Kettenförderer-Auslegung (Trog-/Kratzkettenförderer)
Legen Sie einen Trog- oder Kratzkettenförderer für Schüttgut nach einem vereinfachten Widerstandsverfahren aus: Aus Massenstrom, Fördergeschwindigkeit, Förderlänge und -höhe sowie den Reibbeiwerten von Gut und Kette folgen die Horizontalwiderstände, der Steigungswiderstand, die Umfangskraft an der Antriebswelle, die Antriebsleistung und die Kettenzugkraft samt Nachweis gegen die zulässige Kettenzugkraft.
Berechnung
Auslegungsbewertung als Näherung: vereinfachtes Widerstandsverfahren ohne Anlauf-/Verschleiß- und Kettenrad-Polygoneffekt, Herstellerkatalog maßgebend.
Fördergut und Neigung
- Fördergutmasse m_L'
- 92,59 kg/m
- Reibbeiwert Gut/Trog µ_G
- 0,6
- Reibbeiwert Kette/Schiene µ_K
- 0,25
- Neigungswinkel δ
- 0 °
Widerstände und Umfangskraft
- Horizontalwiderstand Gut F_Gut
- 16.350 N
- Horizontalwiderstand Kette F_Kette
- 3.678,8 N
- Hauptwiderstand F_H
- 20.028,8 N
- Steigungswiderstand F_St
- 0 N
- Umfangskraft F_U
- 23.033,1 N
Antriebsleistung und Kettenzugkraft
- Antriebsleistung P
- 8,129 kW
- Kettenzugkraft F_Z
- 23.033,1 N
Skizze: Trog-Kettenförderer mit Antriebs-/Umlenkrad, Kette mit Kratzern und Fördergut (nicht maßstäblich)
Ihre Eingaben bleiben in Ihrem Browser - die Berechnung läuft lokal, ohne Übertragung an einen Server.
Formeln und Grundlagen
Fördergutmasse je Meter
Der Massenstrom ṁ verteilt sich bei der Fördergeschwindigkeit v auf die Förderlänge; die Fördergutmasse je Meter ist:
Mit ṁ in t/h und v in m/s ergibt sich m_L' direkt in kg/m. Trog- und Kratzkettenförderer laufen deutlich langsamer als Gurtförderer (Richtwert 0,05 … 0,6 m/s), damit das Schüttgut nicht über die Kratzer hinweggeschleudert wird.
Horizontalwiderstand des Guts
Das Fördergut wird durch den Trog gezogen; der Reibbeiwert µ_G zwischen Gut und Trog (Richtwert 0,4 leichtes, 0,6 mittleres, 0,8 schweres/schleißendes Schüttgut) ergibt den Horizontalwiderstand:
Horizontalwiderstand der Kette
Die Kette selbst reibt mit ihrem Eigengewicht auf der Gleit- oder Rollenschiene - im Förder- und im Rücklauftrum gleichermaßen, daher der Faktor 2 vor der Kettenmasse je Meter und Strang m_K':
Der Reibbeiwert µ_K hängt von der Führung ab: Gleitschiene (Richtwert 0,25) oder Rollenkette auf Laufrollen (Richtwert 0,15, deutlich reibungsärmer).
Hauptwiderstand und Steigungswiderstand
Hauptwiderstand und Steigungswiderstand ergeben sich aus den Horizontalwiderständen und dem Heben des Förderguts über die Förderhöhe H (die Kette selbst hebt und senkt sich auf Förder- und Rücklauftrum gegenläufig, ihr Anteil wird konservativ vernachlässigt):
Umfangskraft, Antriebsleistung und Kettenzugkraft
Über den Nebenwiderstandsfaktor C (Umlenkung, Antrieb; Richtwert 1,15) folgt die Umfangskraft an der Antriebswelle, daraus mit dem Antriebswirkungsgrad η (Richtwert 0,85) die Antriebsleistung:
Die maximale Kettenzugkraft im Zugtrum entspricht vereinfachend (ohne Vorspannung) der Umfangskraft, F_Z ≈ F_U. Ist eine zulässige Kettenzugkraft F_zul aus dem Kettenkatalog bekannt, prüft der Rechner die Ausnutzung F_Z/F_zul.
Grenzneigung
Kratzkettenförderer können deutlich steiler fördern als Gurtförderer, da die Kratzer/Mitnehmer ein Zurückrutschen verhindern; die Grenzneigung liegt bei etwa 30°, darüber steigt die Rückrutschgefahr und ein Becherwerk oder ein Steilförderer ist meist die bessere Wahl.
Rechenbeispiel
Referenzbeispiel: Ein horizontaler Trog-Kettenförderer transportiert ṁ = 100 t/h bei einer Fördergeschwindigkeit v = 0,3 m/s über eine Förderlänge L = 30 m (H = 0). Die Kettenmasse je Meter und Strang beträgt m_K' = 25 kg/m, der Reibbeiwert Gut/Trog µ_G = 0,6 (mittelschweres Schüttgut), der Reibbeiwert Kette/Schiene µ_K = 0,25 (Gleitschiene). Nebenwiderstandsfaktor C = 1,15, Antriebswirkungsgrad η = 0,85.
Die Fördergutmasse je Meter ist m_L' = 100/(3,6·0,3) = 92,59 kg/m. Der Horizontalwiderstand des Guts beträgt F_Gut = 9,81·30·0,6·92,59 = 16350 N, der Horizontalwiderstand der Kette F_Kette = 9,81·30·0,25·2·25 = 3678,75 N. Der Hauptwiderstand ist F_H = 16350 + 3678,75 = 20028,75 N; da horizontal gefördert wird, entfällt der Steigungswiderstand (F_St = 0).
Die Umfangskraft an der Antriebswelle ist F_U = 1,15·20028,75 + 0 = 23033,1 N. Die Antriebsleistung folgt zu P = 23033,1·0,3/(0,85·1000) = 8,13 kW. Die Kettenzugkraft entspricht vereinfachend F_Z ≈ F_U = 23033,1 N - bei einer zulässigen Kettenzugkraft F_zul = 30 kN ergäbe sich eine Ausnutzung von rund 77 % (io). Fördergeschwindigkeit und Neigung liegen im üblichen Richtwertbereich.
Häufige Fragen
Wie berechne ich die Antriebsleistung eines Kettenförderers?
Aus Massenstrom, Fördergeschwindigkeit, Förderlänge und den Reibbeiwerten von Gut (µ_G) und Kette (µ_K) folgen die Horizontalwiderstände von Gut und Kette und daraus der Hauptwiderstand F_H. Zusammen mit dem Steigungswiderstand F_St (aus der Förderhöhe) und dem Nebenwiderstandsfaktor C ergibt sich die Umfangskraft F_U = C·F_H + F_St an der Antriebswelle, die Antriebsleistung ist P = F_U·v/(η·1000) mit dem Antriebswirkungsgrad η.
Was unterscheidet einen Kratzkettenförderer von einem Gurtförderer?
Beim Kratzkettenförderer wird das Schüttgut von Mitnehmern/Kratzern an einer umlaufenden Kette durch einen feststehenden Trog gezogen, statt auf einem mitlaufenden Gurt zu liegen. Dadurch sind deutlich höhere Neigungen möglich (Richtwert bis etwa 30° statt 18 … 20° beim Gurtförderer) und der Förderer ist unempfindlicher gegenüber grobem oder heißem Schüttgut, läuft dafür aber langsamer (0,05 … 0,6 m/s) und mit höherem Verschleiß an Trog und Kette.
Wie wird die Kettenzugkraft nachgewiesen?
Die maximale Kettenzugkraft im Zugtrum wird vereinfachend (ohne Vorspannung, Anlauf- oder Stoßzuschläge) gleich der Umfangskraft an der Antriebswelle gesetzt, F_Z ≈ F_U. Ist die zulässige Kettenzugkraft F_zul aus dem Kettenkatalog des Herstellers bekannt, berechnet der Rechner die Ausnutzung F_Z/F_zul: bis 80 % io, bis 100 % ein Hinweis, darüber ist die gewählte Kette zu schwach und eine stärkere Baugröße oder ein Mehrstrangantrieb erforderlich.
Wie groß darf die maximale Steigung eines Kettenförderers sein?
Kratz- und Trogkettenförderer können durch die formschlüssige Mitnahme deutlich steiler fördern als Gurtförderer; als Richtwert gilt eine Grenzneigung von etwa 30°. Oberhalb dieses Werts steigt die Gefahr, dass Schüttgut über die Kratzer zurückrutscht oder sich staut - für steilere oder senkrechte Förderung sind Becherwerke oder Steilförderer mit speziellen Mitnehmerprofilen die passendere Wahl.
Wie wähle ich die Reibbeiwerte µ_G und µ_K?
µ_G (Gut/Trog) hängt vom Schüttgut ab: leicht gleitende, nicht schleißende Güter etwa 0,4, mittelschwere Güter etwa 0,6, schwere oder schleißende Güter etwa 0,8. µ_K (Kette/Schiene) hängt von der Führung ab: eine einfache Gleitschiene liegt bei etwa 0,25, eine Rollenkette auf Laufrollen deutlich niedriger bei etwa 0,15. Für die Endauslegung sind Herstellerangaben oder Versuchswerte heranzuziehen.
Warum sind Kettenförderer typischerweise so langsam?
Die Fördergeschwindigkeit liegt bei Trog- und Kratzkettenförderern meist zwischen 0,05 und 0,6 m/s - deutlich unter der eines Gurtförderers. Höhere Geschwindigkeiten würden das Schüttgut über die Kratzer hinweg aufwirbeln oder zurückschleudern und den Verschleiß an Kette und Trog stark erhöhen; für größere Fördermengen wird daher eher der Trogquerschnitt vergrößert als die Geschwindigkeit erhöht.
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