0 · 9,1 · 10,8 · 12,6 · 14,6
- Motor
- vierpoliger Dreiphasen-Asynchronmotor, vorgesehene Drehzahl bei Bemessungslast nM = 1.440 1/min
- Normreihe Bemessungsleistung
- 0,37 kW · 0,55 kW · 0,75 kW · 1,1 kW · 1,5 kW · 2,2 kW
- Fallbeschleunigung
- g = 9,81 m/s²
- Spitzenstunde
- 2.000 Wannen je Stunde verlangt die Gepäcklogistik für Abschnitt 4 (Unterrichtswert für die Auslegung der Zuführung)
- Bauteile nach dem Umbau
- Zuleitung aus der UV-K4 (TN-S 400/230 V 50 Hz) mit Leitungsschutzschalter -F1, Frequenzumrichter -T1, Motor -M1, Stirnradgetriebe, Antriebstrommel, Gurt mit Wannen und Gepäck, Anlagensteuerung -K1 der Gepäcklogistik mit den Lichtschranken -B1 und -B2
- Heute
- Ein Schütz -Q1 schaltet den Motor direkt ein und aus, ein Motorschutzschalter sitzt davor. Die Anlagensteuerung -K1 gibt den Befehl.
So hat die Elektrowerkstatt der Instandhaltung das Steigband aufgenommen. Die Getriebebaureihe und die Normreihe stehen im Katalog der Werkstatt. Alle Werte sind für den Unterricht konstruiert.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Strukturbild und Lastdatenblatt des Antriebs Steigband 4.3, dazu der Wirkungsplan als Steuerkette
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Strukturbild des Antriebs vom Anschluss in der UV-K4 bis zur Wanne, mit Kennzeichen, Energiefluss und Signalfluss
- dem Lastdatenblatt mit Masse, Zugkraft, Drehmoment an der Trommel, Leistung an Trommel und Motor, Trommeldrehzahl, Übersetzung, Motordrehzahl und Motormoment
- der gewählten Bemessungsleistung und dem gewählten Getriebe, jeweils mit Begründung
- dem Wirkungsplan des Steigbands als Steuerkette mit den Zeichen der Karte „Größen im Regelkreis“
Zur Dokumentation
Jeder Wert mit Formelzeichen, Einheit und Quelle: Anlagendaten, eigene Rechnung mit Aufgabennummer oder Annahme des Teams. Jede Annahme steht als Annahme da, mit einem Satz, weshalb ihr sie getroffen habt. Die Kennzeichen im Strukturbild sind dieselben wie im Übersichtsplan.
Abgenommen wird es am Ende von Teil 1 durch ein anderes Team, danach von der Projektleitung abgezeichnet. Das Lastdatenblatt ist die Grundlage für die Auswahl in Teil 2 und damit für Meilenstein M1.
Aufgabe 1.1
Zerlege den Antrieb des Steigbands 4.3 in seine Glieder:
- Nenne die Glieder, aus denen ein Antriebssystem besteht.
- Ordne jedes Bauteil aus den gegebenen Werten einem Glied zu.
- Zeichne das Strukturbild als Blockkette in die Vorlage.
- Kennzeichne, wo Energie fließt und wo nur Signale fließen.
- Vergleiche das Stellglied von heute mit dem Stellglied nach dem Umbau.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Antriebssystem · Antriebstechnik · Stellglied · Frequenzumrichter · Getriebe
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.2
Bestimme, wie viele Wannen das Steigband fördert und wie schwer es dabei wird:
- Berechne, wie viele Wannen das Band in einer Stunde fördert.
- Vergleiche das Ergebnis mit der Anforderung der Spitzenstunde.
- Ermittle, wie viele Wannen höchstens zur selben Zeit auf dem Band liegen.
- Entscheide im Team, mit welcher Koffermasse ihr auslegt.
- Berechne die Masse auf dem Band bei voller Belegung.
- Berechne die Masse auf dem Band, wenn nur leere Wannen fahren.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Masse · Geschwindigkeit · Gleichförmige Bewegung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.3
Berechne die Kraft, mit der der Gurt die Last das Steigband hinaufzieht:
- Skizziere an einer Wanne auf dem Band die Gewichtskraft, die Hangabtriebskraft, die Normalkraft und den Fahrwiderstand.
- Berechne die Gewichtskraft der vollen Belegung.
- Berechne die Hangabtriebskraft.
- Berechne die Normalkraft.
- Berechne den Fahrwiderstand.
- Berechne die Zugkraft für das voll belegte und für das leere Band.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Gewichtskraft · Schiefe Ebene · Hangabtriebskraft · Normalkraft · Reibung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.4
Bestimme die Leistung, die der Antrieb liefern muss:
- Berechne die Leistung an der Trommel für das voll belegte Band.
- Berechne die Leistung, die der Motor über das Getriebe mindestens abgeben muss.
- Wähle aus der Normreihe die Bemessungsleistung des Motors.
- Begründe deine Wahl in einem Satz.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Mechanische Leistung · Wirkungsgrad · Getriebe · Bemessungsleistung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.5
Bestimme, wie schnell sich die Trommel dreht und welches Getriebe zwischen Motor und Trommel gehört:
- Berechne die Drehzahl der Antriebstrommel in 1/min.
- Berechne die Übersetzung, die das Getriebe rechnerisch haben muss.
- Wähle eine Übersetzung aus der Baureihe.
- Berechne die Bandgeschwindigkeit, die sich mit diesem Getriebe ergibt.
- Beurteile, ob das Band damit die Spitzenstunde noch schafft.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Umfangsgeschwindigkeit · Drehzahl · Übersetzungsverhältnis · Getriebe
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.6
Bestimme die Drehmomente an Trommel und Motor:
- Berechne das Drehmoment an der Antriebstrommel für das voll belegte Band.
- Berechne das Drehmoment, das der Motor über das gewählte Getriebe abgeben muss.
- Berechne das Bemessungsmoment eines Motors mit der Bemessungsleistung aus Aufgabe 1.4 bei der vorgesehenen Motordrehzahl.
- Vergleiche Motormoment und Bemessungsmoment.
- Gib die Auslastung des Motors in Prozent an.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Drehmoment · Hebelarm · Bemessungsmoment · Leistung und Drehmoment
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.7
In Lernfeld 3 hast du am Tor 4 eine Steuerkette gezeichnet. Die Zeichen für die Größen findest du auf der Karte „Größen im Regelkreis“ in der Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“ unter „Bevor du loslegst“. Nimm sie beim Zeichnen daneben.
Zeichne den Wirkungsplan des Steigbands 4.3 nach dem Umbau als Steuerkette:
- Zeichne die Blöcke der Steuerkette von der Anlagensteuerung bis zum Band.
- Beschrifte die Eingangsgröße mit Namen, Zeichen und Einheit.
- Beschrifte die Ausgangsgröße mit Namen, Zeichen und Einheit.
- Trage die Stellgröße ein.
- Zeichne ein, wo die Kofferlast als Störgröße angreift.
- Erkläre in zwei Sätzen, was die Steuerkette tut, wenn eine schwere Wanne das Band bremst.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Wirkungsplan · Steuerkette · Steuerung · Regelung · Führungsgröße · Störgröße
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.8
Stelle das Lastdatenblatt des Steigbands 4.3 für die Antriebsplanung zusammen:
- Übertrage deine Ergebnisse aus den Aufgaben 1.2 bis 1.6 in die Tabelle.
- Ergänze zu jedem Wert Formelzeichen, Einheit und Quelle.
- Kennzeichne jede Annahme, die dein Team getroffen hat.
- Nenne die Betriebsfälle, die dein Lastdatenblatt nicht abdeckt.
- Formuliere drei Anforderungen, die der Ersatzmotor in Teil 2 erfüllen muss.
| Größe | Formelzeichen | Wert | Einheit | Quelle oder Annahme |
|---|---|---|---|---|
| Masse, voll belegt | ||||
| Masse, leer | ||||
| Zugkraft, voll belegt | ||||
| Zugkraft, leer | ||||
| Drehmoment an der Trommel | ||||
| Leistung an der Trommel | ||||
| Leistung am Motor, mindestens | ||||
| Bemessungsleistung, gewählt | ||||
| Trommeldrehzahl | ||||
| Übersetzung, gewählt | ||||
| Motordrehzahl | ||||
| Motormoment, voll belegt | ||||
| Bemessungsmoment |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Bemessungsdaten · Betriebsarten · Formelzeichen · Einheiten
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Die Lage ändert sich
Die Gepäcklogistik meldet: Eine große Fluggesellschaft erlaubt künftig 32 kg Freigepäck auch im günstigsten Tarif. In der Spitzenstunde trägt danach jede zweite Wanne einen Koffer mit 32 kg, die übrigen im Mittel 20 kg.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, ob die Werte deines Lastdatenblatts für diese Belegung reichen.
- Vergleiche die neue Belegung mit der Last, mit der dein Team ausgelegt hat.
- Entscheide, ob du am Lastdatenblatt etwas änderst, und begründe es.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.
Vergleiche zum Schluss deine Schätzung aus der Auftragslektion mit deiner Rechnung. Lag sie in der richtigen Größenordnung? Wenn nicht: woran lag es?