Tribologische Untersuchungen am Förderzahnriemen

Zahnriemenfördersysteme haben auf Grund ihrer wirtschaftlichen und technischen Vorteile beim Transport von Stückgütern ein breites Anwendungsfeld in den unterschiedlichen Bereichen der Industrie gefunden und gewinnen weiterhin an Bedeutung. Die Auslegung der Systeme beschränkt sich gegenwärtig im Wesentlichen auf die Zugstrang- und die Zahnfußfestigkeit des Zahnriemens. Grundlagen der Berechnungen sind oft recht vage Aussagen zur Höhe des Reibwertes zwischen dem Zahnriemen und dessen Stützschiene. Die Erhöhung der Kontakttemperatur durch die eingebrachte Reibleistung wird meist völlig vernachlässigt. In der Praxis wird oftmals auf Erfahrungswerte zurückgegriffen, wobei die Gefahr der Über- bzw. Unterdimensionierung mit erheblichen Auswirkungen auf die Lebensdauer, das Verschleißverhalten und die Betriebssicherheit besteht. 1. Anwendung von Zahnriemenförderern Das Einsatzgebiet der Zahnriemen ist neben der Antriebstechnik in zunehmendem Maße die Fördertechnik, wo diese als Zug- und Tragmittel für den Stückguttransport zur Anwendung kommen. Der Grund dieser Entwicklung lässt sich mit den günstigen Eigenschaften dieser Maschinenelemente erklären. Besonders zu erwähnen sind dabei der geräuscharme Lauf, die geringe Masse und die niedrigen Kosten in Anschaffung und Wartung. Der synchrone Lauf, der mit Zahnriemen wie auch mit Förderketten realisierbar ist, ist ein weiterer wesentlicher Vorteil. Dabei übernehmen die robusten Förderketten den Bereich der Fördertechnik, in dem große Kräfte übertragen werden müssen und stark schmutzintensive Umgebungsbedingungen vorherrschen. Haupteinsatzgebiete der Zahnriemenförderer ist der Bereich der empfindlicheren Güter mit relativ geringen Massen, wobei sich immer mehr abzeichnet, dass auch Einsatzgebiete mit schweren Werkzeugträgern erschlossen werden. Die Transportzahnriemen müssen bei dem Einsatz zahnseitig abgestützt werden, um die Gutmasse aufnehmen zu können. Stückgüter können von Zahnriemen durch Kraft- oder Formschluss transportiert werden. Der Einsatz ist von den technologischen Erfordernissen und der Art des Transportgutes abhängig. Formschluss wird meist über aufgeschweißte Formelemente / Mitnehmer realisiert. Diese Art des Transportes wird verwendet, wenn Teile: • vereinzelt, • genau positioniert, ������ zeitlich exakt getaktet, • über starke Steigungen bis hin zum vertikalen transportiert werden müssen, • bzw. sich gegenseitig nicht berühren dürfen. Abbildung 1: Formschlüssiger Transport mit aufgeschweißten Formelementen Die Art und die Form des auf dem Zahnriemenrücken aufgebrachten Formelementes werden vom Gut selbst und dem Einsatzzweck bestimmt. Eine Vielzahl von verschiedenen Elementen wird von der Industrie standardmäßig angeboten. Bei der kraftschlüssigen Variante können zwei grundlegende Arten unterschieden werden: Zum einen Zahnriemenbeschichtungen mit sehr hohem Reibwert, zum anderen mit sehr niedrigen Reibwerten. Beschichtungen mit sehr hohem Reibwert (z. B. Silikon, PUR-Schaum, Naturkautschuk) eignen sich besonders für Schrägförderer und Abzugsbänder sowie für einfache Positionieraufgaben. Dabei wird eine relative Verschiebung des Gutes zum Zahnriemen durch den hohen Reibwert in der Kontaktzone behindert. Abbildung 2: Abzugsband für biegeschlaffe Flachformkörper z. B. Folie, Textilien Zahnriemenrückenbeschichtungen mit geringen Reibwerten bestehen meist aus Polyamidgewebe und eignen sich besonders gut für den Staubetrieb. Hierbei dient der Zahnriemen selbst als Zwischenspeicher. Bei Bedarf können die Güter freigegeben werden. Dabei muss aber sichergestellt werden, dass auch die Auflagefläche des Fördergutes für einen solchen Einsatzzweck geeignet ist, da es zu einer Relativbewegung zwischen Gut und undZahnriemen kommt. Abbildung 3: Stauförderer Parallelförderer können sowohl als reibschlüssige als auch als formschlüssige Variante ausgeführt werden. Ihr Vorteil liegt darin, dass größere Güter, z. B. Flachglas, Bleche usw. auf zwei oder mehreren Riemen aufliegen und durch die gleiche Geschwindigkeit der synchron angetriebenen Riemen keine Verschiebung des Gutes erfolgt. Würde der Antrieb nicht über Zahnriemen erfolgen, sondern über Flachriemen bzw. Gurte, wäre außerdem ein Zugmittel in der Breite des Fördergutes notwendig. Daraus ergibt sich zusätzlich eine wesentliche Massereduzierung der Zugmittel für den Stückguttransport in der Fördertechnik. Abbildung 4: Parallelförderer für kraftschlüssigen Transport Allen diesen Varianten ist jedoch gemein, dass der Zahnriemen auf einer Stützschiene gleitet und die Normalkraft des Transportgutes in Verbindung mit Riemengeschwindigkeit und Reibwert eine Reibleistung und damit Wärme erzeugt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt fehlen exakte Angaben zu den Reibwerten für die einzelnen Gleitpaarungen. Auch ist eine Veränderung dieser Reibwerte bei Geschwindigkeits-, Temperatur-, und Belastungsänderung ungeklärt. Des Weiteren ist es auch notwendig, die Belastungsgrenzen für die Auslegung von Zahnriemenförderern zu definieren und das Verschleißverhalten zu kennen. Die derzeit üblichen Auslegungskriterien für diese fördertechnischen Anlagen sind Zugstrangfestigkeit und Zahnfußfestigkeit. Dabei bleibt jedoch die Erwärmung des Zugmittels und der Stützschiene durch die eingebrachte Reibleistung und den sich ändernden Reibwert unbeachtet. Insbesondere bei kurzen Förderstrecken mit großen Lasten bzw. hohen Transportgeschwindigkeiten ist die Gefahr von thermischen Überlastungen gegeben, welche zu erhöhtem Verschleiß bzw. zum Totalausfall der Anlage führen kann. Soll dieses zusätzliche Auslegungskriterium angewandt werden, sind Erkenntnisse aus den Gebieten der Tribologie und der Wärmelehre/Thermodynamik anzuwenden. Zum einen ist eine Bestimmung der entstehenden Reibleistung notwendig und zum anderen der abgeführte Wärmestrom zu ermitteln. Die sehr komplexen Zusammenhänge werden durch konstruktive und technologische Größen beschrieben, welche sich wiederum gegenseitig beeinflussen. 2. Reibwerte in der Gleitpaarung In DIN ISO 7148-2 sind die Besonderheiten bei der tribologischen Prüfung von polymeren Werkstoffen beschrieben. Dabei wird explizit darauf hingewiesen, dass die Prüfanordnung möglichst der praktischen Anwendung entsprechen sollte, um die Übertragbarkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten. Deshalb wurde ein Versuchsstand konzipiert, der die Kontaktverhältnisse von Zahnriemen und Stützschienen möglichst real abbildet (Abb.5). Abbildung 5: Schematischer Aufbau des Versuchsstandes Für die Untersuchung der Zahnriemenpaarung wird der Zahnriemen mit der Zahnseite nach oben aufgespannt. Auf die nach oben zeigende Zahnseite wird eine planparallele Platte des jeweiligen Gleitschienenmaterials aufgelegt. Die Flächenpressung der Paarung lässt sich über aufgebrachte Massestücke variieren und die Reibkraft über den Kraftsensor direkt über eine Schnittstelle zur Aufzeichnung an einen Rechner weiterleiten. Zur Ermittlung der Kontakttemperaturen wurden Bohrungen in das Gleitschienenmaterial eingebracht, die unmittelbar bis an die Oberfläche der Kontaktfläche reichen und mit Thermoelementen bestückt sind. Die Abstützung des Zahnriemens erfolgt auf einem Flachriemen, der wiederum auf einer Rollenbahn abrollt. Dadurch wird ein zusätzlicher Wärmeeintrag durch eine gleitende Abstützung vermieden. Die Gleitgeschwindigkeit und Flächenpressung auf die Paarung werden in Stufen variiert. Als Versuchszahnriemen dienten PU-Riemen mit und ohne zahnseitiger Polyamidbeschichtung der Abmessung 1250 x 25 T10. Abbildung 6: Reibwertmessungen an PU-Zahnriemen ohne Beschichtung (Kurzzeitversuche) Die ermittelten Messwerte der Gleitreibungszahl µ für verschiedene PU-Zahnriemen – Stützschienenkombinationen sind in Abbildung 6 dargestellt. Die schraffierten Balken geben die Reibungszahlempfehlungen von Herstellern sowie aus Literaturquellen für diese Paarungen wieder. Oft wird jedoch darauf hingewiesen, dass für einen konkreten Anwendungsfall eigene Untersuchungen durchzuführen sind. Die grauen Balken geben die bei einer Versuchsdauer von bis zu 8 Stunden ermittelten Reibungszahlen wieder. Dabei wurden sowohl die Flächenpressungen als auch die Gleitgeschwindigkeiten variiert. Bei einigen Paarungen (Holz (Abb.7)) konnte ein sehr starker abrasiver Verschleiß am Zahnriemen festgestellt werden. Diese Werkstoffkombinationen sind nur für geringe Belastungen geeignet. Abbildung 7: Oberfläche PU-Zahnriemen, verschlissen an Schichtholz Die Paarungen in Verbindung mit Stahl- bzw. Aluminiumstützschienen neigen zu stick-slip- Erscheinungen verbunden mit starker Geräuschentwicklung. Aufgrund der relativ hohen Reibungszahlen wurden keine Dauerversuche an unbeschichteten PU-Zahnriemen durchgeführt. Für die weiteren Untersuchungen wurden ausschließlich polyamidbeschichtete Zahnriemen verwendet. In Abbildung 8 werden die Ergebnisse der Reibwertuntersuchungen an PAZ-Zahnriemen (Polyamidgewebebeschichtung auf der Zahnseite) dargestellt. Die schraffierten Balken stellen wiederum die bisherigen Empfehlungen dar, die grauen Balken die ermittelten Messwerte im Kurzzeitversuch (bis 8 Stunden) und die schwarzen Balken die Messwerte im Langzeitversuch (zwischen 7 und teilweise bis zu 100 Tagen). Hier ist die Übereinstimmung der Reibungszahlen zwischen Empfehlungen und Kurzzeitmesswerten sehr gut. Der deutliche Anstieg der Werte im weiteren Verlauf der Untersuchungen deutet daraufhin, dass der tribologische Einlauf innerhalb von 8 Stunden meist noch nicht abgeschlossen ist und dass nach fortlaufender Belastung weitere tribologische Phänomene die Kontaktverhältnisse ändern. Abbildung 8: Reibungszahlen an polyamidbeschichteten PU-Zahnriemen (PAZ) in Verbindung mit verschiedenen Gleitschienen Bei den Paarungen mit einer Stützschiene aus Stahl, Aluminium oder Schichtholz konnte eine polymere Filmbildung auf der Gleitfläche beobachtet werden. In Abbildung 9 und 10 ist die Entwicklung am Beispiel von Stahlproben zu sehen. Gemeinsam bei diesen Paarungen ist die fortschreitende Schichtbildung, verbunden mit einer Reibwerterhöhung. Der Verschleiß der Gewebeschicht am Zahnriemen setzt bei größeren Reibungszahlen ein, was zu deren weiterer Erhöhung führt Ein weiterer Einsatz führt zur vollständigen Abtragung der Gewebeschicht und damit zu einer neuen tribologischen Paarung PU-Zahnriemen ��� Polymerschicht. Abbildung 9: beginnende polymere Ablagerung auf Stahlprobe Rz28 Abbildung 10: nahezu geschlossener polymerer Film auf Stahlprobe Rz28 Am Beispiel der Paarung PAZ Zahnriemen – Stahlstützschiene wird die Entwicklung der Reibungszahl über die Zeit des Gleitkontaktes in Abbildung 12 dargestellt. Dabei wurde die Oberflächenrauigkeit (Rz 6,3; Rz 28) durch entsprechende Bearbeitungen variiert. Der relativ starke Anstieg an der Paarung Rz 6,3 kann zum einen auf die hohe Gleitgeschwindigkeit und den damit entsprechend langen Gleitweg zurückgeführt werden, zum anderen auf den höheren adhäsiven Anteil durch die relativ glatte Oberfläche und der damit erhöhten Kontaktfläche. Abbildung 11 zeigt einen verschlissenen Zahnkopf. Abbildung 9: Verschlissene Zahnkopfflanke, PAZ - Stahl Abbildung 10: Änderung der Reibungszahl im zeitlichen Verlauf an der Paarung ZR PA – Stahl Die Erhöhung der Reibungszahlen an der Paarung PE UHMW - polyamidbeschichteter Zahnriemen kann nicht unmittelbar auf direkte Verschleißerscheinungen zurückgeführt werden. Sowohl die Gleitfläche als auch der Zahnriemen weisen auch nach längerem Kontakt keine sichtbaren Schäden auf: Es bildet sich kein polymerer Film auf der PE- UHMW- Gleitfläche heraus. In Abbildung 11 wird die Änderung der Reibungszahl dargestellt. Es wurden Paarungen mit steigendem p•v-Wert gewählt. Mit höheren Werten für die eingebrachte Leistung pro Flächeneinheit ist ein schnellerer Anstieg der Reibungszahlen zu verzeichnen. Abbildung 11: Änderung der Reibungszahl im zeitlichen Verlauf an der Paarung ZR PAZ – PE UHMW Die Erhöhung der Reibwerte zieht nicht nur eine Steigerung der Antriebsleistung nach sich, sondern auch eine Zunahme der Reibleistung und damit einen Anstieg der Kontakttemperatur. Hat diese einen bestimmten Wert erreicht, kommt es zum Aufschmelzen der Gleitflächen und damit zum Totalausfall der Paarung (Abbildungen 14, 15, 16). Ebenfalls tritt durch die Reibwerterhöhung eine höhere Belastung des Zugstranges und der Zahnfüße im Einlauf des Zahnriemens auf. Für eine konstruktive Auslegung entsprechender Zahnriemenförderer ist dies durch entsprechende Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen. Abbildung 12: Aufgeschmolzene PE-Laufschiene, 2-fach vergrößert Abbildung 13: geschmolzene Faserbündel 20- fach Abbildung 14: zerstörtes Gewebe in Folge thermischer Überlastung 3. Thermische Zusammenhänge Die Temperaturerhöhung in der Wirkstelle zwischen Zahnriemen und Stützschiene kann im stationären Zustand in der vereinfachten Form: p Flächenpressung v Gleitgeschwindigkeit µ Reibungszahl A Kontaktfläche / jeweilige Oberfläche a Wärmeübergangskoeffizient l Wärmeleitwert Abbildung 15: Kontaktmodell dargestellt werden. Dabei werden verschiedene Vereinfachungen angenommen: • Reibleistung wird auf die gesamte Fläche gleichmäßig verteilt, • Wärmestrom erfolgt nur in Normalenrichtung zur Gleitfläche, • konstante Reibleistung über die gesamte Zeit, • keine Ableitung des Wärmestromes über Stirn- und Seitenflächen, • eingeschwungener Gleichgewichtszustand der Temperaturverteilung, • gleiche Temperatur über der jeweiligen Oberfläche, • gleiche Strömungsverhältnisse und -bedingungen an der jeweiligen Oberfläche, • konstante - und - Werte über der gesamten Fläche. Der Temperaturverlauf für verschiedene Materialpaarungen ist in Abbildung 16 dargestellt. Der unterschiedliche Verlauf der Kurven kann mit den verschiedenen eingebrachten Reibleistungen durch sich unterschiedlich einstellende Reibungszahlen und durch die unterschiedlichen Wärmeleitwerte und Wärmekapazitäten der Gleitschienen erklärt werden. Ist eine stationäre Temperatur erreicht, so gilt vereinfacht die Vorstellung von Abbildung 15. Abbildung 16: thermischer Einlauf verschiedener Stützschienenmaterialien Die sich einstellende Gleitflächentemperatur ist im Wesentlichen von den in Abbildung 17 dargestellten Einflüssen abhängig. Da die Kontakttemperatur die Grenztemperatur (ca. 65°C) nicht überschreiten darf, um eine thermische Schädigung zu vermeiden, sind die entsprechenden Einflussgrößen zweckmäßig zu wählen. Die Parameter Gleitgeschwindigkeit und Flächenpressung sind meist durch die technologischen Erfordernisse vorgegeben, die Reibungszahl stellt sich entsprechend der tribologischen Paarung ein und die Wärmeleitfähigkeit ist ein kaum zu verändernder Stoffwert. Die Einflussmaßnahmen erstrecken sich also meist auf die Schichtstärke s der Abstützung und den Wärmeübergang zur Umgebung. Abbildung 17: Technologische und konstruktive Einflüsse auf die Gleitflächentemperatur in der Wirkstelle 4. Zusammenfassung Die Kenntnis der sich nach einer entsprechenden Einlaufphase einstellenden Reibungszahlen für verschiedene Zahnriemen – Stützschienenkombinationen ist für die Anwender und Entwickler wichtig, da damit eine optimale Auslegung von Zahnriemenförderern erfolgen kann. Diese optimale Auslegung realisiert dann in der Anwendung eine ökonomische Lebensdauer bei verbesserter konstruktiver Auslegung. Die bisher weitgehend unbeachtete Temperaturerhöhung in der Gleitschienen – Zahnriemenkombination durch die eingebrachte Reibleistung sollte zukünftig ein weiteres Auslegungskriterium darstellen. Eine erste Annäherung an dieses Problem kann durch die Form: p Flächenpressung v Gleitgeschwindigkeit µ Reibungszahl A Kontaktfläche / jeweilige Oberfläche K Wärmeabgabekoeffizient DT max. zul. Temperaturerhöhung K= f (µ, p, v, Gleitschienenmaterial, Zahnriemenausführung, Maschinenkonstante…) gezeigt werden. Für die Ermittlung des Wärmeabgabekoeffizienten sind entsprechende Untersuchungen durchzuführen und Zusammenhänge zu ermitteln. Bestimmte Praxiseinflüsse (Umgebungstemperaturschwankungen, Verschmutzung, Stöße, Montagefehler) sind in die bisherigen Untersuchungen noch nicht eingeflossen, sollten aber nicht unbeachtet bleiben. Durch eine vorteilhafte Auslegung der Förderanlagen kann eine höhere Zuverlässigkeit bei geringeren Wechselintervallen und niedrigeren Kosten für den Betrieb erreicht werden.

Verfahren und Anlage zum automatisierten Kommissionieren von in Beuteln verpackten Gütern

Automatisiertes Kommissionieren von biegeschlaffen Teilen stellt seit jeher ein besonderes Problem für die Handhabungstechnik dar, und es sind bisher verschiedenartigste sondermaschinenbauliche Lösungen hervorgebracht worden. Auch für das Kommissionieren von in Folien verpackten Artikeln gibt es einige L��sungen. Diese sind aber hinsichtlich ihrer Anwendung für in Beuteln verpackte Güter eingeschränkt. Ein neuartiges, am Fraunhofer-IML entwickeltes Verfahren verspricht Abhilfe. Der folgende Beitrag stellt dieses Verfahren im Detail vor und zeigt vergangene und zukünftige Untersuchungsfelder auf, die im Rahmen der Entwicklung bearbeitet wurden bzw. werden und sich insbesondere mit der Dimensionierung der Gerätschaften und Hilfsmittel beschäftigen.

Entwicklung textiler Maschinenelemente für den Einsatz in Windkraftanlagen und Seilwinden

Es sollen hochfeste, gewichtreduzierte Zug- und Tragmittel aus hochmodularen (HM) und hochfesten (HT) Fasern validiert und dabei sowohl runde als auch flache, riemenartige Strukturen untersucht werden. Dadurch sind effizientere Fördersysteme und die Überwindung technischer Grenzen möglich. Darüber hinaus soll das Hauptkriterium für ein breites Anwendungsspektrum geschaffen werden: ein anerkanntes, zerstörungsfreies Prüfverfahren, mit dem der Austausch- bzw. Wartungszeitpunkt des textilen Tragmittels bestimmt werden kann. Können die o. g. Punkte erfolgreich bearbeitet werden, erfolgt eine Ausdehnung der textilen Strukturen in den Bereich kraftübertragender Maschinenelemente. Anhand von Feldversuchen in fördertechnischen Anlagen im Bergbau/ Intralogistik soll erstmals der vollständige Nachweis geführt werden, dass derartige textile Strukturen in technischen Anwendungen eingesetzt werden können. Der Nachweis umfasst die Validierung einer Vielzahl von Einzelschwerpunkten wie die Entwicklung einer Endlos-Herstellungstechnologie bzw. Endverbindung, die Tragmitteldimensionierung, die Erbringung von Festigkeitsnachweisen, die Erarbeitung von Vorschriften und die Erprobung der Verfahren zur Zustandsüberwachung.

Dynamic merge of discrete goods flow – Impact on throughput and efficiency

Continuous conveyors with a dynamic merge were developed with adaptable control equipment to differentiate these merges from competing Stop-and-Go merges. With a dynamic merge, the partial flows are manipulated by influencing speeds so that transport units need not stop for the merge. This leads to a more uniform flow of materials, which is qualitatively observable and verifiable in long-term measurements. And although this type of merge is visually mesmerizing, does it lead to advantages from the view of material flow technology? Our study with real data indicates that a dynamic merge shows a 24% increase in performance, but only for symmetric or nearly symmetric flows. This performance advantage decreases as the flows become less symmetric, approaching the throughput of traditional Stop-and-Go merges. And with a cost premium for a continuous merge of approximately 10% due to the additional technical components (belt conveyor, adjustable drive engines, software, etc.), this restricts their economical use.

Novel calculation method for chain conveyor systems

Sidexflexing plastic chains are used increasingly in material handling due to their highly flexible conveying design and layout options. These systems are often equipped with so called modular belts. Due to their specific force transmission, detailed calculation methods are not yet available. In the following, a generally valid calculation approach is derived and its difference to existing solutions shown by examples.

Entwicklung eines FE-Modells zur Optimierung von Stahlseil-Fördergurtverbindungen

Verbindungen stellen die Schwachstelle in einem Fördergurt dar, da dort die auftretenden Zugkräfte ausschließlich vom Zwischengummi übertragen werden. Prüfungen von Fördergurtverbindungen sind zeitaufwendig und kostenintensiv. Die Messung der Spannungen im Zwischengummi der Verbindung ist bei dieser Prüfung nur unter erheblichem Aufwand zu realisieren. Aus diesen Gründen wurde am Institut für Transport- und Automatisierungstechnik in Zusammenarbeit mit der Firma Fenner Dunlop Americas ein FE-Modell zur Auslegung und Optimierung von Stahlseil-Fördergurtverbindungen entwickelt.

Entwicklung eines Versuchsstandes für die Zahnriemenprüfung

Aussagen zur Lebensdauer von Zahnriemen sind ein wesentlicher Bestandteil zur Auslegung und Überwachung von Zahnriementrieben. An der Professur für Technische Logistik werden endliche Zahnriemen mit Stahlcord beim Einsatz als Tragmittel untersucht, um grundsätzliche Aussagen zur Lebensdauer zu erhalten.

Trag- und stützrollenfreier Gurtbandförderer

Förderbänder in Ihrer konstruktiv bekanntesten Bauart weisen im Einsatz einige Schwachpunkte auf, die vor allem die zeit- und kostenintensive Wartung und die Verschmutzung des Aggregates beinhalten. Ziel war es, einen komplett gekapselten, weitestgehend selbstreinigenden und instandhaltungsfreundlichen Gleitgurtförderer zu entwickeln. Die gesteckten Ziele wurden im Forschungsprojekt erreicht und in einem Demonstratormodel umgesetzt.

1200 years of decadal-scale variability of Mediterranean vegetation and climate at Pantelleria Island, Italy

A new sedimentary sequence from Lago di Venere on Pantelleria Island, located in the Strait of Sicily between Tunisia and Sicily was recovered. The lake is located in the coastal infra-Mediterranean vegetation belt at 2 m a.s.l. Pollen, charcoal and sedimentological analyses are used to explore linkages among vegetation, fire and climate at a decadal scale over the past 1200 years. A dry period from ad 800 to 1000 that corresponds to the ‘Medieval Warm Period’ (WMP) is inferred from sedimentological analysis. The high content of carbonate recorded in this period suggests a dry phase, when the ratio of evaporation/precipitation was high. During this period the island was dominated by thermophilous and drought-tolerant taxa, such as Quercus ilex, Olea, Pistacia and Juniperus. A marked shift in the sediment properties is recorded at ad 1000, when carbonate content became very low suggesting wetter conditions until ad 1850–1900. Broadly, this period coincides with the ‘Little Ice Age’ (LIA), which was characterized by wetter and colder conditions in Europe. During this time rather mesic conifers (i.e. Pinus pinaster), shrubs and herbs (e.g. Erica arborea and Selaginella denticulata) expanded, whereas more drought-adapted species (e.g. Q. ilex) declined. Charcoal data suggest enhanced fire activity during the LIA probably as a consequence of anthropogenic burning and/or more flammable fuel (e.g. resinous Pinus biomass). The last century was characterized by a shift to high carbonate content, indicating a change towards drier conditions, and re-expansion of Q. ilex and Olea. The post-LIA warming is in agreement with historical documents and meteorological time series. Vegetation dynamics were co-determined by agricultural activities on the island. Anthropogenic indicators (e.g. Cerealia-type, Sporormiella) reveal the importance of crops and grazing on the island. Our pollen data suggest that extensive logging caused the local extinction of deciduous Quercus pubescens around ad1750.

Geomorphological and sedimentary evidence for late Pleistocene to Holocene hydrological change along the Río Mamoré, Bolivian Amazon

Aerial photography and satellite imagery reveal manifold geomorphological evidence of a dynamic evolution of past and present rivers in the Bolivian Amazon. Comparison of oxbow lake and meander scar dimensions along an inactive meander belt of the Río Mamoré (Llanos de Moxos, north-eastern Bolivia) and its modern counterpart suggests significant regional paleohydrological variability. We used these features as geomorphological and sedimentary archives to enhance our understanding of longer-term variations of the fluvial system. Late Pleistocene to Holocene hydrological changes of the Río Mamoré are inferred from: (i) the analysis of satellite imagery, (ii) discharge estimates from meander morphology, (iii) stratigraphic, and (iv) chronological information based on luminescence and radiocarbon dating. The combined data from three oxbows indicate that the now abandoned meander belt – the paleo-Mamoré – continued to be active at least until ∼5 ka, and likely even postdating 3 ka. An up to threefold increase in discharge is estimated for the modern Río Mamoré versus the paleo-Mamoré. The altered runoff regime may have triggered an avulsive shift towards the currently active Río Mamoré. The preceding increase in discharge in turn, was possibly related to a shift in climatic conditions, which changed markedly between the mid- and late Holocene in tropical South America. In addition, it may have been the indirect result of capturing the avulsive Río Grande system to the east of the Río Mamoré. Alternative explanations for the differences in dimensions of the paleo versus the modern Río Mamoré, i.e. contemporaneous activity of both rivers or alteration of site factors such as the channel/floodplain relationship, are considered to be unlikely.

A 20-day period standing oscillation in the northern winter stratosphere

Observations of the ozone profile by a ground-based microwave radiometer in Switzerland indicate a dominant 20-day oscillation in stratospheric ozone, possibly related to oscillations of the polar vortex edge during winter. For further understanding of the nature of the 20-day oscillation, the ozone data set of ERA Interim meteorological reanalysis is analyzed at the latitude belt of 47.5° N and in the time from 1979 to 2010. Spectral analysis of ozone time series at 7 hPa indicates that the 20-day oscillation is maximal at two locations: 7.5° E, 47.5° N and 60° E, 47.5° N. Composites of the stream function are derived for different phases of the 20-day oscillation of stratospheric ozone at 7 hPa in the Northern Hemisphere. The streamline at Ψ = −2 × 107 m2 s−1 is in the vicinity of the polar vortex edge. The other streamline at Ψ = 4 × 107 m2 s1 surrounds the Aleutian anticyclone and goes to the subtropics. The composites show 20-day period standing oscillations at the polar vortex edge and in the subtropics above Northern Africa, India, and China. The 20-day period standing oscillation above Aral Sea and India is correlated to the strength of the Aleutian anticyclone.

ROSINA/DFMS capabilities to measure isotopic ratios in water at comet 67P/Churyumov–Gerasimenko

The likelihood that comets may have delivered part of the water to Earth has been reinforced by the recent observation of the earth-like D/H ratio in Jupiter-family comet 103P/Hartley 2 by Hartogh et al. (2011). Prior to this observation, results from several Oort cloud comets indicated a factor of 2 enrichment of deuterium relative to the abundance at Earth. The European Space Agency’s Rosetta spacecraft will encounter comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, another Jupiter-family comet of likely Kuiper belt origin, in 2014 and accompany it from almost aphelion to and past perihelion. Onboard Rosetta is the Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) which consists of two mass spectrometers and a pressure sensor [Balsiger et al. 2007]. With its unprecedented mass resolution, for a space-borne instrument, the Double Focusing Mass Spectrometer (DFMS), one of the major subsystems of ROSINA, will be able to obtain unambiguously the ratios of the isotopes in water from in situ measurements in the coma around the comet. We will discuss the performance of this sensor on the basis of measurements of the terrestrial hydrogen and oxygen isotopic ratios performed with the flight spare instrument in the lab. We also show that the instrument on Rosetta is capable of measuring the D/H even in the very low density water background released by the spacecraft. This capability demonstrates that ROSINA should obtain very sensitive measurements of these ratios in the cometary environment. These measurements will allow detection of fractionation as function of the distance from the nucleus as well as fractionation due to mechanisms that are correlated with heliocentric distance.

Water versus ice: The competing roles of modern climate and Pleistocene glacial erosion in the Central Alps of Switzerland

Recent studies have identified relationships between landscape form, erosion and climate in regions of landscape rejuvenation, associated with increased denudation. Most of these landscapes are located in non-glaciated mountain ranges and are characterized by transient geomorphic features. The landscapes of the Swiss Alps are likewise in a transient geomorphic state as seen by multiple knickzones. In this mountain belt, the transient state has been related to erosional effects during the Late Glacial Maximum (LGM). Here, we focus on the catchment scale and categorize hillslopes based on erosional mechanisms, landscape form and landcover. We then explore relationships of these variables to precipitation and extent of LGM glaciers to disentangle modern versus palaeo controls on the modern shape of the Alpine landscape. We find that in grasslands, the downslope flux of material mainly involves unconsolidated material through hillslope creep, testifying a transport-limited erosional regime. Alternatively, strength-limited hillslopes, where erosion is driven by bedrock failure, are covered by forests and/or expose bedrock, and they display oversteepened hillslopes and channels. There, hillslope gradients and relief are more closely correlated with LGM ice occurrence than with precipitation or the erodibility of the underlying bedrock. We relate the spatial occurrence of the transport- and strength-limited process domains to the erosive effects of LGM glaciers. In particular, strength-limited, rock dominated basins are situated above the equilibrium line altitude (ELA) of the LGM, reflecting the ability of glaciers to scour the landscape beyond threshold slope conditions. In contrast, transport-limited, soil-mantled landscapes are common below the ELA. Hillslopes covered by forests occupy the elevations around the ELA and are constrained by the tree line. We conclude that the current erosional forces at work in the Central Alps are still responding to LGM glaciation, and that the modern climate has not yet impacted on the modern landscape.

Identification of erosional mechanisms during past glaciations based on a bedrock surface model of the central European Alps

The bedrock topography beneath the Quaternary cover provides an important archive for the identification of erosional processes during past glaciations. Here, we combined stratigraphic investigations of more than 40,000 boreholes with published data to generate a bedrock topography model for the entire plateau north of the Swiss Alps including the valleys within the mountain belt. We compared the bedrock map with data about the pattern of the erosional resistance of Alpine rocks to identify the controls of the lithologic architecture on the location of overdeepenings. We additionally used the bedrock topography map as a basis to calculate the erosional potential of the Alpine glaciers, which was related to the thickness of the LGM ice. We used these calculations to interpret how glaciers, with support by subglacial meltwater under pressure, might have shaped the bedrock topography of the Alps. We found that the erosional resistance of the bedrock lithology mainly explains where overdeepenings in the Alpine valleys and the plateau occur. In particular, in the Alpine valleys, the locations of overdeepenings largely overlap with areas where the underlying bedrock has a low erosional resistance, or where it was shattered by faults. We also found that the assignment of two end-member scenarios of erosion, related to glacial abrasion/plucking in the Alpine valleys, and dissection by subglacial meltwater in the plateau, may be adequate to explain the pattern of overdeepenings in the Alpine realm. This most likely points to the topographic controls on glacial scouring. In the Alps, the flow of LGM and previous glaciers were constrained by valley flanks, while ice flow was mostly divergent on the plateau where valley borders are absent. We suggest that these differences in landscape conditioning might have contributed to the contrasts in the formation of overdeepenings in the Alpine valleys and the plateau.

Metamorphic and geochronogical study of the Triassic El Oro metamorphic complex, Ecuador: Implications for high-temperature metamorphism in a forearc zone

In the forearc of the Andean active margin in southwest Ecuador, the El Oro metamorphic complex exhibits a well exposed tilted forearc section partially migmatized. We used Raman spectroscopy on carbonaceous matter (RSCM) thermometry and pseudosections coupled with mineralogical and textural studies to constrain the pressure–temperature (P–T) evolution of the El Oro metamorphic complex during Triassic times. Our results show that anatexis of the continental crust occurred by white-mica and biotite dehydration melting along a 10 km thick crustal domain (from 4.5 to 8 kbar) with increasing temperature from 650 to 700 °C. In the biotite dehydration melting zone, temperature was buffered at 750–820 °C in a 5 km thick layer. The estimated average thermal gradient during peak metamorphism is of 30 °C/km within the migmatitic domain can be partitioned into two apparent gradients parts. The upper part from surface to 7 km depth records a 40–45 °C/km gradient. The lower part records a quasi-adiabatic geotherm with a 10 °C/km gradient consistent with an isothermal melting zone. Migmatites U–Th–Pb geochronology yielded zircon and monazite ages of 229.3 ± 2.1 Ma and 224.5 ± 2.3 Ma, respectively. This thermal event generated S-type magmatism (the Marcabeli granitoid) and was immediately followed by underplating of the high-pressure low-temperature (HP-LT) Arenillas–Panupalí unit at 225.8 ± 1.8 Ma. The association of high-temperature low-pressure (HT-LP) migmatites with HP-LT unit constitutes a new example of a paired metamorphic belt along the South American margin. We propose that in addition to crustal thinning, underplating of the Piedras gabbroic unit before 230 Ma provided the heat source necessary to foster crustal anatexis. Furthermore, its MORB signature shows that the asthenosphere was involved as the source of the heat anomaly. S-type felsic magmatism is widespread during this time and suggests that a large-scale thermal anomaly affected a large part of the South American margin during the late Triassic. We propose that crustal anatexis is related to an anomaly that arose during subduction of the Panthalassa ocean under the South American margin. Slab verticalization or slab break-off can be invoked as the origin of the upwelling of the asthenosphere.