Klemmelemente & Gasdruckfedern: So tragen sie effizient zur Montagehilfen-Konstruktion bei

Bei der Neukonstruktion eines Probenkopfhalters entschieden sich die Ingenieure für Maschinenelemente, die bis zu zehn Kilogramm schwere Massen fixieren.

Für einen Kunden, der Messtechnik für den medizinischen Bereich entwickelt und fertigt, hat Tech-Solute eine Montagehilfe für die Arbeit an Laborproben entwickelt und als Prototyp hergestellt. Diese Neukonstruktion ermöglicht es, den Probenkopf in unterschiedlichen Ebenen frei zu bewegen und ohne Kraftaufwand zu positionieren. Anschließend wird die Montagehilfe in der für das Personal und die Proben bestmöglichen Position sicher fixiert. Zu diesem Zweck sind bei der Anwendung vier Klemmelemente sowie eine Gasdruckfeder der ACE Stoßdämpfer GmbH in einer Konstruktion vereint.

Dank dieser Kombination und agiler Produktentwicklung ist es dem Mechanik-Entwicklungsteam rund um Projektleiter ­Philipp Aders von Tech-Solute gelungen, in kurzer Zeit einen funktionsfähigen Probenkopfhalter als Prototyp aufzubauen, der sich bereits bei Produktionstests bewährt hat. Zum Vorgehen merkt Geschäftsleiter Dr.-Ing. Dirk Schweinberger an: „Da wir eine schnelle, kostengünstige und effiziente Lösung suchten, planten wir, auf Standardkomponenten zurückzugreifen. So erlauben die Klemmelemente eine Fixierung in jeder Position, und dank der Gasdruckfeder vollziehen sich die Auf- und Abwärtsbewegungen ruckfrei und kraftsparend.“

Alle Achsen können einzeln verstellt werden

Die Neukonstruktion ermöglicht es, alle vier Achsen einzeln zu verstellen. Dabei ist nur eine Hand zum Lösen der jeweiligen Achse und die andere zum Neu-Positionieren des Probenkörpers nötig. Im Vergleich mit den zuvor beim Kunden hierfür verwendeten Kugelspannstöcken ist es gelungen, die Bedienung deutlich leichter zu machen. „Bis dato kam es im Labor vor, dass die Bewegungsrichtung bei einem Probengewicht von bis zu zehn Kilogramm nicht immer vorhersehbar war. Das führte dazu, dass das Personal die Proben zusätzlich manuell sichern, halten und ausrichten musste“, beschreibt Aders den vormals umständlichen, zeitraubenden und fehleranfälligen Arbeitsvorgang. Die neue Montagehilfe erlaube hingegen eine zeitgemäße Montage: „Durch die vier Achsen lässt sich der Probenkörper jetzt so positionieren, dass alle Bereiche, in denen montiert und gelötet werden muss, ohne Verrenkungen der Monteure bequem erreicht werden.“

Gelenkkopf wird elektrisch nach oben und unten gefahren

Die Montagehilfe ist an einem höhenverstellbaren Tisch befestigt, an dem sich eine senkrechte Linearführung aus Aluminium befindet. Diese ermöglicht es, den gesamten Gelenkkopf elektrisch angetrieben relativ zur Tischplatte nach oben und unten zu fahren. Um das Heben und Senken des Probenkopfhalters zu erleichtern, ist eine Gasdruckfeder des Typs GS-22-250 von ACE verbaut. Bei deren Auswahl wurde die gewünschte schnelle Umsetzung dadurch unterstützt, dass ACE auf ihrer Homepage Berechnungs- und Konfigurationstools anbietet. Innerhalb kurzer Zeit sind damit kundenspezifische Auslegungen und Bestellungen möglich. Im Fall von ACE-Industriegasfedern vollzieht sich die kundenspezifische Befüllung und Lieferung in der Regel innerhalb eines Arbeitstages.

Hydraulik unterstützt Muskelkraft

Gasdruck- oder Gaszugfedern kommen generell am besten dann zum Einsatz, wenn zuverlässige Unterstützung der Muskelkraft mittels eines hydraulisch funktionierenden Maschinenelements gewünscht wird. Ist der Probenkopfhalter dank der mechanischen Hilfe in der gewünschten Position, übernimmt eine Klemmeinheit für Linearführungen als weitere stromsparende Mechanikkomponente von ACE die Arretierung. Das Maschinenelement vom Typ Locked PLK30-1-4B zeichnet sich durch kompakte Bauform aus und steht selbst bei gefetteten Schienen für höchste Haltekräfte. „Das Lösen erfolgt über einen Knopf am Gelenkkopf, der die Klemmeinheit durch Druckbeaufschlagung löst“, erläutert Aders.

Weitere Klemmkräfte wirken am Gehäuse, das auf dem Linearschlitten befestigt ist. Dort ist die erste, senkrecht zur Linearführung angeordnete Rotationsachse der Montagehilfe zu finden. Für Rotation und Arretierung sind zwei Rotationsklemmeinheiten des Typs R70-4B von ACE zuständig. Zudem ist ein Element zur Stangenklemmung vom Typ PN63-20-2-4B mittig zwischen den Rotationsklemmungen verbaut. Zusätzlich sorgen Gleitlager dafür, dass im gelösten Zustand der Stangenklemmung nur eine Rotation und keine Translation ermöglicht und die Achse in der vorgesehenen Position gelagert wird. Diese drei Achsen dienen der flexiblen Orientierung des Probenkopfs.

Klemmelemente & Gasdruckfedern – Gesamtkonstruktion erlaubt optimales Wechselspiel

Alle Komponenten zur Fixierung werden über Pneumatikventile gelöst und sind im Normalzustand angezogen. Für die Rotation des Probenkopfes um dessen eigene Achse hat das Team von Tech-Solute eine Lagerung über drei Rollen vorgesehen, die durch einen Bremsklotz gehalten wird. Der Innenring dieses Lagers ist zu teilen und ermöglicht es, eine Vielzahl unterschied­licher Probenköpfe an der Montagehilfe anzubringen. Dirk Schweinberger resümiert: „Wie von unserem Kunden gewünscht, ist eine Gesamtkonstruktion entstanden, die ein optimales Wechselspiel zwischen kontro­llierter Bewegung und sicherer ­Fixierung in jeder vom Laborpersonal gewünschten Position erlaubt.“

Der Autor Robert Timmerberg M. A. ist Fachjournalist in Düsseldorf und Geschäftsführer der Plus2 GmbH.