Klemmelemente zur drucklosen Fixierung von Rotationsachsen – höchste Winkelgenauigkeit

Bei Werkzeugmaschinen steigen kontinuierlich die Anforderungen an die Dynamik und Genauigkeit. Speziell in Rota­tionsachsen wirkt sich die Winkel­genauigkeit zunehmend mit steigendem Radius aus. Außerdem kommen bei Schwenkbrücken schnell mehrere Hundert Kilogramm inklusive Bauteilgewicht zusammen, die auch unter Prozesskräften bei hoher Steifigkeit auf Position gehalten werden müssen.

Für diese Anforderungen bietet die ­Zimmer Group ihre neue hydraulische Klemmelemente-Serie DKHS1000 an. Der Hersteller hat sie dafür zur hochsteifen und genauen Fixierung von Rotationsachsen unter hoher Winkelgenauigkeit bei der Drehmomentaufnahme konzipiert. Die erreichbaren Haltemomente lassen sich bereits bei einer Auslenkung von unter einer Winkel­sekunde erzielen. Diese Genauigkeit können bislang nur wenige High-End-Winkelmessgeräte auflösen. Somit liegt die erzielbare Genauigkeit der Klemmelemente höher, als diese bei einer geregelten Achse möglich wäre. Darüber hinaus ergibt sich über die erhöhte Steifigkeit und die bessere Ableitung von Schwingungen und Vibrationen ein verbessertes Fräsbild.

Vorzüge in Kombination mit Torque-Antrieben

Vor allem in Kombination mit hoch­dynamischen Torque-Antrieben kann die DKHS1000-Klemmelemente-Serie die Vorzüge der schnellen Schließzeit von unter 30 Millisekunden ausspielen. Damit lassen sich nahezu um den Faktor 10 schnellere Schließzeiten gegenüber pneumatischen Lösungen reali­sieren. Die kurzen Schließ- und Öffnungszeiten werden durch die hohe Vorspannung des Gehäuses in Kombination mit dem geringen Schluckvolumen erzielt.

Durch ausgiebige Testreihen während der Entwicklung und der Kooperation mit frühen Testkunden kann die Zimmer Group einen B10d-Wert von über fünf Millionen Zyklen unter Anwendungsbedingungen bestätigen. Diese hohe Standzeit ermöglicht den Einsatz der DKHS1000-Klemmelemente ohne Austausch über das gesamte „Maschinen­leben“ hinweg und bietet größtmögliche Planungssicherheit und eine hohe Anlagenverfügbarkeit.

Hydraulische Klemmelemente-Serie: Innovative und bewährte Wirkprinzipien

Aufgrund der großen Kolbenfläche lassen sich über die Vorspannung des Gehäusematerials Haltemomente von bis zu 8.000 Nm erzielen. So spreizt sich das einteilige Gehäuse unter Hydraulikdruck geringfügig im elastischen Bereich auf und gibt die Wellenanbindung und damit die Rotations­achse frei. Zudem bietet die Vorspannung dem Kunden eine integrierte Notfunktion, die bei Druckverlust oder beim Ausfall der gesamten Anlage für den sicheren Halt beweglicher Komponenten sorgt.

Genauigkeit und Haltemoment für unterschiedliche Anforderungen

Die Haltemomente werden jeweils in Abhängigkeit der Steifigkeit bei einer Winkelsekunde für den Einsatz in Bearbeitungsprozessen und bei fünf Winkelsekunden für die Auslegung unter Sicherheitsanforderungen angegeben. Zur Verdeutlichung der erzielbaren Genauigkeit: Eine Winkelsekunde beziehungsweise Bogensekunde beschreibt den 3.600sten Teil eines Grads. Sie gleicht dem Winkel, der eine Absenkung von fünf Millimetern über einen Hebelarm von einem Kilometer bedeutet. Bei der Baugröße DKHS1460 lässt sich diese Winkelgenauigkeit bei einer Belastung durch ein ausgewachsenes Rennpferd auf einem Hebelarm von einem Meter erzielen, was einem Haltemoment von 6.000 Nm entspricht.

Neuartige Zustandsabfrage – Mehrwert über Materialspannung

Passend zu dem neuartigen Wirkprinzip im Bereich der Rotationsachsen bietet die Zimmer Group als Option eine neue Zustandsabfrage an: Auf das Gehäuse wird ein Dehnmessstreifen (DMS) appliziert, der die Materialspannung bestimmt. Dieser ermöglicht eine hochauflösende und dauer­hafte Zustandsabfrage. In Verbindung mit der ohnehin kurzen Schließzeit lässt sich so die Taktzeit auf ein Mini­mum reduzieren. Die Wahlmöglichkeit zwischen IO-Link und ­digitaler Ansteuerung bietet zudem eine einfache und schnelle Inbetriebnahme. Einfach zu übernehmende SPS-Bausteine ermöglichen den Kunden weitere Erleichterungen.

Klemmelemente: Drei Fragen an den Produktmanager

Bei Brems- und Klemmelementen für Profilschienen- und Wellenführungen ist die Zimmer Group bereits als innovativer Marktführer bekannt. Mit der neuen DKHS1000-Serie wird nun konsequent der Markt für Rotationsachsen bedient. Was die Besonderheiten der Lösung sind, erläutert Stefan Heiland, Produktmanager für Linear- und Dämpfungstechnik bei der Zimmer Group.

Herr Heiland, die neue Klemmelemente-Serie DKHS1000 kommt ohne ­bewegliche und damit spielbehaftete Bauteile aus. Klemmt sie dennoch sicher?

Stefan Heiland: Ja, mittels Vorspannung wird das Halte­moment rein über die Materialspannung eines speziellen hochzähen Stahls erreicht. Darüber hinaus erreicht die DKHS1000 aufgrund fehlender spielbehafteter Bauteile eine ausgezeichnete Steifigkeit und eine beeindruckende Winkelgenauigkeit. Über eine iterative FEM-Optimierung der Gehäusekontur und durchgängige entwicklungsbegleitende Dauertests von sämtlichen Baugrößen können wir ruhigen Gewissens B10d-Werte von fünf Millionen Zyklen angeben. Erste Rückmeldungen von Kunden übertreffen sogar die genannten Zyklusfestigkeiten ­unter Anwendungsbedingungen, was die Qualität der DKHS1000-Serie bestätigt. Weiterhin wird jedes Element vor Auslieferung einer einhundertprozentigen Prüfung der Haltemomente unterzogen.

Welche Möglichkeiten eröffnet die neue Zustandsabfrage?

Stefan Heiland: Bereits heute bieten wir dem Kunden die Möglichkeit, die Schaltpunkte selbst zu setzen, um die Taktzeiten – ­unter Berücksichtigung der Folgeprozesse – auf ein Minimum zu reduzieren. Darüber hinaus lässt sich der Zustand der Klemmung permanent über die Materialspannung detektieren. Damit ist die Abfrage nicht nur auf den geöffneten oder geschlossenen Zustand beschränkt, wie bei vielen einfachen Sensoren, sondern ermöglicht das Setzen von Warnsignalen bei einer ­drohenden Überlastung des Elements. Diese Funktion ist bereits bei der Inbetriebnahme sehr hilfreich – speziell bei der schrittweisen Einstellung des Druckbegrenzungsventils.

Was ist bei der Montage der DKHS1000-Serie ­zu beachten?

Stefan Heiland: Für eine problemlose Montage wird das Abstimm-Maß zwischen Gehäuseunterseite und Flanschunterseite vor Auslieferung vermessen und auf dem Klemmelement aufgelasert. Somit lässt sich die Abstimmscheibe oder der Wellenabsatz beim Kunden direkt und ohne zusätzliche Vermessung auf das passende Maß fertigen. Die beiden größten Baugrößen können zudem mit dem gleichen Anschraubbild der standardisierten YRT-Lager befestigt werden. Zum einfacheren Verständnis haben wir begleitend zur Montage­­anleitung eine Video-Anleitung zur Montage der DKHS1000-­Klemmelemente-Serie erstellt. Sie finden diese unter: bit.ly/Zimmer_DKHS1000

Über den Autor: Stefan Heiland ist Produktmanager für Linear- und Dämpfungstechnik bei der Zimmer Group.