VDI 4421-2000 Driving systems for piece goods conveying - Survey and selection.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREAntriebstechnikenin der Stckgutfrdertechnikbersicht und AuswahlDriving systemsfor piece goods conveyingSurvey and selectionVDI 4421Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialflu LogistikFachbereich Stckgut-FrdertechnikVDI-Handbuch Materi

2、alflu und Frdertechnik, Band 3VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch/Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten/All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet/Reproduction even for internal use not

3、permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 21.220; 53.040.10Oktober 2000October 2000No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt Seite1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . 21.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Zweck der Richtlinie . . . . . . . . . . . . 22 Aufgaben und Anforderungen der Frdersysteme an die Antriebe . . . . . . . . 22.1 Technik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Um

5、gebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Allgemeine Kriterien der Antriebssysteme . . 33.1 Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.3 Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.4 Bremssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Au

6、swahlmatrix. . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Auswahlbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.1 Vorgabedaten aus dem Projekt . . . . . . . 195.2 Fludiagramm zur Berechnung . . . . . . . 205.3 Berechnung des Leistungs-, Momenten-bedarfs und Massentrgheitsmomente der Anlage . . . . . . . .

7、. . . . . . . . . . 205.4 Auswhlen einer Antriebseinheit gemAbschnitt 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.5 Auswahl eines geeigneten Motors. . . . . . 215.6 Berechnung der fr die Funktion des Frdersystems bentigten Gren. . . . . . 225.7 Getriebefeststellung . . . . . . . . . . . . . 246 Formelz

8、eichen und Einheiten . . . . . . . . . 25Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Contents Page1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Preliminary note . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Purpose of this guideline . . . . . . . . . . . 22 Functions of the drive and

9、requirementsimposed on it by the conveyor . . . . . . . . . 22.1 Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Cost-effectiveness . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 General criteria of the drive systems . . . . . 33.1 Motors . . . . . . . . . . .

10、. . . . . . . . . 33.2 Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.3 Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.4 Braking system . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Section matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Selection example . . . . . . . . . . . . . . . . 195.1 Predeter

11、mined data from the project . . . . . 195.2 Calculation flow chart . . . . . . . . . . . . 205.3 Calculation of the required power, torqueand moments of mass inertia of the plant . . 205.4 Selection of a drive unit in accordancewith Section 4. . . . . . . . . . . . . . . . . 215.5 Selection of a sui

12、table motor . . . . . . . . . 215.6 Calculation of the quantities required for the operation of the conveyor system. . . 225.7 Gear selection. . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Symbols and units . . . . . . . . . . . . . . . . 25Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Frhere Ausga

13、be: 5.96 Entwurf,deutschFormer edition: 5/96 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 2 VDI 44211 EinleitungIn dieser Richtlinie wird eine Auswahl der gebruch-lichsten Systeme der Stetigfr

14、derer fr Stckgut be-handelt.Die Klassifizierung erfolgt dabei nach DIN 15 201.1.1 VorbemerkungDie fortschreitende Automatisierung und Rationali-sierung in Fertigung und Logistik hat der Stckgut-frdertechnik in den vergangenen Jahren weite An-wendungsfelder erschlossen.Die unterschiedlichen Einsatzbe

15、dingungen der Fr-derer und die mittlerweile erreichte Vielfalt vonSystemen und Systemkomponenten ergeben ein brei-tes Anforderungsspektrum fr Antriebseinheiten.Demgegenber besteht eine Flle von verfgbarenAntriebstechniken, aus denen die geeignete fr diebetreffende Antriebseinheit zu bestimmen ist. D

16、ieserAuswahlvorgang ist eine regelmig zu lsende Auf-gabe bei der Frderanlagenplanung.1.2 Zweck der RichtlinieZielsetzung ist es, einen berblick ber heute amMarkt angebotene und eingesetzte Antriebstechnikenzu vermitteln sowie die umfassende Betrachtung derAuwahlwahlkriterien zu ermglichen.Planer und

17、 Betreiber erhalten eine Liste mglicherAnforderungsprofile der Frderer und durch Zusam-menstellung spezieller Antriebseigenschaften Unter-sttzung bei der Auswahl bzw. eine Absicherung beigetroffenen Entscheidungen.In einem Beispiel wird die Vorgehensweise aufge-zeigt, die zu einer bedarfsgerechten A

18、uswahl fhrt.2 Aufgaben und Anforderungen der Frdersysteme an die AntriebeDie Aufgabe eines Antriebes in der Stetigfrdertech-nik ist das Anfahren, Treiben und Bremsen von me-chanischen Elementen wie Ketten, Rollen, Fahrwer-ken etc.Wesentliche Komponenten eines AntriebssystemssindMotorKupplungGetriebe

19、BremseFr Steuer- bzw. berwachungsfunktionen sind jenach Antriebsart und Anforderungen weitere Hilfs-1 IntroductionThis guideline treats a selection of the most com-monly used systems of continuous conveyors forpiece goods.The respective classification is made in accordancewith DIN 15 201.1.1 Prelimi

20、nary noteThe progressive automation and rationalisation ofproduction and logistics has opened up wide applica-tion ranges for piece goods conveyors in the pastyears.The variety of operating conditions, and of systemsand system components developed in the meantimelead to a wide range of requirements

21、for drive units.On the other hand, many drive technologies are avail-able, from which to choose one suitable for the re-spective drive unit. This selection process is a task en-countered regularly in the planning of conveying sys-tems.1.2 Purpose of this guidelineThe target of this guideline is to g

22、ive an overview ofthe drive technologies offered nowadays on the mar-ket, and put to practical use, and to enable the com-prehensive examination of the selection criteria.Designers and users are offered a list of possible re-quirement profiles of the conveyors, and, by means ofa synopsis of special

23、drive characteristics, assistancefor the selection and security regarding the decisionstaken.The procedure for an appropriate selection in accord-ance with the requirements is demonstrated by meansof an example.2 Functions of the drive and requirements imposed on it by the conveyorThe functions of a

24、 drive in continuous conveyingtechnology are the starting-up, driving and braking ofmechanical elements like chains, rollers, chassis, etc.The essential components of a drive system aremotorcouplinggearbrakeDepending on the drive type and requirement, furtherauxiliary equipment like control circuit

25、devices, sig-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI 4421 3 einrichtungen wie Steuer-/Regelgerte, Signal-/Me-wertgeber, Stellglieder etc. erforderlich.Ihr Umfang, auf den an dieser Stelle hingewiesen

26、wer-den soll, hngt von der gewhlten Antriebstechnik ab.Die mglichen Anforderungen an ein Antriebssystemlassen sich in folgende Hauptgruppen zusammenfas-sen.2.1 Technik Leistung Drehmoment Krafteinteilung Drehzahl Verstell-, Regelbereich Betriebsart Dynamik Platzbedarf Gewicht2.2 Wirtschaftlichkeit P

27、reis Zuverlssigkeit Instandhaltungsaufwand (Personalqualifikation) Lebensdauer Wirkungsgrad Netzbelastung Ersatzteilbevorratung Wiederbeschaffungsmglichkeit Wiederverwertungsmglichkeit2.3 Umgebung Temperatur Feuchtigkeit Staub Gase Sicherheit Erschtterung Geruschbelastung Entsorgung geodtische Hhe,

28、Tropenfestigkeit, Atmosphre3 Allgemeine Kriterien der Antriebssysteme3.1 Motoren3.1.1 ArtenNeben Antriebsproblemen, die Sonder- und Spezial-motoren (z.B. Trommelmotoren, Schrittmotoren,Synchronmotoren, Linearmotoren, Hydraulikmoto-ren) erforderlich machen, zeigt diese Richtlinie, wiemit Hilfe von st

29、andardisierten Elektromotoren An-triebsprobleme kostengnstig und funktionell gelstwerden knnen.nal/pick-up transmit, actuators, etc. are required forcontrol and monitoring functions.The scope of these functions depends on the selecteddrive technology. It is outlined below.The following principal cla

30、sses summarise the possi-ble requirements on a drive system.2.1 Technology Power Torque Force distribution Speed Range of adjustment/control Operating mode Dynamics Space requirements Weight2.2 Cost-effectiveness Price Reliability Maintenance requirements/cost (qualification ofpersonnel) Service lif

31、e Efficiency System load Spare parts stockage Possible replacement Possible reutilisation2.3 Environment Temperature Humidity Dust Gases Safety Vibration and shock Noise Disposal Geodetic height, suitability for use in tropicalclimates, atmosphere3 General criteria of the drive systems3.1 Motors3.1.

32、1 TypesIn addition to drive problems requiring specialmotors (such as drum motors, stepping motors, syn-chronous motors, linear motors, hydraulic motors),this guideline presents functional and cost-effectivesolutions to drive problems by means of standardisedelectric motors.B55EB1B3E14C22109E918E8EA

33、43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 4 VDI 4421Bei diesen Antrieben handelt es sich hauptschlichum Asynchronmotoren sowie um Gleichstrommoto-ren, die im gesamten Leistungsbereich angebotenwerden.Klare und exakte Informationen ber

34、die vorhande-nen Randbedingungen und Anforderungen der Fr-dereinheit entscheiden ber den optimalen Motortyp.AsynchronmotorDer am meisten eingesetzte Antriebsmotor fr Stck-gutfrderung ist jedoch der Drehstrom-Asynchron-motor mit Kurzschlulufer. Er ist aufgrund seineseinfachen, wartungsarmen, robusten

35、 Aufbaues unddem sich daraus ergebenden Kostenvorteil der ver-breitetste Antriebsmotor. Nachteilig ist die fr immerbesser optimierte und vernetzte Frderprozesse rela-tiv starre Drehzahl, die durch die Frequenz des Dreh-stromnetzes und die Polzahl des Motors vorgegebenist.Reichen vorgegebene, in eine

36、m festen Verhltnis ste-hende Drehzahlwerte aus, bieten sich polumschalt-bare Asynchronmotoren an. Werden variable Dreh-zahlen in weitem Stellbereich gefordert, ist diesdurch Einsatz von vorgeschalteten Frequenzumrich-tern mglich.Dadurch steht der frequenzumrichtergespeiste Asyn-chronmotor in direkte

37、r Konkurrenz zum Gleich-strommotor.Der Einsatz von Spezialmotoren, z.B. Schiebeanker,ist mglicherweise durch Spannungsspitzen proble-matisch.GleichstrommotorFr den Einsatz von Gleichstrommotoren spricht be-sonders die Ungebundenheit an eine bestimmte syn-chrone Drehzahl, so da ein Drehzahlstellberei

38、ch inweiten Grenzen genutzt werden kann. Hinzu kommtdie hervorragende dynamische Eigenschaft derGleichstrommotoren, die durch die heute auf demMarkt angebotenen gesteuerten Gleichrichter unter-sttzt wird. Nachteilig sind der erhhte Wartungsauf-wand und ein erhhter Aufwand fr die Funkentst-rung.3.1.2

39、 BewertungskriterienBemessungs- (auch Nenn-)leistung ist die am Wellen-stumpf des Motors abgegebene Leistung. Die vomHersteller oder aus Angaben vom Leistungsschildaufgefhrte Motorleistung gilt fr die angegebeneBetriebsart bei Nennspannung. Die vom Herstellervorausgesetzten Randbedingungen wie Umgeb

40、ungs-temperatur, Aufstellhhe etc. sind zu beachten.Bemessungs- (auch Nenn-)strom ist der Strom, dender Motor bei Nennspannung, Nenndrehzahl und Be-These drives are mainly asynchronous motors as wellas d.c. motors offered for the entire power range.Clear and exact information on conditions and re-qui

41、rements imposed by the conveying unit deter-mines the optimal motor type.Asynchronous motorThe most frequently used driving motor for piecegoods conveying is, however, the three-phase asyn-chronous motor with squirrel-cage rotor. Thanks toits simple, low-maintenance, robust structure and thecost adv

42、antage resulting thereof, this drive motor isthe most widely spread. With regard to better opti-mised and interacting conveying processes, the rela-tively inflexible speed is a disadvantage. It is deter-mined by the mains frequency in the three-phase sys-tem and the number of poles of the motor.If a

43、 given set of speeds at a fixed ratio are sufficient,pole-changing asynchronous motors provide an ap-propriate solution. In case variable speeds in a widespeed range are required, these are obtained by usingfrequency converters before the motor.This feature makes the asynchronous motor with afrequen

44、cy converter a direct competitor of the d.c.motor.The use of special motors, e.g. displacement type ofarmature, may be problematic due to voltage peaks.D.c. motorThe particular advantage of d.c. motors is their inde-pendence of a given synchronous speed so that a widerange of speeds can be utilised.

45、 Besides that, there isalso the excellent dynamic characteristic of the d.c.motors which is supported by the controlled rectifiersthat are offered on the market nowadays. Disadvan-tages are the increased maintenance requirementsand an increased demand on (radio) interference sup-pression.3.1.2 Evalu

46、ation criteriaThe rated (or nominal) power is the power output atthe shaft end of the motor. The motor output rating in-dicated by the manufacturer or on the rating plate isvalid for the indicated operating mode at rated volt-age. The environment conditions specified by themanufacturer, like ambient

47、 temperature, installationheight, etc. are to be observed.The rated (or nominal) current is the current con-sumed by the motor at rated voltage, rated speed andB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI

48、4421 5 messungsleistung aufnimmt. Die Gre des Bemes-sungsstroms ist wichtig fr die Anzahl der Zutei-lungsquerschnitte sowie die Schutzelemente wie z.B.Motorschutzschalter.Leistungsfaktor oder cosj ist die Gre, die das Ver-hltnis der Wirkungsleistung zur Scheinleistung an-gibt. Je mehr sich der Leist

49、ungsfaktor 1 annhert, umso konomischer wird das Drehstromnetz bzw.Wechselstromnetz betrieben. Besonders bei Anlagen,die eine groe Anzahl von Antriebsmotoren benti-gen, kann eine Phasenkompensation sinnvoll bzw.notwendig sein, um den optimalen Zustand cosj = 1zu erreichen.Wirkungsgrad: Fr die Wirtschaftlichkeit der Ener-gieumwandlung, besonders bei Dauerbetrieb, ist derWirkungsgrad ausschlaggebend.