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Konstruktion einer Palettenförderer-Montagelinie: 10 Parameter, die zuerst definiert werden müssen
Henton Aluminum | Konstruktion und Auswahl von Palettenförderern
Viele Kunden bitten um ein Angebot für einen Palettenförderer, indem sie mit einer einzigen Frage beginnen:
„Wie viel kostet ein 10-Meter-Förderer?“
Die Länge des Förderers allein bestimmt jedoch nicht die richtige Lösung.
Zwei Förderstrecken können beide 10 Meter lang sein – doch während die eine leichte Elektronikbauteile transportiert, befördert die andere Batteriemodule mit einem Gewicht von über 100 kg. Eine Strecke bewegt Produkte möglicherweise nur kontinuierlich, während die andere zusätzlich automatisch stoppen, heben, positionieren, prüfen und Paletten zurückführen muss.
Unterschiedliche Betriebsbedingungen erfordern unterschiedliche Ketten, Aluminiumprofile, Paletten, Antriebssysteme und Steuerungen.
Eine stabile Palettenförderer-Produktionslinie beginnt mit den folgenden zehn Parametern.
01 Welches Gesamtgewicht haben Produkt und Palette zusammen?
Die Lastberechnung darf nicht ausschließlich auf dem Gewicht des Produkts beruhen.
Die tatsächliche Bewegungslast umfasst:
Produkt + Befestigungsgegenstand + Palettenplatte + Palettenzubehör
Wenn beispielsweise das Produkt 20 kg, die Leuchten 8 kg und die Aluminiumpalette 7 kg wiegen, beträgt die tatsächliche Last pro Palette 35 kg und nicht 20 kg.
Die technische Prüfung muss auch bestätigen:
Ob der Schwerpunkt zentriert ist
Palettenmaße
Ob die Last exzentrisch ist
An der Stelle, an der die Palette mit den Förderketten in Berührung kommt
Wie viele Paletten laufen gleichzeitig auf der Linie?
Anzahl der Paletten, die sich unter Volllastansatz ansammeln dürfen
Bei der Kettenauswahl ist nicht nur die Gesamtlast des Förderers zu prüfen, sondern auch die Last auf jeder Walze, jeder Kette und die mögliche Lastdifferenz zwischen der linken und der rechten Kette.
Bei der Auswahl der frei fließenden Ketten müssen die Ingenieure auch die Palettenmasse, Abmessungen, Menge, Fördergeschwindigkeit, Förderlänge und Akkumulationslänge zusammen berücksichtigen, anstatt das Produktgewicht allein zu verwenden.
Für Henton ist der erste Schritt nicht die Auswahl eines Motors. Es ist die Identifizierung der schwersten Betriebsbedingung der gesamten Linie.
02 Wie viele Produkte müssen pro Minute transportiert werden?
„Je schneller das Förderband, desto besser“ ist eines der häufigsten Missverständnisse bei der Konstruktion von Palettenförderern.
Die eigentliche Anforderung ist nicht die höchste Kettengeschwindigkeit, sondern die Anzahl fertiger Produkte, die die Linie pro Minute zuverlässig liefern kann.
Wenn das Produktionsziel 6 Produkte pro Minute beträgt und jede Palette 1 Produkt trägt, beträgt die durchschnittliche Taktzeit pro Palette:
60 ÷ 6 = 10 Sekunden pro Palette
Wenn jede Palette 2 Produkte trägt, erhöht sich die zulässige Taktzeit pro Palette auf:
60 × 2 ÷ 6 = 20 Sekunden pro Palette
Bevor die Fördergeschwindigkeit festgelegt wird, müssen folgende Punkte bestätigt werden:
Soll-Ausbringung pro Minute
Anzahl der Produkte pro Palette
Abstand zwischen den Arbeitsstationen
Zeit für das Starten, Stoppen und Positionieren der Palette
Ob das Be- und Entladen manuell erfolgt
Ob Prüf-, Schraub-, Dosier-, Schweiß- oder andere Verweilprozesse enthalten sind
Die Fördergeschwindigkeit ist ein Ergebnis des Konstruktionsprozesses, nicht der Ausgangspunkt.
Eine schnellere Kette erhöht die Produktion nicht, solange die Arbeitsstationen blockiert bleiben. Sie kann lediglich Stöße, Geräusche und Verschleiß erhöhen.
03 Welche Taktzeit hat jede Arbeitsstation?
Die Ausbringung pro Minute definiert das Produktionsziel. Die Taktzeit der Arbeitsstationen bestimmt, ob die Anlage dieses Ziel tatsächlich erreichen kann.
Wenn alle zehn Sekunden ein Produkt fertiggestellt werden muss, darf keine Arbeitsstation regelmäßig mehr als zehn Sekunden benötigen, ohne zusätzliche Kapazität.
Eine reale Linie könnte wie folgt aussehen:
Laden: 5 Sekunden
Scannen: 3 Sekunden
Schrauben: 18 Sekunden
Inspektion: 8 Sekunden
In diesem Fall ist die 18-Sekunden-Schraubstation – nicht die Fördergeschwindigkeit – die eigentliche Produktionsengstelle.
Mögliche Lösungen umfassen:
Hinzufügen einer parallelen Arbeitsstation
Transport mehrerer Produkte auf einer Palette
Aufteilen eines Prozesses in mehrere Schritte
Hinzufügen von Pufferkapazität
Einsatz automatischer Geräte
Neuordnung der Arbeitsplatzanordnung
Ein Palettenförderer ist nicht einfach ein Gerät, das Produkte vorwärts bewegt. Er muss Prozesse mit unterschiedlichen Taktzeiten zu einem ausgewogenen Produktionsfluss organisieren.
Ohne Ausgleich der Taktzeiten löst eine Vergrößerung der Kettengröße, der Motorleistung oder der Rahmenabmessungen das Kapazitätsproblem nicht.
04 Wie viele Paletten müssen gleichzeitig angesammelt werden?
Einer der Hauptvorteile eines freilaufenden Palettenförderers ist, dass die Kette weiterlaufen kann, während Paletten an einem Stopporgan stehen bleiben und sich dort stauen.
Die Staukapazität ist jedoch nicht unbegrenzt.
Mehr Paletten und längere Stauzonen erhöhen Reibung, Antriebslast und Rollenverschleiß.
Die erforderliche Staukapazität wird üblicherweise aus der möglichen Ausfallzeit des nachgeschalteten Prozesses berechnet.
Zum Beispiel:
Produktionszyklus: 20 Sekunden pro Palette
Typische Wiederanlaufzeit der nachgeschalteten Prozesse nach einer Störung: 3 Minuten
Der vorgelagerte Prozess fährt während dieser 3 Minuten mit der Beschickung fort
Die minimale theoretische Pufferkapazität beträgt:
180 ÷ 20 = 9 Paletten
Das endgültige Design muss zudem den Abstand zwischen den Paletten, die Freigabelogik nach Wiederaufnahme der Produktion sowie eine angemessene Reserve berücksichtigen.
Die technische Prüfung muss zudem bestätigen:
Ob die gesamte Anlage oder nur ausgewählte Zonen Paletten ansammeln
Ob Produkte während der Ansammlung miteinander in Kontakt treten dürfen
Wie viele Paletten ein Stoppvorrichtung halten muss
Ob Akkumulationszonen einen abschnittsweisen Stop erfordern
Ob der Antrieb eine vollständig akkumulierte Förderstrecke bewältigen kann
Viele Förderer laufen normalerweise problemlos leer, überlasten jedoch, vibrieren oder blockieren, sobald alle Paletten akkumuliert sind. In den meisten Fällen wurde die vollständige akkumulierte Last bei der Konstruktion nicht berücksichtigt.
05 Welche Fördererlänge und Arbeitshöhe sind gefordert?
Eine längere Förderstrecke ist nicht einfach eine Frage des Hinzufügens mehrerer Meter Aluminiumprofil.
Mit zunehmender Länge steigen auch Kettengewicht, Führungsfriktion, Palettenanzahl und akkumulierte Zugspannung. Jenseits einer bestimmten Länge kann das Konstruktionskonzept folgende Maßnahmen erfordern:
Mehrere Antriebsabschnitte
Zusätzliche Zwischenstützen
Größere Rahmenprofile
Eine überarbeitete Kettenspannvorrichtung
Zonensteuerung
Wartungszugang
Bei der Auswahl der Kette berücksichtigen die Berechnungsmethoden für die Kettenspannung Länge und Geschwindigkeit des Förderers, Reibungskoeffizienten, maximale Fördermasse sowie Umgebungsbedingungen. Bei schnellem Anfahren oder plötzlichem Laststoß muss zudem die Trägheit berücksichtigt werden.
Die Arbeitshöhe muss ebenfalls konstruktiv ausgelegt und nicht willkürlich gewählt werden.
Bei manuellen Montagelinien sind Körpergröße des Operators, sitzende oder stehende Tätigkeit, Position der Werkzeuge sowie die Arbeitsoberfläche des Produkts zu berücksichtigen. Automatisierte Linien müssen mit Robotern, Inspektionssystemen, Dosiermaschinen und Ladeeinrichtungen kompatibel sein.
Bei einem zweistufigen Rücklaufförderer ist zudem Folgendes zu prüfen:
Obere Arbeitshöhe
Unterer Rücklaufabstand
Höhe des Hebe- und Transfermechanismus
Platz für Motoren und Kettenräder
Einstellbereich der Nivellierfüße
Die Arbeitshöhe scheint eine einfache Abmessung zu sein, beeinflusst jedoch direkt die Ergonomie und die Integration von Geräten.
06 Ist eine Hub-und-Positionier-Funktion erforderlich?
Ein Anschlag kann eine Palette stoppen, doch Stoppen ist nicht dasselbe wie präzises Positionieren.
Manuelle Montage, visuelle Inspektion und grundlegende Scanning-Vorgänge erfordern möglicherweise nur, dass die Palette innerhalb eines allgemeinen Bereichs zum Stehen kommt. Ein Anschlag kann für diese Vorgänge ausreichend sein.
Hub-und-Positionier-Einheiten werden üblicherweise benötigt für:
Roboter-Pickvorgänge
Automatisches Verschrauben
Dosieren oder Beschichten
Press fitting
Laserinspektion
Bildverarbeitung
Präzisionsmessung
Schweißen
Automatisches Laden und Entladen
Eine Hub- und Positioniereinheit hebt die Palette von den Förderrollen ab und positioniert sie mithilfe von Stiften, Buchsen oder präzisen Referenzflächen.
Dies bietet zwei wichtige Vorteile:
Erstens werden Bearbeitungs- und Presskräfte nicht direkt auf die Förderkette und die Rollen übertragen.
Zweitens wird die Position der Palette durch die Positioniereinheit und nicht durch die Endstellung der Kette definiert.
Daher reicht es nicht aus, lediglich anzugeben, dass ein Anschlag benötigt wird. Auch die nach dem Anhalten durchgeführten Prozesse müssen definiert werden.
07 Welche Positioniergenauigkeit ist erforderlich?
Es reicht nicht aus, lediglich zu erwähnen, dass eine Positionierung erforderlich ist. Die geforderte Wiederholgenauigkeit muss festgelegt werden.
Unterschiedliche Prozesse stellen sehr unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen.
Bei manueller Montage ist lediglich eine stabile, angehaltene Palette erforderlich.
Bei einer grundlegenden Sensorinspektion ist eine angemessen konsistente Positionierung erforderlich.
Roboter-Picking erfordert eine stabile Wiederholbarkeit
Sicht, Verteilung, Schraubenziehen und Präzisionspressen erfordern höhere Genauigkeit
Bei etablierten Palettenfördersystemen können spezielle Positionierungseinheiten eine Wiederholbarkeit im Bereich von ungefähr ±0,1 mm bis ±0,3 mm erreichen. Die tatsächliche Leistung hängt von der Palettenstruktur, der Lage von Pins und Buschen, der Last, der Installationsgenauigkeit und der Mechanismuskonstruktion ab.
Ein Punkt muß hervorgehoben werden:
Die Positionsaugenauigkeit kann nicht einfach durch das Schreiben einer Zahl in einer Spezifikation erreicht werden.
Es hängt auch davon ab:
Palettenstarre
Einfügung zwischen Ortungsspitzen und Buschen
Anordnung des Produkts in der Leuchte
Synchronisierung des Aufzugsmechanismus
Rahmensteifigkeit
Ob die Last exzentrisch ist
Maschinenbau und -installation
Wartung nach langfristigem Verschleiß
Je höher die Genauigkeitsanforderung ist, desto weniger wahrscheinlich ist, dass ein einfacher Verschluss allein ausreicht.
08 Ein- oder Doppelstufe-Rückgabe?
Die Förderstruktur sollte nach verfügbarem Bodenflächen, den Anforderungen an die Rückgabe von Paletten und dem Prozessfluss ausgewählt werden.
Einfach aufgeschaltete Geradeförderer
Dies ist die einfachste Struktur, mit geringeren Investitionen und einfacherer Wartung. Es ist geeignet, wenn die Betreiber die Paletten am Ende der Linie entfernen oder wenn keine automatische Rückgabe der Paletten erforderlich ist.
Die Hauptbeschränkung besteht darin, dass leere Paletten manuell zurückgegeben werden müssen.
Doppelstufige automatische Rückgabe
Die obere Ebene wird für die Montage und den Transport von geladenen Paletten verwendet, während die untere Ebene leere Paletten zurückgibt. Aufzüge, Aufzugs- und Umzugseinheiten oder andere Umzugmechanismen verbinden die beiden Ebenen.
Diese Konstruktion spart Bodenfläche und sorgt für automatische Palettenzirkulation, wodurch sie für gerade Montagelinie geeignet ist.
Die zusätzlichen Aufzugs-, Übertragung- und Steuerungsmechanismen erhöhen jedoch auch die Anforderungen an die Absicherung und die Verriegelung von Fehlern.
Horizontale Schleifförderer
Die Paletten kreisen kontinuierlich um eine horizontale Schleife. Diese Anordnung ist geeignet, wenn Arbeitsplätze um das Förderband herum platziert werden und wenn Zweige, Kontrollstellen oder Nachbearbeitungsbereiche hinzugefügt werden können.
Ein Schleifen ist flexibel, nimmt aber in der Regel mehr Bodenfläche ein und erfordert mehr Dreh- und Übertragungsmechanismen.
Es gibt kein universell bestes Layout. Die richtige Anordnung ist die, die dem Prozess und dem verfügbaren Fabrikraum entspricht.
09 Sind ESD, Staubschutz oder hochtemperaturbeständigkeit erforderlich?
Die Palettenförderer werden nicht nur in gewöhnlichen Werkstätten eingesetzt.
Die Montage von Elektronik, die Herstellung von Batterien, Präzisionsinstrumente, saubere Bereiche, Hochtemperaturverfahren und die Metallbearbeitung stellen unterschiedliche Anforderungen an Materialien und Strukturen dar.
ESD-empfindliche Umgebungen
Der Austausch einer Komponente durch eine antistatische Kette ist keine vollständige ESD-Lösung.
Eine vollständige ESD-Konstruktion kann auch Folgendes erfordern:
Mit einem Gehalt an Zellstoff von mehr als 0,01 GHT
Geeignete Ketten- und Führungsmaterialien
Ein Leitungsweg zwischen Palette und Förderer
Erdung des Aluminiumrahmens
Mit einem Durchmesser von mehr als 20 mm
Schutz elektrischer Komponenten
Endtest der Widerstandsfähigkeit
Die ESD muss als Anwendungsvoraussetzung auf Systemebene und nicht als Eigenschaft einer einzelnen Komponente betrachtet werden.
Staub- und Metallsplitterumgebungen
Die Konstruktion muss die Abdeckung der Kettekanäle, die Entfernung von Späne, die Reinigung und den Wartungszugriff berücksichtigen.
Wenn Aluminium- oder Stahlsplitter oder Staub in den Bereich der Ketten und Zwickel ständig gelangen, beschleunigt sich der Verschleiß und kann schließlich zu Verstopfungen führen.
Hochtemperaturumgebungen
Die folgenden Punkte müssen erneut überprüft werden:
Kettenelemente und Rollen
Temperaturgrenzwerte für Verschleißstreifen
Schmierstoffmethode
Motor- und Getriebeposition
Temperaturbewertung von Sensoren, Rohren und Kabeln
Thermische Ausdehnung des Rahmens und der Paletten
Eine Standardwerkstattaufstellung kann nicht unmittelbar auf jede Betriebsumgebung angewendet werden.
10 Wie werden Motorleistung und Sicherheitsfaktoren berechnet?
Die Motorauswahl darf nicht auf eine Regel wie „eine bestimmte Anzahl Watt pro Meter“ reduziert werden.
Die erforderliche Förderkraft muss mindestens vier Komponenten umfassen:
Gesamtwiderstand = Reibungswiderstand + Anfahrträgeheit + Steigungswiderstand + Zusatzwiderstand
Für eine erste Abschätzung eines horizontalen Förderers:
Reibungswiderstand F₁ = μ × M × g
Wo:
μ ist der äquivalente Reibungskoeffizient der Kette, der Rollen und des Führungssystems
M ist die gesamte bewegte Masse
g ist die Erdbeschleunigung
Beim Anfahren tritt auch Trägheit auf:
Trägheitskraft F₂ = M × a
wobei a die Beschleunigung des Förderers ist.
Bei geneigter Bewegung oder Höhenänderungen ist eine zusätzliche Komponente der Schwerkraft erforderlich. Gestapelte Paletten, Kettenzugspannung, Umlenkmechanismen, Lager und sonstiges Zubehör müssen ebenfalls als zusätzlicher Widerstand berücksichtigt werden.
Sobald die gesamte Antriebskraft F ermittelt ist, kann die vorläufige Leistung wie folgt berechnet werden:
Berechnete Leistung P = F × v ÷ (1000 × η)
Wo:
P ist in kW
F ist die gesamte Antriebskraft in N
v ist die Kettengeschwindigkeit in m/s
η ist der Gesamtwirkungsgrad des Motors, des Getriebes, des Kettenrads und des Antriebssystems
Der Motor sollte nicht exakt auf den berechneten Wert ausgelegt werden.
Ein Sicherheitsfaktor muss berücksichtigt werden:
Ausgewählte Motorleistung ≥ berechnete Leistung × Sicherheitsfaktor
Der Sicherheitsfaktor ist keine feste Zahl. Er hängt ab von:
Start- und Stopp-Häufigkeit
Stetige Betriebszeit
Vollstrecken-Akkumulation
Betrieb in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
Schlagbelastungen
Erforderliche Beschleunigungszeit
Umgebungstemperatur
Schwankungen der tatsächlichen Last
Eine vorläufige Reserve von ca. 1,3 bis 1,5 kann für stabile, kontinuierliche Förderung geeignet sein. Häufige Starts, starke Akkumulation oder schwankende Lasten können eine Reserve von ca. 1,5 bis 2,0 erfordern. Schwerlast-, Stoß- oder Reversieranwendungen erfordern eine gesonderte Verifikation statt eines festen Faktors.
Die Motorauswahl muss außerdem folgende Faktoren überprüfen:
Getriebeabtriebsdrehmoment
Anzugsmoment
Zahnradwellendrehmoment
Motordrehzahl
Untersetzungsverhältnis
Thermische Kapazität
Start-Stopp-Frequenz
Maximal zulässige Kettenzugkraft
Fachkundige Motorauswahlverfahren bewerten Trägheit, Drehmoment und Drehzahl gemeinsam, während Kettenauswahlverfahren die maximale Kettenzugkraft, Geschwindigkeitsfaktoren und Betriebsbedingungen überprüfen.
Ein zu kleiner Motor kann unter Volllast möglicherweise nicht starten. Ein unnötigerweise zu großer Motor kann die Kette, die Zahnräder und das Getriebe stärker belasten. Der richtige Ansatz besteht darin, das gesamte Antriebssystem abzustimmen – nicht einfach nur die Motorleistung zu erhöhen.
Bereiten Sie diese Informationen vor, bevor Sie eine Palettenförderer-Lösung anfordern
Wenn Sie bei Henton eine Palettenförderer-Montagelinie anfordern, helfen uns folgende Angaben, eine präzisere Lösung und ein genaues Angebot vorzubereiten:
Produktname, Abmessungen und Gewicht
Palettenabmessungen, Gewicht und Material
Anzahl der Produkte pro Palette
Soll-Ausbringung pro Minute
Taktzeit pro Arbeitsstation
Erforderliche Fördererlänge, -breite und Arbeitshöhe
Maximale Anzahl an gestapelten Paletten
Anforderungen an das Anhalten, Heben und präzise Positionieren
Erforderliche Positioniergenauigkeit
Ein-Ebenen-, Zwei-Ebenen- oder Rundlauf-Rückführungsanordnung
Betriebsumgebung und tägliche Betriebsstunden
Integration mit Robotern, Inspektionsgeräten oder Steuerungssystemen
Ein Palettenförderer mag auf den ersten Blick nur eine Transportstrecke sein, doch er verbindet Taktzeit der Produktion, Vorrichtungen, Automatisierungsausrüstung, Bediener und Logistik im Werk.
Ein schnelles Angebot hat wenig Wert, wenn die technischen Parameter nicht korrekt definiert wurden.
Henton entwirft keinen Palettenförderer einfach durch Anordnung von Aluminiumprofilen und Ketten nach Länge. Wir bewerten Last des Produkts, Taktzeit der Produktion, Akkumulationsmenge, Positionierungsanforderungen und Umgebungsbedingungen und entwickeln dann Kette, Rahmen, Palette, Antrieb und Steuerungssystem als eine vollständige Gesamtlösung.
Kunden benötigen keinen Förderer, der lediglich bewegt.
Sie benötigen eine Produktionslinie, die unter Volllast startet, ohne Verstopfung akkumuliert, präzise positioniert, langfristig zuverlässig läuft und mit der geforderten Produktionsleistung mithält.
