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Aktuelles über die Bremse

Sicherheitsbremse, Permanentmagnet, Federdruck, Dämpfer, Rotationsbremse

Mayr01141Fachartikel

Mayr Antriebstechnik hat mit der "Roba-guidestop" eine Sicherheitsbremse für das spielfreie Klemmen von Werkzeugachsen im laufenden Prozess entwickelt. Das redundante Bremsenkonzept funktioniert dank zwei getrennter Bremskreise sehr zuverlässig. Sehr kurze Schaltzeiten der federkraftbetätigten und hydraulisch gelüfteten Haltebremse erhöhen die Prozessgenauigkeit und Zerspanleistung. Zudem entlastet sie die Linearführungen und Kugelrollspindeln.


Um die einzelnen NC-Achsen einer Werkzeugmaschine möglichst energieeffizient zu betreiben, müssen sowohl die Achsbewegung als auch der Achsstillstand unter Energiegesichtspunkten optimiert werden. So lassen sich zum Beispiel die Bereitschaftsverluste verringern, indem nicht beteiligte Achsen herunter gefahren und erst bei Bedarf wieder zugeschaltet werden. Dieser Vorgang ist nur mit einer spielfreien Haltebremse realisierbar.

Größte Herausforderung: Steifigkeit

Die Vorgaben bei der Entwicklung solch einer Sicherheitsbremse stellten die Antriebsspezialisten vor so manche Herausforderung: Sie muss ausfallsicher (fail-safe) arbeiten, sprich im energielosen Zustand geschlossen sein. Da eine ausreichende Positionsgenauigkeit nur mit entsprechender Achssteifigkeit einzuhalten ist, war diese mit 100 N/µm vorgeben. Ebenfalls nur mit einer möglichst steifen Achse umsetzbar waren die Anforderungen an die Oberflächengüte des Werkstücks, die eine schwingungsarme Bearbeitung voraussetzt. Die Haltekraft sollte 20 kN betragen und die Lebensdauer war mit 1 Million Takten über die gesamte Laufzeit und 200.000 Takten pro Jahr angesetzt.

Am Antrieb montierte rotierende Bremsen kamen grundsätzlich nicht in Frage, weil sie die geforderte Achssteifigkeit nicht ermöglichen. Auch lineare Bremssysteme, die parallel zum Schlitten auf eine Stange oder ein Band wirken, erfüllen die Steifigkeitsforderungen nicht. Rotatorische Motorbremsen halten einem Vergleich noch weniger stand. Sie sind meist spielbehaftet und jedes Element zwischen Bremse und Schlitten wirkt sich negativ auf die Steifigkeit aus. Die Entwicklungsingenieure setzten daher auf ein Bremssystem, das direkt auf die Profilschienenführung wirkt. So ist die neue Profilschienenbremse mit der Produktbezeichnung Roba-guidestop heute mindestens um den Faktor 3 steifer als beispielsweise Stangen- oder Bandbremsen.

Zwei Bremskreise besser als einer

Mayr01143Die in einem Schlitten integrierte Sicherheitsbremse arbeitet mit zwei voneinander unabhängigen Bremskreisen und ist somit redundant. Vorgespannte Tellerfedern pressen Reibbeläge auf die „Taille“ der Profilschiene. Gelüftet wir hydraulisch mit einem Nenndruck von 70 bar. Der Bremsmechanismus ist für relativ große Hubwege ausgelegt. Dadurch kann die Bremse Fertigungstoleranzen bei den Profilschienen ausgleichen ohne Bremskraft einzubüßen.

Durch das Klemmen direkt auf die Linearführung erfüllt die ROBA-guidestop die aus Sicherheitsgesichtspunkten aktuelle konstruktive Anforderung, dass Brems- und Klemmeinheiten unmittelbar an den abzubremsenden oder zu haltenden Massen anzubringen sind. Antriebselemente zwischen Motor und bewegter Masse wie Spindel, Spindelmutter, Wellenkupplung oder Getriebe haben dadurch keinen Einfluss auf die Sicherheit. Dieser Vorteil kommt vor allem bei schwerkraftbelasteten Achsen zum Tragen, wenn das Gefährdungsrisiko von Personen minimiert werden soll.

Volle Wucht sicher halten

Mayr01144Besonders kritisch betrachtet werden muss die dynamische Bremsung aus voller Drehzahl nach unten, wie es bei Not-Aus oder Stromausfall erforderlich wird. Eine sichere Bremse muss in der Lage sein, die Last sicher und schnell zum Stehen zu bringen, ohne dabei Schaden zu nehmen. Motorbremsen sind dazu nur bedingt in der Lage, da sie aufgrund beengter Bauräume und sehr hoher Temperaturen innerhalb des Motors oft nicht ausreichend bemessen sind. Die ROBA-guidestop ist mit speziellen Reibbelägen ausgestattet, welche eine Vielzahl von dynamischen Bremsungen ermöglicht und die Last sicher zum Halten bringt. Die direkte Klemmung auf die Profilschiene bringt aber noch weitere Vorteile: Die zusätzliche Versteifung der NC-Achse erhöht die Prozessgenauigkeit, steigert die Zerspanleistung und beweist sich zudem bei der Schwerzerspanung: Hier erfolgt die Bearbeitung schwingungsärmer, was die Oberflächengüte verbessert.

Bei still stehender Vertikalachse übernimmt die ROBA-guidestop die Last beispielsweise während der Bearbeitung. In dieser Phase lässt sich der Antriebsmotor abschalten und aus der Regelung nehmen. Das Abschalten des Motors eliminiert die Regelbewegungen und schont so die Kugelrollspindel. Die geschlossene Bremse nimmt Axialkräfte und Kippmomente auf und entlastet so die Linearführung. Standzeit und Wartungsintervalle der Antriebskomponenten werden verlängert und der Energieverbrauch leicht reduziert.
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