Wo schnell gefahren wird, ist gutes Bremsen nötig. Anwendern von Linearantrieben bietet sich dafür heutzutage ein großes Angebot an Komponenten und Systemlösungen: Hydraulische Dämpfungselemente wie Kleinstoßdämpfer eignen sich hier für anspruchsvollere Lösungen, während kostengünstigere Produkte wie Strukturdämpfer einfachere Aufgaben erfüllen. Es gibt praktisch für alle Anwendungen und jedes Budget passende Lösungen, die auch schnellste Prozesse störungsfrei ablaufen lassen. Zwei Praxisbeispiele der ACE Stoßdämpfer GmbH verdeutlichen dies.

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 und so die kinetische Energie 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 Rückpralleffekte sind schnellere Taktungen bei den Maschinen produktiver möglich. Zudem wird der Lärm erheblich reduziert.

Pneumatikmodule zum Abbremsen

Ein Beispiel hierfür sind die Pneumatikmodule der Firma Zipatec Montagetechnik GmbH & Co. KG, Kalchreuth, in denen solche Maschinenelemente für das Abbremsen zuständig sind (Bild oben). In Abstimmung mit den Anwendern ermittelt Zipatec, 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. Vorgespannte Kreuzrollenführungen in gehärteten Prismenlaufschienen sorgen dabei für einhundertprozentige Spielfreiheit und hohe Lebensdauer. Der Zusammenschluss von Führungsschiene, Schlittenteil und Endplatten zu einer Einheit gewährleistet eine hohe Steifigkeit über Hübe bis 100 mm bei einer maximalen Tragkraft von 700 N.

Für speziell diese Aufgaben stellt Zipatec mit der Lineareinheit LM35 eine kompakte, komplette Lösung zur Verfügung, die aus Führungsschiene, Schlittenteil, Endplatten und Dämpfung besteht. Die Module lassen sich leicht in Konstruktionen integrieren. Die Hubverstellung gestaltet sich zudem derart einfach, dass viele Kunden sie direkt vor Ort selbst vornehmen.

Hydraulik statt Pneumatik

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. Denn den einmaligen Investitionskosten bei der Anschaffung von Stoßdämpfern stehen 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 Einsparungen 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 3 bis 4 cm3 Luft notwendig, die häufig auf bis zu 70 bar verdichtet werden. Mit Kleinstoßdämpfern entfällt das, da diese die Bewegungen sicher und schnell beim Erreichen der Endlage mit dem zusätzlichen Vorteil einer deutlich geringeren Maschinenbelastung abbremsen.

Lineareinheit mit Spindelführung als Standard und Sonderlösung

Im beschriebenen Fall übernehmen Kleinstoßdämpfer vom Typ MC30EUM von ACE diese Aufgabe. Unterstützt durch die ständig verfügbare Online-Berechnungssoftware, ein firmeneigenes CAD-Programm und zusätzliche Testreihen, die man gemeinsam mit ACE durchführte, fiel bei Zipatec die Wahl auf die selbsteinstellenden und wartungsfreien Dämpfungselemente. Mit einem Hub von 8 mm, einer Energieaufnahme von 3,5 Nm pro Hub bei den hohen Wiederholungszahlen der Linearmodule und 5600 Nm an Kräften, die es in der Stunde abzubauen gilt, erzielen sie die gewünschte hohe Wiederholgenauigkeit an linearen Bewegungen der Linearmodule. Im ausgefahrenen Zustand sind sie nur 54 mm lang und 10 g leicht. So lassen sich die leistungsstarken Winzlinge von ACE in nahezu jede Konstruktion integrieren. Ein durchgehendes M8x1-Gewinde macht dies möglich.

Strukturdämpfer für den Notstopp

Eine interessante Alternative für den zuverlässigen Schutz und auch bei der harten Arbeit in den Endlagen von Linearmodulen stellen die wegen ihrer rohrähnlichen Form „Tubus“ genannten Strukturdämpfer von ACE dar. Insgesamt acht Produktfamilien mit mehr als 150 standardisierten Einzelprodukten haben vor allem eins gemeinsam: Die aus Co-Polyester-Elastomer gefertigten Elemente sind eine preisgünstigere Alternative zu hydraulischen Dämpfern, wenn es nicht auf punktgenaues bzw. unverzügliches Abstoppen ankommt.

Bei der Firma Lisco GmbH in Bargteheide kommen die Tubus-Dämpfer 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 zu keinem unkontrollierten Einschlag der Massen in den Endlagen kommt. Gleiches wäre theoretisch bei einem Stromausfall möglich. Jede dieser Szenarien würde zu kostenintensiven Reparaturen und Stillstandszeiten führen. Da die Linearachsen bei dem schleswig-holsteinischen Unternehmen in aller Regel mit Profilschienen oder Rollenführungen ausgeliefert werden, war eine Lösung sinnvoll, die links und rechts von der jeweiligen Schiene bzw. 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 bietet eine degressive Dämpfungskennlinie, was eine hohe Energieaufnahme am Hubanfang zur Folge hat. Trotz der kompakten Bauform und der geringen Eigenmasse von nur 40 g bauen diese Dämpfer bei Umgebungstemperaturen von -40° bis 90 °C zuverlässig bis zu 9 Nm pro Hub ab. Diese Angabe trifft für den Notfall zu.

Sehen Konstruktionen das Anfahren der Endlagen als Regelfall vor, sind immer noch 6 Nm/Hub zulässig. Dann kommt auch im Vergleich zu alternativen Lösungen wie anderen Feststoffdämpfern oder Federn ihre hohe Lebensdauer von bis zu 1 Millionen Lastwechseln voll zum Tragen. Damit halten sie bis zu zwanzig 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 lassen sie sich ohne Komplikationen und dazu noch sehr schnell befestigen.

Beide Dämpferarten, Tubus und Kleinstoßdämpfer sind einfach integrierbar. Es gibt beide auf Anfrage mit Sonderhüben, -kennlinien, -federraten, -baugrößen und -materialien. Das erleichtert die Arbeit für den Konstrukteur deutlich. Zudem sind beide Produktvarianten entsprechend vielseitig einsetzbar: für einfache Aufgaben und anspruchsvolle Lösungen.

Der Robert Timmerberg, M. A. ist Fachjournalist bei der Plus2 GmbH in Düsseldorf.

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