Industrie-Stoßdämpfer Tuning pneumatischer Antriebe durch optimiertes Bremsen mit Industrie-Stoßdämpfern

Selbsteinstellende Industrie-Stoßdämpfer reduzieren nicht nur den Druckluft- und somit den Energieverbrauch pneumatischer Antriebe, sie ermöglichen auch, durch den optimierten Bremsvorgang die Antriebsgeschwindigkeit zu erhöhen. So tragen diese hydraulischen Bremselemente dazu bei, die Kostenvorteile der Pneumatik im Vergleich zu elektromechanischen Antrieben auszubauen.

Anbieter zum Thema

ACE Stoßdämpfer GmbH

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Die Fokussierung in der Automatisierungstechnik auf elektromechanische Antriebe – zum Beispiel Servo-, Gewindespindel- und Zahnriemenantriebe – zur Maschinen- und Anlagenoptimierung hat in vielen Fällen ziemliche Kostenfresser hervorgebracht. Für viele Anwendungen gibt es jedoch kostengünstigere Antriebe, die insbesondere hinsichtlich des Energiebedarfs beim Bremsen, Verzögern oder Stoppen von bewegten Massen Einsparpotenziale offenbaren. Dabei spielen Industrie-Stoßdämpfer und andere Dämpfungselemente eine wichtige Rolle.

Zur Illustration dieses eher theoretischen Themas soll ein Blick auf pneumatische Antriebe und die damit erzielbare Bremsleistung dienen: So groß die Vorteile pneumatischer Antriebe sind, so unmodern ist es, sie auch zu Verzögerungszwecken einzusetzen.

Gerade im Vergleich zu hydraulischen Industrie-Stoßdämpfern fallen die Negativkriterien ins Gewicht: Pneumatische Antriebe sind zu langsam, zu groß, zu schwer und zu teuer. Das hat bei vielen Maschinen- und Anlagenherstellern zum Umdenken in puncto Endlagendämpfung geführt.

Zu den niedrigen einmaligen Investitionskosten bei der Anschaffung von Stoßdämpfern kommen immense Einsparungen von mehreren Tausend Euro bei den Betriebskosten dazu. Sie ergeben sich zum einen aus der Tatsache, dass sich bei Anwendung der Stoßdämpfer Massen mit dem kleinstmöglichen Pneumatikzylinder bewegen lassen. Dadurch ist die Verwendung kleinerer Ventile und Wartungseinheiten möglich. Zum anderen werden Druckluft und die zu deren Verteilung erforderliche elektrische Energie eingespart.

Industrie-Stoßdämpfer reduzieren Betriebskosten

Für eine pneumatische Endlagendämpfung wird ein Luftvolumen von 3 bis 4 cm3 (Atmosphärendruck) benötigt, die man häufig auf bis zu 70 bar verdichtet. Bei Verwendung von selbsteinstellenden Stoßdämpfern ist das nicht erforderlich (Bild 1). So sind selbsteinstellende Industrie-Stoßdämpfer von ACE wartungsfreie einbaufertige hydraulische Elemente.

Beim Bremsvorgang wird die Kolbenstange in den Stoßdämpfer eingeschoben. Das Hydrauliköl, das sich vor dem Kolben befindet, wird durch eine Vielzahl von Drosselöffnungen verdrängt.

Proportional zum verfahrenen Hub nimmt die Anzahl der wirksamen Drosselöffnungen ab. Die Einfahrgeschwindigkeit wird geringer und bis zum Hubende linear auf null gebremst. Der vor dem Kolben anstehende Staudruck – die Gegenkraft – bleibt während des gesamten Hubes annähernd gleich. Das bedeutet konstante Verzögerung bei geringstmöglicher Maschinenbelastung.

Industrie-Stoßdämpfer passen sich unterschiedlichen Massen und Kräften an

Diese hydraulischen Industrie-Stoßdämpfer passen sich – in einem vordefinierten Bereich – eigenständig unterschiedlichen Massen, Kräften und Geschwindigkeiten an. Sie bremsen die bewegten Massen sicher und schnell bei Erreichen der Endlage ab – mit dem zusätzlichen Vorteil einer deutlich geringeren Maschinenbelastung.

Außerdem schließt man das Risiko aus, dass unnötiger Druckluftverbrauch die Betriebskosten in die Höhe treibt. So entweichen zum Beispiel durch ein einziges Loch mit 5 mm Durchmesser 30 l Druckluft in der Sekunde. Die Kosten für so ein Loch belaufen sich auf rund 15 000 Euro im Jahr und schmälern dadurch die Wirtschaftlichkeit.

Gleichmäßiger Energieabbau mit Industrie-Stoßdämpfern dank konstanter Bremskraft

Wie Bild 2 (siehe Bildergalerie) zeigt, bauen hydraulische Industrie-Stoßdämpfer im Gegensatz zum „Luftpuffer“ der Pneumatik nicht erst am Hubende den größten Teil der Energie ab, sondern erledigen dies dank linearer Dämpfung mit konstanter Bremskraft entlang der gesamten Strecke. Die bewegte Masse wird weich aufgenommen und gleichmäßig über den ganzen Hub verzögert.

Diese modernen Maschinenelemente bremsen somit die Bewegungen sicher und schnell bei Erreichen der Endlage ab. Dies lässt sich für eine höhere Massengeschwindigkeit, zur Energie- und Kosteneinsparung, zur Verringerung der Maschinenbelastung und des Geräuschpegels nutzen.

Energieeeinsparung mittels Industrie-Stoßdämpfern senkt die Kosten

Gerade die Energieeinsparung schlägt sich nicht nur betriebswirtschaftlich positiv nieder, sondern vermindert Emissionen und führt im besten Fall zu einer ökologischen Nachhaltigkeit der Betriebe – ein nicht zu unterschätzender Aspekt im Zuge von Schlagwörtern wie Emissionshandel und globale Erwärmung.

Weil hydraulische Industrie-Stoßdämpfer die Masse aus hoher Geschwindigkeit sicher und vor allem schnell dämpfen, ist eine Steigerung der maximal erreichbaren Bewegungszyklen möglich. Im Vergleich zur pneumatischen Verzögerung wird deren Anzahl um etwa 50% erhöht. Stellt man gar Federn oder Gummipuffer im Test gegen die hydraulischen Bremsen, lassen sich noch höhere Taktzahlen erreichen.

Zudem verringert sich der Geräuschpegel der Anlagen signifikant. Weniger Lärm ist nur ein Nebenaspekt von effektiveren Bremsvorgängen, entscheidender ist für viele Konstrukteure eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer der Maschinen.

Neue Industrie-Stoßdämpfer erhöhen Produktivität einer Montagestation

Eine Anwendung in der Elektronikindustrie zeigt, dass sich bei einer Anlagenoptimierung mit Hilfe von Industrie-Stoßdämpfern nicht nur die Taktzeiten steigern lassen, sondern auch die Wirtschaftlichkeit. So wurden bei der Suche nach Schwachstellen in der Leiterplattenfertigung eines ACE-Kunden die Pneumatikzylinder als schwächstes Maschinenglied ausgemacht. Daraufhin hat man Klein-Stoßdämpfer der MC- und SC-Baureihe von ACE eingesetzt (Bild 3).

Die Bestückungsgeschwindigkeit wurde dadurch schneller, weil sich die Zeit für den zu durchfahrenden Hub deutlich verkürzte. Folglich wurde die vorher eingestellte pneumatische Endlagendämpfung unwirksam gemacht, die aufgrund des beschriebenen Luftpuffer-Effekts zu viel Dämpfzeit kostete und die neu geforderte Taktzeit nicht erreichte.

Als die Montagestation mit hydraulischen Stoßdämpfern ausgerüstet war, ließ sich die Geschwindigkeit von 1 auf 1,8 m/s steigern. Sie wurde damit nahezu verdoppelt. Außerdem verkürzte sich die Bremsdauer von 0,3 auf 0,02 s.

Mit Industrie-Stoßdämpfern getunte Anlage arbeitet wirtschaftlicher

Betriebswirtschaftlich hat sich das sehr positiv ausgewirkt. So wurde der Ausstoß der Anlage um 31 500 Leiterplatten im Jahr gesteigert und die Produktionskosten reduzierten sich um rund 31 000 Euro im Jahr. Diese Anwendung zeigt, dass sich mit hydraulischen Industrie-Stoßdämpfern Antriebe „tunen“ und die Umwelt schonen lassen. Gleichzeitig werden Gewinnmargen deutlich erhöht und Arbeitsplätze geräuschärmer und effektiver ausgestattet.

Selbsteinstellende, hydraulische Industrie-Stoßdämpfer sind einfach zu bedienende Maschinenelemente, die bewegte Massen in kürzester Zeit bei geringer Maschinenbelastung stoppen. Sie haben Druckfedern und Gummipuffer schon in vielen Industriebranchen abgelöst. Der Luftpuffer, der mittels Druckluft in Pneumatikzylindern für die pneumatische Endlagendämpfung sorgt, ist noch eine gern und häufig eingesetzte Technik.

Wie man anhand der roten Diagrammkurve von Bild 2 erkennt, ergibt sich bei dieser Dämpfungsmethode aufgrund der Kompressibilität der Luft eine steil ansteigende Kennlinie. Sie führt dazu, dass erst am Hubende der größte Teil der Energie abgebaut wird. Vorteilhafter verhält es sich dagegen bei der linearen Dämpfung, wie sie zum Beispiel die Industrie-Stoßdämpfer von ACE gewährleisten und die grüne Diagrammkurve in Bild 2 deutlich macht.

Robert Timmerberg ist geschäftsführender Gesellschafter der Presseagentur Plus 2 in Düsseldorf. Jörg Küchmann ist Produktmanager für Industrie-Stoßdämpfer bei der ACE Stoßdämpfer GmbH in 40764 Langenfeld.

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