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.

Seitenansicht des Steigbands 4.3 als Schema: Das Band steigt von links unten nach rechts oben um 10 Grad gegen die Waagerechte. Unten links die Umlenktrommel, oben rechts die Antriebstrommel mit 200 mm Durchmesser, daneben das Getriebe und darunter der Motor M1, zusammen der Getriebemotor. Die Förderlänge von Trommelmitte zu Trommelmitte beträgt 14 m. Auf einem Ausschnitt des Gurts liegen zwei Wannen mit Koffern, von Wannenanfang zu Wannenanfang 2,4 m, der übrige Gurt ist ohne Wannen gezeichnet. Ein Pfeil bergauf zeigt die Bandgeschwindigkeit v = 1,4 m/s. Lichtschranke B1 sitzt am Einlauf unten, B2 am Auslauf oben. Keine Kräfte.Steigband 4.3 in der SeitenansichtSchema mit Maßen, ohne Kräftevon 4.210°14 m2,4 mv = 1,4 m/sGetriebeM3~-M1GetriebemotorAntriebstrommelØ 200 mmUmlenktrommel-B1-B2Eigene Darstellung für den Unterricht.
Steigband 4.3 in der Seitenansicht als Schema: Förderlänge 14 m, Neigung 10° gegen die Waagerechte, Förderrichtung bergauf, Bandgeschwindigkeit 1,4 m/s. Oben die Antriebstrommel mit 200 mm Durchmesser und der Getriebemotor -M1 daneben, unten die Umlenktrommel. Auf dem Gurt ein Ausschnitt mit zwei Wannen im Abstand von 2,4 m, gemessen von Wannenanfang zu Wannenanfang, der Rest des Gurts ohne Wannen gezeichnet. Lichtschranken -B1 am Einlauf unten und -B2 am Auslauf oben. Mit Maßen, ohne Kräfte. Eigene Darstellung für den Unterricht.

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

Vorlage für das Strukturbild des Antriebs Steigband 4.3: fünf leere Kästen in einer waagerechten Reihe von links nach rechts und ein sechster leerer Kasten mittig darüber. Links der Anschluss UV-K4, 400/230 V 50 Hz, rechts die Wanne. Zwischen den Kästen Platz für Pfeile, keine Pfeile vorgezeichnet. Darunter eine Legende mit zwei leeren Feldern für die Linienarten Energiefluss und Signalfluss.Steigband 4.3 · Strukturbild · VorlageTrag die Glieder, Kennzeichen und Pfeile selbst einUV-K4,400/230 V 50 HzWanneEnergieflussSignalfluss…………………………Eigene Darstellung für den Unterricht.
Vorlage Strukturbild Antrieb Steigband 4.3: sechs leere Kästen, fünf davon in einer waagerechten Reihe von links nach rechts, einer darüber mittig. Zwischen den Kästen leere Verbindungsstellen für Pfeile, am linken Rand der Anschluss „UV-K4, 400/230 V 50 Hz“, am rechten Rand „Wanne“. Unter der Reihe eine Legende mit zwei leeren Linienarten zum Eintragen: Energiefluss und Signalfluss. Ohne Beschriftung der Kästen. Eigene Darstellung für den Unterricht.

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.

Wirkungsplan der Torsteuerung Tor 4 aus Lernfeld 3 als Steuerkette, von links nach rechts: Eingangsgröße Befehl Tor auf am Taster, Block Steuereinrichtung mit den Schützen -Q1 und -Q2, Block Steuerstrecke mit Torantrieb und Motor -M1, Ausgangsgröße Torstellung. Die Wirkungslinien laufen waagerecht mit Pfeilspitzen nach rechts, keine Linie führt zurück.Tor 4 · SteuerketteErinnerung aus Lernfeld 3SteuereinrichtungSchütze -Q1, -Q2SteuerstreckeTorantrieb, Motor -M1Eingangsgröße wBefehl „Tor auf“am TasterStellgröße yMotorspannungAusgangsgröße xTorstellungDas Signal läuft nur in eine Richtung, keine Linie führt zurück.Eigene Darstellung für den Unterricht.
Zur Erinnerung aus Lernfeld 3: Wirkungsplan der Torsteuerung Tor 4 als Steuerkette. Von links nach rechts der Befehl „Tor auf“ am Taster, die Steuereinrichtung mit den Schützen -Q1 und -Q2, die Stellgröße y als Motorspannung, die Steuerstrecke mit Torantrieb und Motor -M1 und die Torstellung als Ausgangsgröße x, mit denselben Zeichen wie in Lernfeld 3; Wirkungslinien waagerecht mit Pfeilspitzen, keine Linie zurück. Eigene Darstellung für den Unterricht.

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?