Dieser Leitfaden zeigt Ihnen, wie Sie die Förderbandspannung von der Konstruktion bis zur Inbetriebnahme berechnen, optimieren und validieren. Er vergleicht ISO 5048, CEMA und DIN 22101, erläutert T₁/T₂/T₀ und erklärt, wann welche Methode die richtige ist. Sie erhalten praxistaugliche Formeln, durchgerechnete Beispiele, HTML-kompatible Gleichungen und praktische Prüfverfahren wie Durchhangverhältnis, Messwerte von Kraftmessdosen und Spannstrategien. Die Inhalte basieren auf Normen und praktischer Erfahrung in der Fertigung – keine leeren Versprechungen, sondern bewährte Methoden. Freuen Sie sich auf prägnante Empfehlungen, häufig gestellte Fragen zur Fehlerbehebung und Vorlagen für effiziente, zuverlässige und sichere Systeme.
1. Warum die Förderbandspannung die Leistung maßgeblich bestimmt
Im gesamten Förderbandsystem ist die Förderbandspannung eine Schlüsselvariable, die die „Auslegungsleistung“ mit der „tatsächlichen Betriebsleistung“ verbindet.
Die Eigenschaften des Förderbandes selbst – wie Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul, Verbindungsgenauigkeit sowie Abrieb- und Hitzebeständigkeit der Deckgummierung – bestimmen seine maximale Tragfähigkeit und die maximale Zugkraft, der das Förderband standhalten kann. Die Förderbandspannung dient dazu, die korrekte Umsetzung dieser Konstruktionsparameter im praktischen Betrieb sicherzustellen.
- Auf Konstruktionsebene steuert die Spannung die Reibung zwischen dem Förderband und der Antriebsrolle und gewährleistet so eine effektive Übertragung der Antriebskraft.
- Auf der operativen Ebene sorgt die Spannung für ein angemessenes Durchhangverhältnis im Rücklaufbereich und verhindert so ein Durchrutschen oder Durchhängen des Riemens.
- Im WartungsebeneÄnderungen der Spannung spiegeln die Stabilität des Gerätezustands wider, wie z. B. Änderungen des Leerlaufwiderstands, der Spleißdehnung und des Nachlassens der Spannvorrichtung.
Ist die Spannung des Förderbandes zu gering, rutscht das Förderband durch. von der Strecke abgekommenund sogar die Förderleistung verringern. In schweren Fällen kann es sogar zu Verstopfungen zwischen den Gummi-Förderband und Umlenkrollen oder Antriebsrollen.
Ist die Spannung zu hoch, führt dies zu einer Ermüdung der Kernfasern des Riemens. Überlastungsschaden zu den Wälzlagern und vorzeitigem Verschleiß Rissbildung in den Verbindungenwas letztendlich zu einer Situation führt, in der alle verlieren.
Daher sind DIN 22101, CEMA und ISO 5048 Alle betrachten die Spannung als eine Systemsteuerungsvariable – sie bestimmt nicht die Festigkeit des Förderbandes, sondern ob das Förderband innerhalb seines Festigkeitsbereichs stabil und sicher arbeiten kann.
As ISO 5048 heißt es:
„Die korrekte Steuerung der effektiven Zugkraft ist die Grundlage für die Berechnung der Leistung und Zuverlässigkeit von Förderbändern.“
2. Die Bedeutung der Förderbandspannung verstehen
Die Spannung eines Förderbandes ist eine physikalische Größe, die quantifiziert, berechnet und angepasst werden kann.
Als Ingenieur, der Förderbandsysteme herstellt und in Betrieb nimmt, konzentriere ich mich während des Betriebs auf drei Kernparameter:
- Spannung auf der Tight-Seite (T₁):Die maximale Zugkraft am Austritt der Antriebsrolle, die dazu dient, den Gesamtwiderstand des Systems zu überwinden;
- Spannung auf der Schlupfseite (T₂):Die Mindestspannung am Einlass der Antriebswalze, die ein Durchrutschen verhindern soll;
- Anfangsspannung (T₀):Die Vorspannung des Förderbandes im Stillstand gewährleistet eine ausreichende Reibung beim Anlaufen des Systems.
Bei allen Normen (DIN 22101, CEMA oder ISO 5048) bleibt der Hauptzweck der Spannungsberechnung derselbe: T₂ in einem sicheren Bereich zu halten, um ein Durchrutschen zu verhindern, und gleichzeitig sicherzustellen, dass T₁ die maximal zulässige Spannung des Riemens nicht überschreitet.
Man kann sich die Spannung als den „mechanischen Ausgleicher“ des Systems vorstellen:
Es gewährleistet ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der Reibung am Antriebsende, der Schwerkraft des Förderguts und dem Widerstand der Tragrollen.
Sobald dieses Gleichgewicht gestört ist, werden die Folgen sehr deutlich –Fehlausrichtung des Riemens, Schlupf, Gelenkermüdung, Überhitzung der Spannrolle und erhöhter Energieverbrauch.
Deshalb berechnen wir bei Spannungsberechnungen immer zuerst T₂ ≥ F.gesamt / (e(μ·α) – 1).
Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann das Förderband stabil arbeiten und seine Konstruktionsfestigkeit voll ausschöpfen.
3. Wichtige Variablen, die die Förderbandspannung beeinflussen
Bei der Inbetriebnahme einer Förderanlage beeinflussen zahlreiche Faktoren die Spannung des Förderbandes.
Zu diesen Variablen gehören Strukturparameter, Betriebsbedingungen und die physikalischen Eigenschaften der transportierten Güter.
Daher ist es notwendig, diese Parameter zu verstehen, bevor man die Spannung berechnet.
(1) Bandgeschwindigkeit (v)
Je höher die Bandgeschwindigkeit, desto größer die Systemträgheit, was zu erhöhter Anlaufspannung und dynamischen Schwankungen führt.
Bei Hochgeschwindigkeitsförderern ist die Spitzenspannung beim Anfahren typischerweise 30 bis 50 % höher als die Spannung im stationären Zustand.
Daher muss der Startkoeffizient Ks bei der Auslegung berücksichtigt werden.
(2) Leerlauf- und Reibungsverluste (f)
Die Reibung zwischen den Umlenkrollenlagern, dem Kontakt zwischen Riemen und Umlenkrolle, der Widerstand der Rutsche und des Reinigers sowie die Reibung zwischen der Gummibeschichtung der Antriebsrolle und der Kontaktfläche des Förderbandes,
Zusammen bilden sie den primären Widerstand. Sowohl DIN 22101 als auch ISO 5048 berechnen die Förderbandspannung nach der Formel f × L × g × (qR + qG + …).
Bei der Instandhaltung vor Ort sind Änderungen des Leerlaufwiderstands oft eine der Hauptursachen für Spannungsinstabilität.
(3) Materiallast (qB)
Je größer die Förderleistung, desto höher die Schwerkraft und der Reibungswiderstand auf dem Förderband und desto größer die Spannung. Das ist wie bei einem gedehnten Gummiband: Drückt man in der Mitte des gedehnten Bandes, wird es straffer als zuvor.
Bei Langstreckenförderanlagen macht die Materialmasse oft mehr als 60 % des gesamten Systemwiderstands aus.
(4) Hub (H)
Bei einem Höhenunterschied im Förderband erhöht der Hubwiderstand direkt die effektive Zugkraft.
Bergauf: Die Spannung nimmt zu; Bergab: Die Schwerkraft wirkt unterstützend, Brems- oder Dämpfungsvorrichtungen sind erforderlich, um eine Umkehr der Spannung zu verhindern.
(5) Umschlingungswinkel (α) und Reibungskoeffizient (μ)
Diese beiden Parameter bestimmen die Traktionskapazität des Antriebsendes:
Die Spannungsverhältnisformel T₁/T₂ ≤ e^(μ·α) ist die Kernbeziehung in allen Normen.
Vergrößerung des Umschlingungswinkels oder Verbesserung des Reibungskoeffizienten der Walze (z. B. durch Verwendung einer Keramikbeschichtung)
kann die Antriebskraft erhöhen, ohne die Spannung zu erhöhen.
Hinweis: Viele Leute denken, der Umschlingungswinkel sollte 180 Grad betragen, aber viele Unternehmen entscheiden sich dafür, Führungsrollen in der Nähe der Antriebsrolle anzubringen, sodass der Kontaktwinkel zwischen der Antriebsrolle und dem Förderband 180 Grad überschreitet, was die Kontaktreibung effektiv erhöhen kann.
(6) Riemensteifigkeit und Karkassentyp
Die Förderbänder EP, NN und ST unterscheiden sich deutlich in ihrem Spannungsverhalten.
- EP-Gürtel: Hoher Elastizitätsmodul bei gleichzeitiger Dehnbarkeit, gute Laufstabilität;
- NN-Gürtel: Niedriger Längsmodul, gute Querflexibilität, hohe Schlagfestigkeit; Geeignet für kurze Fallstrecken, hohe Fallhöhen und häufige Startvorgänge.
- ST-Gürtel: Extrem hohe Längssteifigkeit, gleichmäßige Spannungsverteilung und minimale Dehnung; Einsatzgebiete sind Langstrecken-, Hochspannungs- und Schwerlastsysteme. Aufgrund ihrer komplexen Verbindungsstruktur und der geringen Zugfestigkeit des Drahtseilkerns reagieren sie jedoch sehr empfindlich auf hohe Förderbandspannungen.
Daher ist die Förderbandspannung kein empirisch festgelegter Wert, sondern ein ausbalanciertes Ergebnis, das durch eine Kombination von Systemparametern bestimmt wird.
Aus diesem Grund erfordert im Konstruktionsprozess jede Änderung eines Parameters (wie z. B. Bandgeschwindigkeit, Neigungswinkel oder Trommelumschlingungswinkel) eine Neuberechnung der Spannung und nicht einfach eine Anpassung „nach Gefühl“.
4. ISO-Methode: Berechnung der Förderbandspannung nach ISO-Normen
Bei internationalen Projekten verwende ich üblicherweise die Norm ISO 5048:1989, „Bandförderer – Berechnung der Betriebsleistung und der Zugkräfte“, um die Spannung des Förderbandes zu berechnen.
Im Gegensatz zu CEMA oder DIN berücksichtigt der Ansatz der ISO das Gleichgewicht zwischen Spannung und Leistung gleichzeitig, wodurch er sich besser für Projekte eignet, die eine internationale Zertifizierung erfordern.
Kern dieser Methode ist die separate Berechnung der verschiedenen Widerstände, die während des Förderbandbetriebs auftreten, und die anschließende Ableitung der Spannungsverteilung an verschiedenen Punkten des Förderbandes mithilfe eines physikalischen Modells.
4.1 Eingabeparameter
Vor der Berechnung müssen folgende Daten erhoben werden. Alle Parameter sind im Internationalen Einheitensystem (SI) angegeben:
| Bewertung | Bedeutung | Einheit | Typischer Bereich |
| L | Gesamtlänge des Förderbandes | m | 20-2000 |
| H | Zunahme der Höhe (bergauf ist positiv) | m | -100–200 |
| β | Neigung | ° | 0-20 |
| v | Bandgeschwindigkeit | Frau | 0.8-6.5 |
| Im | Fördervolumen | t / h | 50-5000 |
| m′B | Masse der Förderbandeinheit | kg / m | 10-40 |
| m′Ro | Einheitsmasse der tragenden Umlenkrolle | kg / m | 20-80 |
| m′Ru | Einheitsmasse der Umlenkrolle im Rücklaufbereich | kg / m | 10-40 |
| f | Hauptreibungskoeffizient | - | 0.020-0.040 |
| μ | Rollenreibungskoeffizient | - | 0.30-0.45 |
| α | Die Ecken einschließen | ° | 120-240 |
| B | Bandbreite | mm | 500-2000 |
| g | Bandbreite | m / s² | 9.81 |
4.2 Materialeinheitsmasse
Zuerst muss die stündliche Förderleistung in Masse pro Längeneinheit umgerechnet werden:
Dieser Wert stellt das Gewicht des transportierten Materials pro Meter Förderband dar und ist die Grundlage für alle nachfolgenden Spannungsberechnungen.
4.3 Primärwiderstand (FH)
Dieser Teil des Widerstands entsteht hauptsächlich durch die Rotation der Tragrollen, die Biegung des Förderbandes und die Reibung zwischen dem Material und der Bandoberfläche.
In den meisten Fällen macht es mehr als 60 % des Gesamtwiderstands aus.
4.4 Sekundärwiderstand, FS
Die ISO kategorisiert den lokalen Widerstand als separate Position, einschließlich:
1. Vorschubwiderstand
2. Kehrwiderstand: 300–800 N/Einheit
3. Kanalwiderstand: 500–1500 N
4. Sonstige Vorrichtungen (Pflugentlader, Austragsstelle usw.)
4.5 Hebewiderstand, FSt
Wenn H > 0 (bergauf fördernd), erhöht sich die Spannung;
Wenn H < 0 (bergab gerichtete Förderung), nimmt die Spannung ab.
4.6 Rücklaufwiderstand, FR
Die ISO betont ausdrücklich, dass dieser Teil nicht vernachlässigt werden darf. Typischerweise gilt: m′Ru ≈ 0.5 × m′Ro.
4.7 TGesamtlaufwiderstand, FU
Dies ist der Gesamtwiderstand, den die Antriebstrommel im stationären Betrieb des Förderbandes überwinden muss.
4.8 Reibungsfaktor, C
Typische Werte:
μ = 0.35, α = 180° → C ≈ 3.00
μ = 0.40, α = 210° → C ≈ 3.46
Je größer der C-Wert, desto größer die Reibung zwischen Walze und Bandoberfläche und desto stärker die Rutschfestigkeit.
4.9 Spannung auf der schlaffen Seite, F₂
Die Norm ISO 5048 schreibt vor, dass die Spannung an der schlaffen Kante nicht weniger als ein bestimmter Prozentsatz der Nennbandfestigkeit des Förderbandes betragen darf, um ein Durchrutschen zu verhindern.
Wert:
Wobei Sr stellt die Nennzugfestigkeit pro Einheitsbreite (N/mm) dar.
4.10 Starke Seitenspannung, F₁
Dies ist die maximale stationäre Spannung am Antriebsrollenausgang.
4.11 Leistung, P
Betrachten wir den mechanischen Übertragungswirkungsgrad η:
η = 0.85 – 0.95
4.12 Maximale Riemenspannung, Fmax
Wenn das Förderband konkave oder gekrümmte Abschnitte aufweist:
Wenn die Anordnung geradlinig verläuft, lässt sie sich vereinfachen zu:
4.13 Riemenfestigkeitsprüfung, K
- SF = Sicherheitsfaktor (EP: 8–10, NN: 7–9, ST: 6–7)
- B = Bandbreite (mm)
- Sr = Nennfestigkeit des Förderbandes (N/mm)
Designanforderungen:
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird die Festigkeit des Förderbandes angemessen gewählt.
4.14 Ingenieurinterpretation
Aus ingenieurtechnischer Sicht liegen die Vorteile der ISO-Methode in ihrer vollständigen Struktur, der einheitlichen Berechnungslogik und der Kreuzvalidierung der Ergebnisse.
Es kann gleichzeitig drei Arten von Schlüsseldaten liefern:
- FU: Wird zur Antriebskraft- und Walzenauswahl verwendet
- F2: Wird für die Konstruktion von Spannvorrichtungen verwendet.
- Fmax: Wird zur Überprüfung der Förderbandfestigkeit verwendet
In den internationalen EPC-Projekten, an denen ich beteiligt war, wird diese Methode oft als „universelle Sprache“ betrachtet, da sie es Planern, Bauleitern und Hersteller um die Rationalität von Spannungen auf der Grundlage derselben Logik zu diskutieren.
5. CEMA-Methode: Der amerikanische Ansatz zur Berechnung der Förderbandspannung
Auf dem nordamerikanischen Markt orientiert sich die Konstruktion von Förderanlagen üblicherweise am CEMA-Standard (Conveyor Equipment Manufacturers Association).
Das repräsentative Dokument ist „CEMA Belt Conveyors for Bulk Materials“, oft auch als CEMA Belt Book bezeichnet.
Im Vergleich zu ISO ist die CEMA-Methode pragmatischer: Sie verfolgt keine vollständige physikalische Modellierung, sondern verwendet vielmehr einen empirischen Ansatz zur Ermittlung der Bauteilspannung als Kern.
Die erforderliche effektive Riemenspannung (Te) wird berechnet, indem die Widerstände verschiedener Abschnitte gruppiert und summiert werden.
5.1 Grundlegendes Berechnungsmodell von CEMA
CEMA unterteilt die Spannung des gesamten Förderbandes in vier Hauptkomponenten:
TE = TL + TH + TX + TY
| Bewertung | Bedeutung |
| TL | Betriebsreibungswiderstand |
| TH | Hebewiderstand |
| TX | Zusätzlicher Widerstand (Abstreifer, Zuführrutschen usw.). |
| TY | Spezielle Widerstandsfähigkeit (Biegung, Materialfall, Beschleunigung usw.). |
TE Die (Effektive Spannung) ist die Gesamtspannung, die für den Betrieb des Systems erforderlich ist.
Im Gegensatz zur stückweisen Integrationsmethode der ISO berechnet CEMA den Hauptwiderstand schnell mithilfe gewichteter Koeffizienten und eignet sich daher besser für die schnelle Auswahl oder die vorläufige Entwurfsphase.
5.2 Berechnungslogik für jedes Element
(1) Reibungswiderstand (TL)
- f: Reibungskoeffizient (0.02–04)
- WB: Einheitsgewicht des Förderbandes (lb/ft oder kg/m)
- WMEinheitsgewicht des Materials
Dies entspricht typischerweise 60%–70% der Gesamtspannung.
(2) Hebewiderstand (TH)
TH = H × ( WB + WM )
Die Änderung der potenziellen Energie, die an einem Hang bergauf oder bergab transportiert wird, entspricht der Änderung der potenziellen Energie.
(3) Zubehörwiderstand (TX)
Wird verwendet, um den zusätzlichen Widerstand von Geräten wie Kehrmaschinen, Zuführrutschen und Pflugentladern zu berechnen.
Üblicherweise angegeben durch empirische Datenblätter (300–800 N/Stück).
(4) Spezielle Widerstandsfähigkeit (TY)
Dazu gehören Beschleunigungswiderstand und Kurvenwiderstand, die dazu dienen, vorübergehende Spannungsschwankungen beim Anfahren zu korrigieren.
5.3 Spannungsverhältnis zwischen straffer und lockerer Seite
Sowohl CEMA als auch ISO verwenden die Euler-Gleichung, um die Traktionskapazität der Antriebstrommel zu beschreiben:
T1 - T2 = TE
T1 / T2 = z( μ × α )
In der Praxis konzentriert sich CEMA jedoch stärker auf den minimalen Kontrollwert von T2.
Standardempfehlung:
T2 ≥ 0.10 × Sr × B
Mit anderen Worten, die Spannung der losen Kante sollte mindestens 10 % der Riemenfestigkeit betragen.
Dieser empirische Koeffizient ist konservativer als ISO (8 % für EP/NN, 6 % für ST) und eignet sich besser für Bergbausysteme mit häufigen Start-Stopp-Zyklen oder hohen Lasten.
5.4 Doppelte Berechnung der Anfangs- und der stationären Spannung
CEMA hebt insbesondere zwei unterschiedliche Betriebsbedingungen hervor:
1. Stationärer Zustand (Normalbetrieb) — Wirksame Spannung im stationären Betrieb des Förderbandes.
2. Start (Beschleunigungsphase) — Vorübergehende Spannung während der Anlaufphase.
CEMA-Empfehlung:
TE,start = K.s × TE,run
Wo K8 ist der Startkoeffizient, der typischerweise mit 1.3–1.5 angenommen wird.
Dies bedeutet, dass die Systemspannung während des Anlaufs 30 bis 50 % höher sein kann als im normalen Betrieb.
Daher muss dieser Koeffizient bei der Konstruktion und Auswahl berücksichtigt werden, insbesondere bei der Überprüfung der Motorleistung, des Walzenwickelwinkels und der Verbindungsfestigkeit.
5.5 Erfahrungsanforderungen für die Spannvorrichtung
CEMA stellt außerdem empirische Werte für die Mindestvorspannung der Spannvorrichtung bereit:
Taufnehmen ≥ 0.10 × Sr × B
Diese „10%-Regel“ ist das Herzstück der CEMA-Methodik.
Es gewährleistet unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Reibung zwischen Förderband und Antriebsrollen, um ein Durchrutschen zu verhindern.
Bei nordamerikanischen Bergbauprojekten ist dies fast schon Standard.
5.6 Praktische Vorteile von CEMA
Aus meiner Erfahrung als Ingenieur sind die größten Vorteile von CEMA:
- Intuitive und schnelle Berechnungen: ideal für Vorentwurf und Auswahl;
- Ausgereiftes Datensystem: umfasst eine große Anzahl von US-Standard-Ausrüstungsparametern (Leerlaufrollen, Kehrmaschinen, Trommeln);
- Konservativer Sicherheitsfaktor: höhere Zuverlässigkeit bei häufigem Starten und Stoppen oder in staubigen Umgebungen.
Es hat jedoch auch Einschränkungen –
CEMA geht von einer linearen Verteilung des Systemwiderstands aus und ist daher ungeeignet für extrem lange Entfernungen, sehr steile Hänge oder besondere Arbeitsbedingungen (für solche Projekte wird DIN 22101 empfohlen).
5.7 Unterschiede zwischen CEMA und ISO
| Vergleichsartikel | ISO-Methode | CEMA Methodik |
| Kernlogik | Physikalische Modellierung + umfassende Widerstandsanalyse | Methode der empirischen Koeffizienten der Teilitems |
| Anwendbare Szenarien | Internationale Industrieprojekte, Fernförderanlagen | Methode der empirischen Koeffizienten der Teilitems |
| Berechnungsinhalt | Spannungs- und Leistungsgleichgewicht | Spannung ist der Hauptfaktor |
| Untere Grenze der Spannung loser Kanten | 6–8 % × Sr × B | 10 % × Sr × B |
| Anlaufkoeffizient | Optional (Dynamische Analyse) | Muss berücksichtigt werden (1.3–1.5) |
| haben Vorteile für | Präzise Rückverfolgbarkeit | Schnell, stabil und sicher |
In Nordamerika sage ich dem Wartungsteam oft eines:
„Wenn das Förderband durchrutscht, sollte man mit der Spannung beginnen – nicht mit der Leistung.“ Genau das ist die Philosophie von CEMA: Die meisten Förderbandprobleme lassen sich durch eine korrekte Spannungsregelung lösen, nicht durch mehr Motorleistung.
6. DIN 22101 Berechnungsverfahren für die Förderbandspannung
Unter den drei wichtigsten internationalen Normen verfügt DIN 22101 über das vollständigste mathematische Modell und die strengste Aufschlüsselung.
Es definiert praktisch den Industriestandard für die Berechnung der Förderbandspannung und findet breite Anwendung, insbesondere bei der Auslegung von Langstreckenförderern und hochfesten Förderbändern. Stahlseilgurte.
In konkreten Projekten sage ich oft:
„Wenn Sie genau wissen müssen, welche Kräfte auf das Förderband wirken, verwenden Sie DIN 22101.“
Weil es nicht nur die „Gesamtspannung“ berechnet, sondern auch alle Kraftquellen Schritt für Schritt aufschlüsselt.
6.1 Grundlegende Logik der Berechnung
DIN unterteilt den Gesamtwiderstand des Systems in drei Hauptteile:
Fu = Fh + FN ± Fst
| Bewertung | Bedeutung |
| Fh | Primärer Widerstand |
| FN | Sekundärwiderstand (für Reiniger, Futterrutschen usw.) |
| Fst | Hebewiderstand |
Kern dieses Schrittes ist die Berechnung der Umfangskraft F_u, die zum Antreiben der Walze erforderlich ist, unter Verwendung geometrischer Parameter, Massenparameter und des Reibungskoeffizienten; das heißt, des erforderlichen Antriebskraftwerts, wenn das System tatsächlich läuft.
6.2 Berechnung von primär Robustes Design
Der Primärwiderstand ist der größte Faktor im Betrieb des Förderers. Die DIN-Formel lautet wie folgt:
Fh = f × L × g × [ qR + qG + ( 2qB + qG ) × cos δ ]
- fReibungskoeffizient (typischerweise 0.02–0.04)
- LHorizontale Länge des Förderbandes (m)
- g: Erdbeschleunigung (9.81 m/s²)
- QBMasse des Materials pro Längeneinheit (kg/m)
- qGMasse des Förderbandes pro Längeneinheit (kg/m)
- qRMasse der rotierenden Teile pro Längeneinheit (kg/m)
- δNeigungswinkel (°)
Dieser Teil spiegelt die Reibung des Förderbandes an den Tragrollen und den Widerstand gegen die Materialbewegung wider und bildet die Grundlage für die Berechnung des gesamten Systems.
6.3 Berechnung des zusätzlichen Widerstands
Die DIN bietet keine einheitliche Formel für den Zusatzwiderstand, sondern stellt eine Reihe typischer empirischer Werte bereit.
Übliche Artikel und typische Werte sind:
| Artikel | Typischer Wert (N) | Beschreibung |
| Vorschubwiderstand ( FFeed) | ( QB \times v2 ) | Energiebedarf zum Beschleunigen des Materials auf Bandgeschwindigkeit |
| Schaberwiderstand ( FSchaber) | 300-800 | Pro Schaber |
| Rockwiderstand ( Fumgehen) | 500-1500 | Pro Rockteil |
| Andere Widerstände ( FPflug ) | Wird durch die Ausrüstung bestimmt | Pflugentlader oder Anti-Abweichungsvorrichtung |
Summe:
FN = Σ Fi
Im Ingenieurwesen wird, wenn detaillierte Daten fehlen, im Allgemeinen Folgendes verwendet:
FN=0.03 ~ 0.05 x Fh
6.4 Hebewiderstand
Bei einem Höhenunterschied im Förderband beeinflussen die Gravitationskomponenten des Materials und des Bandes direkt die Spannungsverteilung:
Fst = H × g × ( qB + qG )
- H>0: Bergauf → Erhöhter Widerstand
- H<0: Bergab → Unterstützter Fluss
Dieser Faktor bestimmt direkt die Richtung des Leistungsbedarfs des Förderbandes und ist der Schlüssel zur Unterscheidung zwischen „bergauf“ und „bergab“ laufenden Konstruktionen.
6.5 Berechnung der Umfangskraft
Gemäß der obigen Formel:
Fu = Fh + FN ± Fst
Das Ergebnis stellt die effektive Antriebskraft (in N) dar, die zum Antreiben der Walze erforderlich ist.
Dies ist der „Kernknoten“ des gesamten Berechnungssystems; alle nachfolgenden Spannungsverteilungen, Auswahlverfahren und Leistungsanalysen drehen sich um ihn.
6.6 Berechnung des Euler-Koeffizienten
Der Umschlingungswinkel und die Reibung der Antriebsrolle bestimmen die Drehmomentübertragungsfähigkeit des Förderbandes.
DIN verwendet die klassische Euler-Eytelwein-Gleichung:
C = e( μ × αrad )
μ: Reibungskoeffizient zwischen Walze und Bandoberfläche (0.30–0.40)
α: Einschlusswinkel (Radianten) =αrad = adeg × π / 180
Beispielrechnung:
- μ=0.35, α=180° ⇒ C≈3.00
- μ=0.40, α=210° ⇒ C≈3.51
6.7 Mindestspannung auf der schlaffen Seite
DIN berechnet die minimale Zugkraft auf der Leerlaufseite, die erforderlich ist, um ein Durchrutschen der Antriebsrolle zu verhindern, mithilfe von Euler-Koeffizienten:
F2min = Fu / ( C - 1 )
Die Bedeutung dieses Schrittes liegt in der Feststellung, ob die Reibungskraft des Systems ausreicht, um die Umfangskraft zu übertragen.
Ist die tatsächliche Spannung auf der Leerlaufseite niedriger als dieser Wert, kommt es im System zu Schlupf oder Abweichungen in der Riemengeschwindigkeit.
6.8 Berechnung der Zugkraft auf der Zugseite
F1 = F2min + Fu
Dies stellt die maximale Betriebsspannung am Austritt der Antriebswalze dar.
Dieser Wert liegt typischerweise nahe am Spitzenwert der Förderbandspannungsverteilung.
6.9 Zusätzliche Spannung der Umlenkrolle
Wenn das Förderband mehrere Umlenkrollen durchläuft, muss auch die zusätzliche Spannung berücksichtigt werden:
Fzu = kzu × Fu
Unter ihnen Kzu in der Regel werden Werte zwischen 0.03 und 0.05 angenommen oder empirische Werte (500–2000 N) verwendet.
6.10 Maximale Spannung (Fmax)
Die maximale Spannung des Systems beträgt:
Fmax = F1 + Fzu
Im ausgeklappten Zustand sieht es wie folgt aus:
Fmax = Fu / ( e( μ × α ) - 1 ) + Fu + Fzu
Dieser Wert wird direkt für die Auswahl der Förderbandfestigkeit und die Überprüfung der Verbindungen verwendet.
6.11 Auswahl des Förderbandes und Sicherheitsfaktor
DIN schreibt vor, dass die erforderliche Festigkeit des Förderbandes auf Basis der maximalen Zugkraft berechnet werden muss.
K = ( SF × Fmax ) / B
- K: Erforderliche Bandbreite (N/mm)
- SF: Sicherheitsfaktor (leichte Last 8, mittlere Last 9, schwere Last 10)
- B: Bandbreite (mm)
Beurteilungskriterien:
Sr ≥ K
Sr stellt die Nennfestigkeit des Förderbandes dar, d. h. die Nennfestigkeit der Güteklassen EP, NN oder ST.
7. Vergleich der Berechnung der Förderbandspannung nach ISO, CEMA und DIN
Während der Projektplanungs- oder Förderbandauswahlphasen werde ich oft gefragt:
„Warum unterscheiden sich die Ergebnisse der drei Standards?“
Tatsächlich geht es hier nicht um richtige oder falsche Algorithmen, sondern vielmehr um Unterschiede in den Berechnungsgrenzen und Annahmen.
7.1 Wesentliche logische Unterschiede zwischen den drei Standards
| Vergleichsartikel | ISO 5048 | CEMA | DIN 22101 |
| Methodentyp | Mechanisches Modell + Experimentelle Korrektur | Empirische Sub-Item-Methode | Physikalische Modellierung + Segmentierte Berechnung |
| Eingangsdatenvolumen | Medium | Mindestens | Maximal |
| Ausgabeinhalt | Spannung + Leistung | Spannungsfokussiert | Spannungs-, Leistungs- und Festigkeitsprüfung |
| Anwendungsfälle | Industrielle Fertigung, internationale Projekte | Nordamerikanische Minen, Kurzstreckensysteme | Systeme für große Entfernungen, steile Hänge und hohe Festigkeit |
| Genauigkeit | ± 10% | ± 15% | ± 5% |
| Berechnungszeit | Medium | Schnell | Am langsamsten (aber am umfassendsten) |
ISO legt größeren Wert auf das physikalische Gleichgewicht; CEMA betont die praktische Erfahrung; und DIN ist in Bezug auf Genauigkeit und Sicherheitsfaktoren am strengsten.
Um sie wirklich zu verstehen, muss man genau erkennen, welche Annahmen die einzelnen Normen bei der Berechnung der Spannung zugrunde legen.
7.2 Typische Unterschiede in den Berechnungsergebnissen der drei Standards
Nehmen wir als Beispiel ein typisches Förderband:
Förderlänge: L = 150 m
Bandgeschwindigkeit: v = 2.0 m/s
Materialmasse: m′G = 20 kg/m
Trommelreibungskoeffizient: μ = 0.35
Wickelwinkel: α = 180°
Bandbreite: B = 1000 mm
Bemessungsfestigkeit: Sₙ = 1000 N/mm²
Nach der Berechnung unter Verwendung der drei Standards werden folgende Ergebnisse erzielt (bei Annahme eines stationären Betriebszustands):
| Artikel | ISO | CEMA | DIN |
| FU(N) | 8,950 | 9,600 | 8,750 |
| F₂ (N) | 4,500 | 5,500 | 4,200 |
| F₁ (N) | 13,450 | 15,100 | 12,950 |
| F_max (N) | 14,000 | 15,800 | 13,600 |
| Leistung P (kW) | 18.0 | 19.5 | 17.6 |
Durchschnittlich:
- Die CEMA-Ergebnisse sind am höchsten (zu konservativ);
- Die Ergebnisse der DIN-Methode sind am genauesten (vollständigstes physikalisches Modell).
- Die ISO-Ergebnisse liegen im Mittelfeld (robust, moderater Sicherheitsfaktor).
7.3 Unterschiede in den Sicherheitsfaktoren der drei Methoden
- SFiso =6∼9
- SFcema = 8 ~10
- SFvon = 7 bis 10
CEMA verwendet typischerweise eine höhere Standard-Sicherheitsmarge und bevorzugt daher höhere Festigkeitsklassen für Förderbänder, die zwar sicherer, aber auch teurer sind.
DIN hingegen neigt dazu, redundante Sicherheitsreserven durch präzise Berechnungen zu reduzieren.
7.4 Der Einfluss von Parameterunterschieden auf die Ergebnisse
| Kenngrößen | ISO | CEMA | DIN |
| Reibungskoeffizient μ | 0.30-0.40 | 0.35 | 0.32-0.40 |
| Sicherheitsfaktor SF | 6-9 | 8-10 | 7-10 |
| Dynamischer Koeffizient Ks | Optional | Erforderlich | Optional (Empfohlen) |
| Mindestspannung | ≥6–8% × Sr × B | ≥10% × Sr × B | ≥6–7% × Sr × B |
| Überlegungen für Startups | Nur Erläuterung im Anhang | Obligatorische Berechnung | Wärmstens empfohlen |
7.5 Praktische Anwendungsempfehlungen
- ISO auswählen: Bei der Durchführung von Exportprojekten oder multinationalen Konstruktionen ist dies der Standard, der von internationalen Organisationen am leichtesten anerkannt wird.
- Wählen Sie CEMA: Wenn das System in Bergwerken, Zuschlagstoffproduktionslinien oder von Wartungspersonal eingesetzt wird, das mit amerikanischen Systemen vertraut ist.
- DIN auswählen: Dies ist die beste Option für Systeme mit großen Entfernungen, erheblichen Höhenunterschieden, großer Kapazität oder mehreren Antriebsabschnitten.
In meiner praktischen Erfahrung bei der Inbetriebnahme von Systemen empfehle ich üblicherweise Folgendes:
- ISO: Berechnungsgrundlage;
- LÄRM: Festigkeitsprüfung;
- CEMA: Referenz für die Inbetriebnahme vor Ort.
Die Kombination aller drei Ansätze erzielt das beste Gleichgewicht zwischen Theorie und Praxis.
8. So stellen Sie die Förderbandspannung an der Anlage ein.
In der Entwurfsphase berechnen wir die theoretische Spannung;
Die tatsächliche Spannung des Förderbandes hängt jedoch während des Betriebs von der Art der Spannvorrichtung, ihrer Einbaugenauigkeit und den Wartungsmethoden ab.
Die korrekte Spannungseinstellung entscheidet direkt darüber, ob das System stabil arbeiten kann.
Man kann sich diesen Abschnitt folgendermaßen vorstellen:
Von „berechneter Spannung“ → zu „am Gerät erreichter Spannung“.
8.1 Drei gängige Spannungsmethoden
In den heutigen industriellen Förderanlagen werden drei Hauptspannmethoden eingesetzt:
| Spannarten | Eigenschaften | Allgemeine Szenarien |
| Schwerkraftspannung | Automatische Anpassung, sanftes Ansprechverhalten | Fernförderanlagen, Bergwerke, Häfen |
| Hydraulische Spannung | Hohe Steuerbarkeit, Ferneinstellung | Kurzstrecken-Hochfrequenz-Start-Stopp-System |
| Schrauben- oder Windenspannung | Kostengünstig, einfach zu bedienen, aber anfällig für Fehleinstellungen. | Kurzstreckenförderanlagen in Fabriken, temporäre Systeme |
Alle drei erreichen im Wesentlichen dasselbe:
Halten Sie die Kantenspannung locker F2 Innerhalb der konstruktionsbedingten Grenzen.
8.2 Logik der Spannungsanpassung
Obwohl sich die Einstellmethoden verschiedener Spannvorrichtungen unterscheiden, ist das Grundprinzip dasselbe: die Steuerung der Anfangsspannung des Förderbandes F.0 .
Der allgemeine Zielbereich beträgt:
0.06 ≤ F0 / ( Sr × B ) ≤ 0.10
- F0: Anfangsspannung (N)
- Sr: Nennzugfestigkeit des Riemens (N/mm)
- B: Riemenbreite (mm)
Mit anderen Worten, die Spannung sollte 6%–10% der Gesamtfestigkeit des Förderbandes betragen.
Dieser Bereich verhindert ein Verrutschen, ohne dass es aufgrund von Überspannung zu Ermüdungserscheinungen in den Gewebeschichten oder den Stahldrähten kommt.
8.3 Schwerkraft Spannung
Dies ist die klassischste und stabilste Methode zum Spannen.
Die Masse des Gewichts entspricht der anfänglichen Zugkraft gemäß folgender Formel:
W = ( 2 × F0 ) / G
- W: Masse des Gegengewichts (kg)
- g: Erdbeschleunigung (9.81 m/s²)
Tatsächliche Anpassungsschritte:
1. Ermitteln Sie den theoretischen Wert: F;
2. Berechnen Sie das Gegengewicht:W;
3. Stellen Sie die Höhe des Gegengewichtswagens so ein, dass sein Verfahrweg zentriert ist (im Allgemeinen beträgt die Verfahrwegausnutzung 30–70 %).
4. Nach dem Leerlauftest die Bandgeschwindigkeit und den Motorstrom beobachten. Sollten beim Anlauf Schlupf auftreten, das Gegengewicht um 5–10 % erhöhen.
Vorteile:
- Gleicht automatisch Änderungen der Riemenlänge aus;
- Unempfindlich gegenüber Temperatur und Dehnung;
- Nahezu wartungsfrei.
Nachteile:
- Großer Platzbedarf;
- Komplexe Installationsstruktur.
8.4 Hydraulisch Spannung
Die hydraulische Riemenspannung nutzt einen Hydraulikzylinder, um einen konstanten Druck zu erzeugen und so die Riemenspannung aufrechtzuerhalten.
F0 = p × A
- P: Hydraulischer Systemdruck (Pa)
- A: Effektive Fläche des Hydraulikzylinders (m²)
Anpassungsmethode:
1. Zielspannung F einstellen0
2. Berechnen Sie den erforderlichen Öldruck anhand des Zylinderdurchmessers;
3. Stellen Sie die Einstellung des Überdruckventils ein;
4. Überwachung in Echtzeit über einen Drucksensor während des Betriebs.
Vorteile:
- Hohe Genauigkeit, in Echtzeit anpassbar;
- Unterstützt automatische Steuerung (SPS-Anschluss).
Nachteile:
- Hohe Kosten;
- Hoher Wartungsaufwand;
- Wenn der Druck nachlässt, kann dies leicht zu einem sofortigen Lösen oder Verrutschen führen.
8.5 Schrauben- oder Windenaufnahme
Dies ist die häufigste, aber auch die einfachste Art, einen Fehler zu machen.
Anpassen der Förderbandverlängerung ΔL durch Schraubenverschiebung:
F0 = E × A × ( ΔL / L )
- E: Elastizitätsmodul des Förderbandes (N/mm²)
- A: Riemenquerschnittsfläche (mm²)
- L: Förderbandlänge (mm)
In der Praxis verstellen viele Anwender die Schraube nach Gefühl, was oft zu Folgendem führt:
- Unzureichende Spannung → Rutschen und Durchhängen;
- Übermäßige Spannung → Gelenkrisse und Überlastung der Umlenkrollen.
Anpassungsvorschläge:
- ΔL entsprechend dem berechneten Wert steuern;
- Zur Beurteilung der Motorspannung verwenden;
- Führen Sie nach dem Start eine zweite Kalibrierung durch.
8.6 Häufige Fehler bei der Anpassung
| Falsche Bedienung | Typische Folgen | Richtiges Vorgehen |
| Die Spannung blindlings erhöhen | Gelenkermüdung, Gewebedelamination | Regelung innerhalb des berechneten Bereichs |
| Der Hub des Spannmechanismus ist zu gering. | Änderungen der Riemenlänge können nicht ausgeglichen werden. | Auf den Mittelpunkt des Strichs einstellen |
| Vernachlässigung der Riemenlängung | Langfristiges Durchhängen | Zweite Kalibrierung nach 24–72 Betriebsstunden |
| Fehlausrichtung der Spannrolle | Fehlausrichtung des Riemens, Kantenverschleiß | Überprüfen Sie regelmäßig die Parallelität der Spannkonstruktion. |
Genaue Berechnungen bedeuten nicht automatisch die richtige Spannung; wahre Stabilität entsteht durch korrekte Einstellungen und kontinuierliche Überwachung.
9. Fazit – Die Förderbandspannung bestimmt die Systemzuverlässigkeit
Die Spannung des Förderbandes bestimmt den stabilen Betrieb eines Fördersystems.
Es beeinflusst die Antriebseffizienz, den Energieverbrauch, die Riemenflucht, den Schlupf und die Lebensdauer der Gelenke.
Unabhängig davon, ob DIN-, CEMA- oder ISO-Methoden angewendet werden, verfolgt die Berechnung nur ein Ziel – die Spannung im richtigen Bereich zu halten.
Die richtige Spannung ergibt sich aus einer genauen Berechnung der Förderbandspannung, einer angemessenen Einstellung des Förderbandes und der kontinuierlichen Überprüfung der Vorgehensweise zur Kontrolle der Förderbandspannung.
Diese drei Punkte sind unerlässlich.
Letztendlich fallen Förderbänder nicht zufällig aus.
Jeder Fehler ist die Folge einer falschen Spannung.
