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01.06.2017

FH-Forscher entwickeln passiven Kettenschutz

FEM-Simulation hilft dem Mittelstand bei der Optimierung von Förderanlagen

Soest. Die Ketten sind in einer Förderanlage von zentraler Bedeutung. Besonders bei größeren Anlagen muss dieses technische Bauteil teils unregelmäßig starken Belastungen standhalten. Bricht die Kette, sind meistens ein kostspieliger Betriebsausfall und aufwändige Reparaturen die Folge. Im Rahmen eines ZIM- Kooperationsprojekts mit der DI MATTEO Förderanlagen GmbH & Co. KG, entwickelten Forscher der Fachhochschule Südwestfalen eine innovative mechanische Überlastsicherung für Kettenförderer.

Besonders beim Einsatz in der Abfallwirtschaft sind Förderketten seltenen, aber großen Missbrauchslasten ausgesetzt. Der Abfall wird nicht kontinuierlich, sondern in Intervallen und mit unterschiedlichem Gewicht befördert. Nicht selten befinden sich große und harte Teile aus Metall oder Stein im Förderkanal, die zum Kettenbruch führen können. Auf Anregung von Dr.-Ing. Luigi Di Matteo, Geschäftsführer der DI MATTEO Gruppe aus Beckum, machte sich ein Team der Fachhochschule Südwestfalen, Fachbereich Maschinenbau- Automatisierungstechnik in Soest, unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Alfons Noe, daran, eine mechanische Überlastsicherung zu entwickeln. Dem vorausgegangenen war eine Analyse tatsächlicher Kettenbrüche. Daraus ist der Entwurf für eine Neukonstruktion des Kettenglied-Mitnehmer-Systems für einen rein mechanischen, passiven Kettenschutz entstanden, der mit der Finiten- Elemente-Methode (FEM) im Labor für Technische Mechanik und Simulation hinsichtlich Funktion und Festigkeit analysiert und optimiert wurde. Durch Versuche mit den neu konstruierten Modulen im Labor für Werkstofftechnik des Fachbereichs unter Leitung von Prof. Dr. Anne Suse Schulz-Beenken wurden die berechneten Eigenschaften geprüft und Optimierungsmöglichkeiten gefunden. An den Forschungsarbeiten beteiligt waren wissenschaftliche Mitarbeiter und Maschinenbau-Studierende. In der letzten Projektphase wurde die Neukonstruktion mit realitätsgerechten Systemversuchen in einer bestehenden Förderanlage des Kooperationspartners DI MATTEO gemeinsam mit Dr. Dominik Aufderheide, Leiter Automatisierung und Forschung bei DI MATTEO, umgesetzt und dort auf ihre Praxistauglichkeit überprüft.

Die Abbildung zeigt einen Vergleich von FEM-Simulation und Laborversuch für den Rutsch- und Abwälzvorgang beim aktivierten passiven Kettenschutz.

Die enge Verzahnung von Wissenschaft und Praxis wird an der Fachhochschule groß geschrieben. Doch bevor der Industriepartner die in den Labors entstandene Innovation wirtschaftlich verwerten kann, war ein großes Maß an Forschungsleistung gefragt. Da sich die genaue Modellbildung der reibungsbehafteten Kontaktzonen beim Rutsch- und Wälzvorgang zwischen Kettenglied und Mitnehmer als wesentliche Voraussetzung für wirklichkeitsgerechte FEM-Simulationen erweist, wurde in einem mehrstufigen Verfahren zunächst ein sehr detailliertes Sub-Modul aufgebaut, um dessen Ergebnisse in FEM-Systemsimulationen mit geringerem Detailgrad zu verwenden. Die FEM-Simulation erwies sich deshalb als Herausforderung, weil bei einer großen Missbrauchsbelastung die Kinematik des Wälzens und Rutschens, die Reibung und die Kräfte hochgradig nichtlinear zusammenwirken.

Im Einzelnen wurden durch FEM-Simulationen mit einem Kontaktersatzmodell die entscheidenden Kontaktparameter bestimmt. Mit den so gefundenen Einstellungen wurden danach mehrteilige Kinematikmodelle zur geometrischen Optimierung der verbauten Komponenten erstellt. Nachdem hierdurch eine geeignete Geometrie gefunden wurde, wurden die Spannungsermittlungen mit umfangreichen elastisch-plastischen Festigkeitsanalysen sowie komplexen Mehrkörper-FEM-Modellen mit Kontaktbindungen im expliziten Modus für den Differenzialgleichungslöser durchgeführt. Hierdurch wurden genaue Aussagen über die Belastbarkeit des neuen Systems und das Funktionieren der Idee eines mechanischen, passiven Kettenschutzsystems im Überlastfall gewonnen.

Um das Kernmodul der Neuentwicklung bei großen asymmetrischen Belastungen im Laborversuch zu validieren, ohne neue teure Prüfmaschinen beschaffen zu müssen, wurden eigens spezielle Halterungen und Messaufbauten entworfen, realisiert, kalibriert und angewendet. Für die Überprüfung der Innovation mussten Missbrauchslasten kontinuierlich bis zum Bruch gesteigert werden. Sowohl die gute Übereinstimmung der Bewegungsabläufe und Verformungen in Messung und Berechnung als auch die Kraftunterschiede bis nur etwa 15 Prozent waren der Auslöser für den letzten, entscheidenden Entwicklungsschritt, die Validierungstests des neuartigen Kettenglied-Mitnehmer-Systems mit methodisch variierten Systemversuchen in einer Förderanlage im Technikum des Kooperationspartners DI MATTEO. Nach einer ersten Versuchsreihe wurden realitätsgerechte Versuche mit Hausmüll und eingesetzten sperrigen Hindernissen durchgeführt. Kettenbrüche sind bei keinem der Versuche eingetreten. Dank der Neuentwicklung fällt der Anstieg der Missbrauchskraft wesentlich langsamer aus. Diese weist jetzt ein gut erkennbares Muster auf, das Messsignale für die wichtige Notaus-Abschaltung der Förderanlage senden könnte.

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01.08.2017

Optimierungen im Sinne der Studierenden

Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Fachhochschule Südwestfalen in Hagen nimmt Änderungen bei Bachelor-Studiengängen vor

Hagen. Der Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Fachhochschule Südwestfalen in Hagen hat grundlegende Optimierungen bei seinen Bachelor-Studiengängen Technische Informatik, Elektrotechnik und Medizintechnik vorgenommen. Damit reagiert der Fachbereich auf Evaluationsergebnisse.

27.07.2017

Fasziniert vom Roboter

Ferienkurs an der Fachhochschule Südwestfalen gleich beim ersten Mal ausgebucht

Hagen. Was spricht eigentlich dagegen, auch in den Sommerferien etwas zu lernen? Nichts. Gar nichts. Das jedenfalls dachten sich die 14 Hagener Schülerinnen und Schüler, die sich für den damit restlos ausgebuchten Roboterkurs an der Fachhochschule Südwestfalen angemeldet hatten.

26.07.2017

In den Schulferien ins Studium hineinschnuppern

Iserlohner Gymnasiast absolviert freiwilliges Schülerpraktikum an der Fachhochschule Südwestfalen

Iserlohn/Hagen. Unter seinen Mitschülerinnen und Mitschülern ist Felix König ganz gewiss die große Ausnahme. Während diese die schul- und lernfreie Zeit in den Ferien genießen, stürzt sich Felix freiwillig ins Studium und verbringt zwei Wochen seiner Ferienzeit an der Fachhochschule Südwestfalen. Dort absolviert der Schüler des Iserlohner Stenner Gymnasiums zurzeit ein freiwilliges Schülerpraktikum.

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18.08.2017

Neues Verfahren zur Inprozesskontrolle: Entscheidender Schritt auf dem Weg zu „Predictive Quality“ und Industrie 4.0 in der Warmumformung

740.000 Euro für gemeinsames Forschungsprojekt der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn mit zwei Industriepartnern

Iserlohn. Paradigmenwechsel in der Warmumformung: Anfang März startete an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn ein neues Forschungs- und Entwicklungsprojekt für ein völlig neuartiges Inprozess-Kontrollverfahren. Durch die Entwicklung sollen bis zu 1250°C heiße Teile sofort nach dem Umformprozess dem Förderband entnommen, geometrisch gemessen und geprüft werden. Das macht den Produktionsprozess insgesamt effizienter, minimiert den Ausschuss und ist ein entscheidender Schritt zu „Predictive Quality“ und Industrie 4.0 in der Warmumformung.

07.08.2017

FH beteiligt sich am Programm NRWege ins Studium

Lehrkräfte für Deutschkurse für Menschen mit Flüchtlingshintergrund werden noch gesucht

Iserlohn. Mit knapp 400.000 Euro fördert der Deutsche Akademische Austauschdienst aus Mitteln des Landeswissenschaftsministeriums Deutschkurse für Menschen mit Flüchtlingshintergrund an der Fachhochschule Südwestfalen. Die Sprachkurse sollen die jungen Menschen auf das Studium vorbereiten.

02.08.2017

Bundeswirtschaftsministerium fördert Entwicklung von innovativen Werkzeugkernen

Gemeinschaftsprojekt der Fachhochschule Südwestfalen und Lüdenscheider Unternehmen

Iserlohn. Mit knapp 190.000 Euro fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ein neues Forschungsprojekt an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn. In den kommenden zwei Jahren möchte das FH-Team um Prof. Dr. Ulrich Lichius gemeinsam mit den Lüdenscheider Unternehmen CANTO Ing. GmbH und Heite & Krause Werkzeugbau GbR ein neues Metallsinterverfahren des Werkzeugbauinstitut Südwestfalen GmbH (WI.SWF) für Spritzgießwerkzeuge weiterentwickeln. Das WI.SWF ist ein An-Institut der Fachhochschule Südwestfalen.

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03.08.2017

Minister Pinkwart informiert sich über Gründungsaktivitäten an der Fachhochschule Südwestfalen

Studierende stellten ihre Geschäftsideen vor

Meschede. Eine neue Gründerzeit in Nordrhein-Westfalen mit innovativen Start-Ups und einer lebendigen Gründerszene zu etablieren ist Ziel der neuen Landesregierung. Dass diese Szene auch im Südwestfalen zu Hause ist, davon überzeugte sich NRW-Wirtschaftsminister Andreas Pinkwart gestern auf seiner Sommertour beim Besuch der Fachhochschule Südwestfalen in Meschede. Er informierte sich dort über die Entrepreneurship-Aktivitäten der Hochschule.

26.07.2017

Neue Geschäftsmodelle im Kontext von Industrie 4.0

Fachhochschule Südwestfalen in Meschede lädt am 13. September zum Forum über Industrie 4.0-Innovationen

Meschede. Am 13. September lädt die Fachhochschule Südwestfalen in Meschede zum Forum „Neue Geschäftsmodelle im Kontext von Industrie 4.0“. Die Veranstaltung dreht sich um Industrie 4.0-Innovationen in Form von Technologie- und Markttrends und richtet sich in erster Linie an Unternehmensvertreter.

21.07.2017

MINT-Sommer in der Hochschule: Noch Plätze frei

Schüler der achten bis zehnten Klasse können sich noch für „Coding Camp“ und „Summer School Elektrotechnik“ anmelden

Meschede. Die Fachhochschule Südwestfalen in Meschede hat in ihren MINT-Sommerferienangeboten noch Restplätze frei. Schüler der achten bis zehnten Klasse können vom 31. Juli bis 4. August ins „Coding Camp“ kommen. Vom 21. bis 25. August findet die Summer School Elektrotechnik statt.

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