Positionsgenau stoppen

Klein-Stoßdämpfer - Die Antriebstechnik erlebt seit Jahren einen Innovationsschub nach dem anderen. Für fast jede Anforderung und jedes Budget haben Konstrukteure die Wahl zwischen Kugelrollspindel Servo-, Zahnriemen-, pneumatischen und anderen Antrieben. Doch wo beschleunigt wird, muss auch abgebremst werden.

01. Juli 2005

Wie wichtig das adäquate Bremssystem im Fall der Pneumatik ist, zeigt die abgebildete Konstruktion. Sie ist das Ergebnis der Arbeit für einen namhaften deutschen Automobilzulieferer, der ein zuverlässiges und schnelles Handlingsystem für die Reinigung von Düsennadeln von Einspritzsystemen in Betrieb nehmen wollte. Die Anforderung an die Entwickler der Memotec GmbH aus Leinefelde lautete, kleine Nadeln mit einer hohen Taktrate in ein Ultraschallbad tauchen und dann weiterbefördern zu lassen. Das auf die Konstruktion von Linearsystemen und die Lösung von Automationsaufgaben spezialisierte Unternehmen nahm diese Aufgabe an. Die Ingenieure entwickelten dafür ein pneumatisch angetriebenes Linearsystem mit Kugelbüchsenführung und Faltenbalgabdeckung. Dabei fiel die Wahl aus Kostengründen auf einen Pneumatikantrieb. Diesen kombinierten sie mit den für den Einsatzzweck optimal passenden Linearkomponenten aus ihrem breit gefächerten, modular ausgerichteten Programm.

Die besondere Herausforderung bei diesem Einsatzbeispiel bestand darin, die Pneumatik und den Zylinder so klein und wirtschaftlich wie möglich auszulegen, ohne Kompromisse bei der Taktrate eingehen zu müssen. Denn das Ziel des schnellen Handlings konnte nur erreicht werden, wenn sich der Antrieb in den Endlagen zuverlässig und positionsgenau stoppen ließ. Der pneumatischen Endlagendämpfung diese Aufgabe zu überlassen, kam für die Konstrukteure nicht in Frage. Denn für eine gute Bremsleistung wären zu große Zylinder und zu viel Druckluft nötig gewesen.

Stoßdämpfer außer Frage

Auch andere Dämpfungsmethoden wie z.B. mit Druckfedern oder Gummipuffern standen nicht zur Debatte. Sie wären zwar kostengünstig, aber in der Bremsleistung bei der Geschwindigkeit des Antriebs hoffnungslos zu langsam gewesen. Für eine effektive Verzögerung der aufprallenden Masse von 10 kg konnten sich die Konstrukteure als einzige Lösung Klein-Stoßdämpfer vorstellen. Dazu Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Meier-Andres, Geschäftsleiter von Memotec: »Wir hatten mit den kleinen Dämpfungselementen schon bei Konstruktionen für andere Kunden gute Erfahrungen gemacht und entschieden uns dafür, Klein-Stoßdämpfer von ACE zu verbauen.« Diese leicht zu montierenden und einfach zu be- dienenden Komponenten sorgen für lineare Dämpfung und stoppen bewegte Massen in kürzester Zeit. Wie die Grafik veranschaulicht, wird die Masse an der orangeroten Linie ersichtlich dank Stoßdämpfern mit konstanter Bremskraft über die gesamte Strecke optimal abgebremst. Diese wartungsfreien und einbaufertigen hydraulischen Maschinenelemente nehmen die Masse dabei stets weich auf und verzögern gleichmäßig über den gesamten Hub. So entsteht eine konstante lineare Kennlinie und damit die geringste Belastung für die Maschine. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei der pneumatischen Endlagendämpfung aufgrund der Kompressibilität der Luft eine steil ansteigende Kennlinie. Die blaue Kurve zeigt, dass hier erst am Hubende der größte Teil der Energie abgebaut wird.

Um Bauhöhe zu sparen, stattete man schließlich bei Memotec das abgebildete Linearsystem in den Endlagen mit je zwei Klein-Stoßdämpfern und nicht mit einem größeren Modell aus. Die Kraft von 420 N ließ sich mit diesem Duett zuverlässig abbauen und die geforderte Taktrate ohne weiteres erreichen. »Memotec setzt deshalb Klein-Stoßdämpfer der Firma ACE ein, weil die Produkte äußerst langlebig sind und sich ihr Einsatz bei unseren Kunden bereits seit Jahren bewährt«, erklärt Meier-Andres und führt fort: »Die Bauteile passen zu unserem Anspruch, Kunden stets so individuelle wie wirtschaftliche Lösungen anbieten zu können.« Dementsprechend sind die Memotec-Konstruktionen modular aufgebaut und lassen sich je nach Applikation mit dem geeigneten Antrieb sowie unterschiedlich leistungsfähigen Führungssystemen ausrüsten. Die Linear- und Schwerlastlinearsysteme, die das Unternehmen anbietet, bestehen aus steifen Trägerprofilen mit geringem Eigengewicht und eignen sich besonders für freitragenden Einsatz. Kunden von Memotec sparen auf diese Weise die Kosten für teure, aufwändige Unterkonstruktionen.

Passend zu diesem ökonomischen Ansatz bei der Konzeption und Fertigung ihrer Produkte entscheiden sich die Ingenieure von Memotec auch bei anderen Anwendungslösungen für den Einsatz der Klein-Stoßdämpfermodelle der Bauserie MC 150 bis 600 von ACE. Denn die Produkte aus dieser Familie, die mit Gewindegrößen von M14 bis M25 produziert wird, haben sich in der Praxis mit höchsten Standzeiten von bis zu 25 Millionen Hüben ausgezeichnet. Der Grund: sie sind mit einer einzigartigen, hermetisch dichten Rollmembrantechnik ausgestattet. Die Rollmembrane begünstigt zusätzlich die Rückstellung der Dämpfer bei sehr geringen Rückstellkräften. Neben ihrer Langlebigkeit und Dynamik überzeugen die wartungsfreien, sofort einbaufertigen hydraulischen Elemente auch durch den integrierten Festanschlag und die Tatsache, dass sie selbsteinstellend sind.

Sichere Kondomfertigung

Wie Memotec verwendet auch die Mapa GmbH den gleichen Stoßdämpfertyp von ACE als Bremssystem für einen pneumatischen Drehantrieb. Neben den bekannten NUK-Schnullern und MAPA-Handschuhen fertigt das im norddeutschen Zeven ansässige Unternehmen auch Präservative der Marken Fromms, Blausiegel, Big Ben und Billy Boy. Der heute der französischen Hutchinson-Gruppe angehörende Betrieb misst dem Thema Sicherheit natürlich auch im Falle der Fertigung von Kondomen größte Bedeutung bei. An jedem einzelnen der fünf Prüfzentrem werden die frisch produzierten Präservative an einem vertikalen Drehtisch auf vollkommene Funktionssicherheit getestet. Mit einer Geschwindigkeit von 1.800 Takten pro Stunde nehmen sechs am Drehtisch montierte Prüfdorne die fertigen Präservative abgerollt auf, um sie elektronisch auf eventuelle Schäden unter die Lupe zu nehmen. Den Antrieb der Drehtische erledigt eine Pneumatik mit einem Kolbendurchmesser von 50 mm und einem Betriebsdruck von 6 bar, wobei ein Drehmoment von 19 Nm erzeugt wird. Nach der Prüfung geht es im Zweisekunden-Takt weiter zur Verpackung und danach in den Versand.

Da die Ingenieure bei Mapa nicht mit der Endlagendämpfung des Drehantriebs zufrieden waren, setzen sie Klein-Stoßdämpfer von ACE als die bessere Lösung ein. Man wusste, wie vorteilhaft es ist, die Energie am Ende des Hubes nicht mit Druckluft, sondern mit Stoßdämpfern abzubremsen. Nach der Auslegung des Falles durch die Techniker bei ACE entschied man sich für den Einbau von selbsteinstellenden Klein-Stoßdämpfern des Typs MC150MH-2. Die Langlebigkeit dank der Rollmembran und die sehr geringen Rückstellkräfte der ACE-Produkte überzeugten die Konstrukteure.

Robert Timmerberg

Erschienen in Ausgabe: 04/2004