Antriebstechnik Kleinstoßdämpfer von ACE: David bremst Goliath

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Es besteht ein großes Angebot an Komponenten und Systemlösungen für die Verzögerung von Massenkräften. Zum einen hydraulische Maschinenelemente wie Kleinstoßdämpfer für anspruchsvollere Lösungen, zum anderen kostengünstigere Produkte wie Strukturdämpfer für einfachere Aufgaben. Das verdeutlichen zwei Praxisbeispiele von ACE.

Kleinstoßdämpfer gehören trotz ihrer geringen Größe zu technisch anspruchsvollen Produkten. Sie optimieren Maschinen so zuverlässig wie effektiv, indem sie bewegte Massen schnell und zerstörungsfrei bremsen. Trifft die Masse auf den Stoßdämpfer, wird durch den in der Druckhülse befindlichen Kolben Öl in Bewegung gesetzt und durch Drosselbohrungen gedrückt, wodurch die eingeleitete Energie in Wärme umgewandelt wird. Je nach Anwendung sind die Bohrungen so über den Hub angeordnet, dass die Masse mit konstanter Dämpfkraft verzögert, die kinetische Energie also gleichmäßig über den gesamten Hub abgebaut wird. Die konstante lineare Kennlinie geht mit der geringsten Belastung für die Maschine einher. Durch rasches, sanftes Abstoppen ohne Rückprall sind schnellere Taktungen bei den Maschinen mit höherer Produktivität möglich. Zudem wird eine erhebliche Lärmreduktion erzielt.

Effektiv bremsen: Ein Praxisbeispiel für Kleinstoßdämpfer als Lösung

Ein Beispiel hierfür sind die Pneumatikmodule der Firma Zipatec Montagetechnik, Kalchreuth, in denen solche Maschinenelemente für das Abbremsen zuständig sind. In Abstimmung mit Anwendern wird ermittelt, wie sich die zu beschleunigende und abzubremsende Masse in einer definierten Zeiteinheit verhalten soll. Danach werden die Lineareinheiten entsprechend angepasst. So sind deren Anbauflächen variabel und Druckluftzuführungen lassen sich in mehreren Optionen planen. Die Verwendung von vorgespannten Kreuzrollenführungen in gehärteten Prismenlaufschienen sorgt dabei für hundertprozentige Spielfreiheit und hohe Lebensdauer. 

Durch den Zusammenschluss von Führungsschiene, Schlittenteil und Endplatten zu einer Einheit ist eine hohe Steifigkeit über Hübe bis 100 Millimeter und bei einer maximalen Tragkraft von 700 Newton gewährleistet. Für speziell diese Aufgaben stellt das Unternehmen Kunden mit der LM35 getauften Lineareinheit eine kompakte, komplette Lösung zur Verfügung. Die Module können leicht in Konstruktionen integriert werden, und die Hubverstellung gestaltet sich so einfach, dass viele Kunden sie direkt vor Ort selbst vornehmen.

Leistungsstarke Winzlinge sparen Geld

Der Bremsvorgang bei Handlingaufgaben wird in vergleichbaren Modulen oft mithilfe der Pneumatik bewältigt. In diesem Fall sind jedoch hydraulische Kleinstoßdämpfer integriert, um das Abbremsen der Module kosteneffizienter und langfristig kalkulierbarer zu gestalten. So stehen den einmaligen Investitionskosten bei der Anschaffung von Stoßdämpfern Einsparungen von häufig mehreren tausend Euro auf Seiten der Betriebskosten gegenüber, verglichen mit dem Fall, dass die Pneumatik auf lange Sicht das Abbremsen übernehmen würde. 

Die Ersparnisse ergeben sich unter anderem daraus, dass sich dank Stoßdämpfern die Massen mit dem kleinstmöglichen Pneumatikzylinder bewegen lassen, wodurch die Verwendung kleinerer Ventile und Wartungseinheiten möglich ist. Überdies wird permanent Druckluft und der zur Verteilung nötige Strom gespart. So sind bei der pneumatischen Endlagendämpfung circa drei bis vier Kubikmeter Luft notwendig, die häufig auf bis zu 70 bar verdichtet werden. Mit Kleinstoßdämpfern ist das nicht nötig, da diese die Bewegungen sicher und schnell beim Erreichen der Endlage mit dem zusätzlichen Vorteil einer deutlich geringeren Maschinenbelastung abbremsen.

Im beschriebenen Fall übernehmen Kleinstoßdämpfer vom Typ MC30EUM von ACE diese Aufgabe. Unterstützt durch die ständig verfügbaren Online-Berechnungsmöglichkeiten, kostenlose CAD-Daten und zusätzliche Testreihen, die man gemeinsam mit ACE durchführte, fiel bei Zipatec die Wahl auf die selbsteinstellenden und wartungsfreien Dämpfungselemente.

Diese sind mit einem Hub von acht Millimetern und einer Energieaufnahme von 3,5 Newtonmetern pro Hub bei den hohen Wiederholungszahlen der Linearmodule und den dadurch ebenfalls relevanten 5.600 Newtonmetern an Kräften, die es in der Stunde abzubauen gilt, in der Lage, die gewünschte hohe Wiederholgenauigkeit bei den Linearbewegungen zu realisieren. Im ausgefahrenen Zustand gerade einmal 54 Millimeter lang und zehn Gramm leicht, lassen sich die leistungsstarken Winzlinge in nahezu jede Konstruktion integrieren, ein durchgehendes M8x1-Gewinde macht dies problemlos möglich.

Kleinstoßdämpfer: Kleine Helfer mit  großen Leistungen beim Notstopp

Eine Alternative für den zuverlässigen Schutz in den Endlagen von Linearmodulen stellen die wegen ihrer rohrähnlichen Form Tubus genannten Strukturdämpfer dar. Insgesamt acht Produktfamilien mit mehr als 150 standardisierten Einzelprodukten haben eines gemeinsam: Die aus Co-Polyester-Elastomer gefertigten Elemente sind eine preisgünstigere Alternative zu hydraulischen Dämpfern, wenn es nicht auf punktgenaues, unverzügliches Abstoppen ankommt.
 Bei der Firma Lisco aus Bargteheide kommen Tubus für folgende Aufgabe zum Einsatz: Als leistungsfähige Maschinenelemente in verschiedenen Linearachsen, in Handling- und anderen Bewegungssystemen sorgen sie dafür, dass es im Fall eines Bedien- oder Software-Fehlers oder eines Stromausfalls zu keinem unkontrollierten Einschlag der Massen in den Endlagen kommt. Solche Szenarien führen zu kostenintensiven Reparaturen und Stillstandszeiten. Da die Linearachsen bei dem schleswig-holsteinischen Unternehmen in der Regel mit Profilschienen oder Rollenführungen ausgeliefert werden, war eine Lösung sinnvoll, die links und rechts von der jeweiligen Schiene beziehungsweise Führung angebracht werden kann. Im Anforderungsprofil standen zudem eine kompakte Bauform sowie eine einfache Montage.

Gemeinsam mit ACE wurde im Vergleich zu den vorgenannten Dämpfern die preisgünstige Alternative der Tubus vom Typ TA17-7 als Dämpfungselement der Wahl ermittelt. Dieses zeichnet sich durch eine degressive Dämpfungskennlinie aus, was eine hohe Energieaufnahme am Hubanfang zur Folge hat. Trotz der kompakten Bauform und der geringen Eigenmasse von nur 40 Gramm sind diese Strukturdämpfer bei Umgebungstemperaturen von -40 bis +90 Grad Celsius als zuverlässige Maschinenelemente in der Lage, bis zu neun Newtonmeter pro Hub abzubauen. Diese Angabe trifft für den Notfall zu. Sehen Konstruktionen das Anfahren der Endlagen als Regelfall vor, sind immer noch sechs Newtonmeter pro Hub zulässig. Dann kommt auch im Vergleich zu alternativen Lösungen wie anderen Feststoffdämpfern oder Federn ihre hohe Lebensdauer von bis zu einer Millionen Lastwechseln voll zum Tragen. Damit halten sie bis zu 20 Mal länger als Dämpfungen mit Lösungen, die aus Urethan gefertigt sind, bis zu zehn Mal länger als Gummidämpfungen und bis zu fünf Mal länger als Stahlfedern. Mit einer bereitgestellten Schraube sind sie ohne Komplikationen und dazu noch sehr schnell zu befestigen.

Ein Vorteil, der für Tubus wie auch für Kleinstoßdämpfer des Herstellers gilt, ist die einfache Integrierbarkeit. Zudem sind beide Produktreihen auf Anfrage mit Sonderhüben, -kennlinien, -federraten, -baugrößen und -materialien lieferbar. Überdies lassen sich die genannten Produkte vielseitig einsetzen, einerseits für einfache Aufgaben, andererseits für anspruchsvolle Lösungen, sodass Kon­strukteure alle Optionen für die Optimierung ihrer Lineartechnik haben.

Der Autor Robert Timmerberg M. A. ist Fachjournalist (DFJV) bei Plus2 in Düsseldorf.