Kleinstoßdämpfer und Strukturdämpfer

Mara Hofacker,

Alle Optionen: Dämpfer in Linearmodulen

Wo schnell gefahren wird, ist gutes Bremsen nötig. Anwendern von Linearantrieben bietet sich dafür heutzutage ein großes Angebot an Komponenten und Systemlösungen: zum einen hydraulische Dämpfungselemente wie Kleinstoßdämpfer für anspruchsvollere Lösungen, zum anderen kostengünstigere Produkte wie Strukturdämpfer für einfachere Aufgaben. Zwei Praxisbeispiele von ACE Stoßdämpfer verdeutlichen, dass es praktisch für alle Anwendungen passende Lösungen gibt, die auch schnelle Prozesse störungsfrei ablaufen lassen.

Tubus Strukturdämpfer aus der TA-Familie schützen die Achsen von Lisco, falls der Antrieb durch einen Steuerungs- oder Bedienungsfehler über die Endlage hinausfährt. © ACE Stoßdämpfer

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 Rückpralleffekte sind schnellere Taktungen bei den Maschinen mit entsprechend höherer Produktivität möglich. Zudem ist angenehm, dass eine erhebliche Lärmreduktion erzielt wird.

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Pneumatikmodul LM35 von Zipatec als kompakte Einheit mit Führungsschiene, Schlittenteil, Endplatten und hydraulischer Dämpfung von ACE. © Zipatec Montagetechnik

Ein Beispiel hierfür sind die Pneumatikmodule der Firma Zipatec Montagetechnik aus Kalchreuth, in denen solche Maschinenelemente für das Abbremsen zuständig sind. In Abstimmung mit den Anwendern wird von Zipatec 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 einhundertprozentige Spielfreiheit und hohe Lebensdauer. Durch den Zusammenschluss von Führungsschiene, Schlittenteil und Endplatten zu einer Einheit ist eine hohe Steifigkeit über Hübe bis 100 mm und bei einer maximalen Tragkraft von 700 N gewährleistet. Für speziell diese Aufgaben stellt zipatec den Kunden mit der LM35 getauften Lineareinheit eine kompakte, aber komplette Lösung zur Verfügung, die aus Führungsschiene, Schlittenteil, Endplatten und Dämpfung besteht. Die Module können leicht in Konstruktionen integriert werden, und die Hubverstellung gestaltet sich zudem derart einfach, dass viele Kunden sie direkt vor Ort selbst vornehmen.

Leistungsstarke Winzlinge helfen sparen

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 ist das nicht nötig, da diese die Bewegungen sicher und schnell beim Erreichen der Endlage mit dem zusätzlichen Vorteil einer deutlich geringeren Maschinenbelastung abbremsen.

Kleinstoßdämpfer von ACE sind leicht in Linearmodule zu integrieren und überzeugen Konstrukteure durch Kompaktheit, hohe Qualität, Präzision, Leistungsstärke, Verfügbarkeit und 24-Stunden-Service © Zipatec Montagetechnik

Im beschriebenen Fall übernehmen Kleinstoßdämpfer vom Typ MC30EUM von ACE Stoßdämpfer diese Aufgabe. Unterstützt durch die ständig verfügbaren Online-Berechnungsmöglichkeiten unter der Homepage von ACE ein firmeneigenes CAD-Programm 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 8 mm und einer Energieaufnahme von 3,5 Nm pro Hub bei den hohen Wiederholungszahlen der Linearmodule und den dadurch ebenfalls relevanten 5.600 Nm an Kräften, die es in der Stunde abzubauen gilt, in der Lage, die gewünschte hohe Wiederholgenauigkeit der LM35 bei ihren linearen Bewegungen zu realisieren. Im ausgefahrenen Zustand gerade einmal 54 mm lang und 10 g leicht, lassen sich die leistungsstarken Winzlinge von ACE in nahezu jede Konstruktion integrieren, ein durchgehendes M8x1-Gewinde macht dies problemlos möglich.

Kleine Helfer mit großen Leistungen beim 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, also unverzügliches Abstoppen ankommt.

Lisco fertigt Spindel-, Zahnriemen- oder Linearmotorachsen einfach oder als Mehrachssysteme und stattet diese zum Schutz der Endlagen und der Gesamtkonstruktion mit Strukturdämpfern von ACE aus. © Lisco

Bei der Firma Lisco aus Bargteheide kommen die 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 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 Lisco in aller 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.

Selbsteinstellende Kleinstoßdämpfer von ACE sind wartungsfrei und mit verschiedenem Zubehör und Anschlussteilen lieferbar. © ACE Stoßdämpfer

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 g sind diese Tubus bei Umgebungstemperaturen von -40 bis 90 °C als zuverlässige Maschinenelemente in der Lage, bis zu 9 Nm pro Hub abzubauen. 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 20 Mal länger als Dämpfungen mit Lösungen, die aus Urethan gefertigt sind, bis zu 10 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 sowohl für Tubus als auch für Kleinstoßdämpfer von ACE gilt, ist die einfache Integrierbarkeit. Die Arbeit des Konstrukteurs erleichtert aber auch, dass beide Produktreihen auf Anfrage mit Sonderhüben, -kennlinien, -federraten, -baugrößen und -materialien lieferbar sind. 

MotekHalle 5, Stand 5223

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