Dämpfungselemente im Einsatz Hydraulische Industriestoßdämpfer als digitale Zwillinge

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Lineare Kennlinien machen hydraulische Klein- und Industriestoßdämpfer im Vergleich zu anderen Dämpfungslösungen überlegen, wenn es um schnelles, sicheres und punktgenaues Abbremsen bewegter Massen geht. Warum selbst erfahrene Konstrukteure immer wieder ins Staunen geraten.  

Im Gegensatz zu hydraulischen Bremszylindern und deren charakteristisch hoher Bremskraft am Hubanfang oder der pneumatischen Endlagendämpfung mit deren hoher Bremskraft am Hubende nehmen Industriestoßdämpfer Massen insgesamt weicher auf und verzögern gleichmäßiger. Die bei diesen hydraulischen Dämpfungselementen entstehenden linearen Kennlinien gehen einher mit der geringsten Belastung für die Gesamtkonstruktion. Für entsprechende Einsatzzwecke stellt ACE Stoßdämpfer über 200 Stoßdämpfertypen zur Verfügung, deren Kraftaufnahmen zwischen 0,68 und 126.500 Newtonmetern pro Hub betragen. Zum Verzögern werden von diesen Produkten effektive Massenbereiche von 500 Gramm bis 204 Tonnen abgedeckt. Der Bremsvorgang bei Kleinstoßdämpfern vollzieht sich so schnell, dass Konstrukteure immer wieder ins Staunen geraten. Denn die von alternativen Lösungen wie Stahlfedern und Gummipuffern bekannten Rückpralleffekte entfallen vollständig. Gerade in der Automatisierung, wenn schnelle Taktraten entscheidend sind, ist das Nachfedern ein zeitraubender Nachteil. Im Vergleich mit der pneumatischen Dämpfung fallen bei hydraulischen Dämpfern vor allem die Schonung des verwendeten Materials und der Ressourcen dank nicht nötiger Versorgung mit Druckluft und Strom positiv ins Gewicht. Eine weitere Folge des Verzögerns von Bewegungen mit Stoßdämpfern sind sichere und schnelle Anlagen, da nach erfolgtem Bremsvorgang sofort der nächste Takt eingeleitet werden kann. Zusätzlich lässt sich mit hydraulischen Dämpfern eine Lärmreduzierung erzielen. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise ermöglichen sie zudem die Integration in Maschinen und Systeme mit kleinerem Footprint.

Industriestoßdämpfer – auf das Innenleben kommt es an

Bei den Stoßdämpfern dieses Herstellers spielen die Druckhülse und ihr Aufbau wesentliche Rollen. Trifft die Masse von einem bewegten Objekt auf den Klein- oder den Industriestoßdämpfer, setzt der in der zylindrischen Druckhülse befindliche Kolben das im Zylinder vorhandene Öl in Bewegung. Dieses Öl hat eine vom Konstrukteur vorher bestimmte Viskosität. Beim Bremsvorgang drückt der Kolben das Öl nach und nach durch eine Reihe von Drosselbohrungen, wobei die eingeleitete Energie in Wärme umgewandelt wird. Je nach Dämpfungsaufgabe sind die Drosselbohrungen über die Länge des Hubs innerhalb des Stoßdämpferkorpus in einer solchen Form angeordnet, dass die vordefinierte Masse mit konstanter Dämpfkraft abgebremst wird. Der hydraulische Druck ist während des gesamten Bremsvorgangs nahezu konstant. Diese Eigenschaften zeichnen sowohl die Kleinstoßdämpfer von ACE wie auch die weltweit als Referenzklasse in den mittleren Baugrößen geltenden Industriestoßdämpfer der Magnum-Baureihen aus. Letztgenannte verfügen, wie einige moderne Kleinstoßdämpfer des Herstellers, über Innovationen wie einen Membranspeicher, besondere Dichtungen und Druckhülsen in Topfform.

Hochwertige Standardlösungen – Basis für kundenspezifische Optimierungen

Wenn es auf hochwertige und kundenspezifische Lösungen mit höherer Leistung als bei Standarddämpfern ankommt, ist der Hersteller für viele Konstrukteure ein gesuchter Partner. Denn das Know-how bei projektspezifisch anpassbaren Druckhülsen ermöglicht zusätzliche Leistungssteigerungen. So lassen sich bei Bedarf in enger Abstimmung mit Vertriebspartnern und Kunden die standardmäßig zu erzielende Aufprallgeschwindigkeit um das 2,5-fache und die für Dämpfer von der Stange sonst zulässige Taktung sogar um den Faktor zehn steigern. „Dafür haben wir die Hübe verkürzt, den Magnum-Dämpfer mit einer stärkeren Rückstellfeder ausgestattet, die Anzahl der Drosselbohrungen angepasst und den Ölrückfluss optimiert“, erklärt Jörg Küchmann, Ingenieur in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von ACE.

Sonderlösungen werden für interessierte Kunden und auch in Abstimmung mit Forschungsabteilungen regelmäßig verwirklicht. Um möglichst vielen Konstrukteuren die Möglichkeit zu geben, von der Technik zu profitieren, bietet das Unternehmen aus Langenfeld im Rheinland neben Dämpfern aus gehärtetem Stahl auch Modelle aus Edelstahl an. Diese sind prädestiniert für Anwendungen mit hohen Anforderungen durch Hygienerichtlinien wie etwa in der Medizintechnik oder der Lebensmittelindustrie. Außerdem verfügen die Stoßdämpferpioniere, die 1963 als erstes Unternehmen den einstellbaren Industriestoßdämpfer zur Marktreife brachten, über spezielle Ausführungen für besonders hohe und niedrige Temperaturen sowie ein reichhaltiges Angebot an Zubehör und Anbauteilen. Dies erleichtert unter anderem die Integration in bestehende Konstruktionen. Zum Gesamtpaket gehört laut Küchmann auch der Service. Abgerundet wird das Angebot durch interaktive Webseiten. Dort stehen Berechnungsprogramme, auch für die schnelle Eigenauswahl optimaler Klein- und Industriestoßdämpfer, sowie ein angeschlossener Online-Shop zur Verfügung.

Premiere – Industriestoßdämpfer als digitale Zwillinge

Neben Online-Berechnungen und CAD-Daten in den gängigsten Formaten sowie den im Kundenauftrag durchgeführten Simulationen und anschließenden Validierungsschritten an einem der firmeneigenen Prüfstände, geht das Unternehmen einen digitalen Schritt weiter: Als erster Anbieter von Industriestoßdämpfern stellt man Kunden FMUs (Functional Mockup Units) zur Verfügung. Dadurch besteht die Möglichkeit, physikalische Modelle eines Zuliefererprodukts, in diesem Fall der industriellen Dämpfer, in kundeneigene, umfangreiche Simulationsmodelle zu integrieren. Christian Junghans, Produktmanager für Industriestoßdämpfer bei ACE, erläutert die Hintergründe: „Es geht darum, unsere Kunden zu befähigen, nicht nur einen Industriestoßdämpfer per Berechnungsprogramm auswählen, sondern ihn virtuell im Simulationsmodell der Applikation testen zu können. Dieser Vorteil kommt besonders bei Sonderdämpfern zum Tragen, da wir Prototypen als digitalen Zwilling schnell zur Verfügung stellen können. Das erspart unseren Kunden viel Zeit und Geld.“

Konkret ist der Hersteller in der Lage, Daten für alle Katalogstoßdämpfer auf Anfrage auszuleiten und an Kunden zu übergeben. Dabei sind die FMUs mit dem physikalischen Verhalten aus den Bereichen Hydraulik, Thermik und Mechanik der Industriestoßdämpfer ausgestattet. Dadurch lässt sich beispielsweise genau der Einfluss der Eingangstemperatur auf das Dämpfungsverhalten des Industriestoßdämpfers berechnen und vorab auf dessen Auswirkung auf die Gesamtkonstruktion untersuchen. Durch diese und andere Eigenschaften erweisen sich die digitalen Zwillinge auf Kundenseite als essentielle Bestandteile für das Virtual Prototyping und für die Dimensionierung von Konstruktionen. Auf der Habenseite sind neben der Zeit- und Kostenersparnis auch Nachhaltigkeitsvorteile zu verzeichnen, da weniger physische Muster benötigt werden, um die Entwicklung einer Konstruktion abzuschließen.

Falls Kunden diese FMUs verwenden wollen, benötigen sie eine Simulationssoftware, die ein FMI (Functional Mockup Interface) beinhaltet. Zu den gängigen Programmen, die FMUs des Anbieters integrieren, zählen Simulink und Adams.

Der Autor Robert Timmerberg M. A. ist Fachjournalist (DFJV) bei plus2 in Düsseldorf.