Digital Scout SPS 2022

SPS

SPS 2022 FEDERDRUCKBREMSEN VERZAHNUNGSGERÄUSCHE REDUZIEREN Elektromagnetische Federdruckbremsen kommen zum Einsatz, wenn Lasten gestoppt oder gehalten werden müssen. Bei geöffneter Bremse und drehender Welle, entstehen jedoch oft rasselnde Geräusche in der Antriebseinheit. Kendrion setzt deshalb unterschiedliche Dämpfungsmethoden ein, die sich hinsichtlich des Dämpfungsgrades, der erreichbaren Lebensdauer sowie der Einsatztemperatur unterscheiden. Jochen Düning, Development of Standard Products und Bernd Fürst, Head of Prototyping and Laboratory, beide bei der Kendrion (Villingen) GmbH in Villingen-Schwenningen Federdruckbremsen, die sowohl bei Asynchron- als auch bei Servomotoren häufig eingesetzt werden, nutzen die Kraftwirkung eines elektromagnetischen Feldes zum Aufheben der durch Federkraft erzeugten Bremswirkung. Die Federdruckbremse ist also im stromlosen Zustand geschlossen und -öffnet beim Anlegen einer Spannung. Die Verbindung zur Welle des Motors übernimmt meist eine zentral angeordnete Nabe, die auf der Motorwelle befestigt ist. Im bestromten Zustand, also bei geöffneter Bremse, dreht der Bremsenrotor mit der Nabe mit. Und genau dabei kann es durch mechanisches Spiel in der integrierten Passverzahnung zwischen Motorwelle und Rotor der Bremse zu störenden Geräuschen kommen. Verstärkt werden sie oft noch durch Resonanzen bei Rampenfahrten oder in unterschiedlichen Drehzahlbereichen, durch Rastmomente der Motorpole oder rückwirkende Schwingungseinkopplungen von einem Getriebe. Zunehmender Verschleiß der Verzahnung führt zu größerem Verdrehspiel und damit auch zu einem höheren Geräuschpegel. Befinden sich Menschen in unmittelbarer Nähe der Bremse, ist dieses Geräusch besonders störend. Geräuschsensible Anwendungen finden sich quer durch alle Branchen, z. B. in der Fördertechnik bei handgeführten Staplern, Regalbediengeräten, an Transportbändern oder Warenein- und Warenausgabestationen. Weitere Beispiele sind in der Medizintechnik zu finden. Die Anwendungen reichen hier von höhenverstellbaren OP-Tischen bis hin zum C-Bogen-Röntgengerät. Unangenehm sind die rasselnden Umlaufgeräusche der Bremse vor allem auch bei Personenaufzügen oder Rolltreppen; sie tragen schließlich nicht zum Vertrauen in die Technik bei. 1. METHODE: O-RING AUS NBR-GUMMI Um die Geräusche zu reduzieren, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten: Die einfachste und oft verwendete Lösung ist ein O-Ring aus NBR-Gummi, der den Rotor auf der Nabe klemmt. Vor allem bei höheren Temperaturen verschleißt er allerdings schnell. Dadurch entsteht zwar kein Sicherheitsrisiko, weil ja in der Passverzahnung wieder Alu auf Stahl läuft, aber das störende Rasseln ist dann wieder zu hören. 2. METHODE: VORGESPANNTE VERZAHNUNG Eine weitere Möglichkeit ist eine vorgespannte Verzahnung über einen oder mehrere elastische Zähne. Eine solche Dämpfung ist nicht ganz so verschleißanfällig wie ein O-Ring, funktioniert allerdings nur bei Kunststoffnaben und eignet sich ebenfalls nur für eingeschränkte Temperaturbereiche. Der Bremsenspezialist Kendrion favorisiert deshalb zwei weitere Dämpfungsmethoden, die die Verzahnungsgeometrie nicht verändern: Die Geräuschdämpfung mit Hilfe eines Druckstücks in der Nabe oder einen Zahnzwischenring aus hochfestem Polyamid, die sich beide für unterschiedliche Anwendungsbereiche eignen. 3. METHODE: FEDERGELAGERTES DRUCKSTÜCK Die Druckstücklösung von Kendrion wird insbesondere für Federdruckbremsen mit Monoblock-Rotor verwendet, die bei Servomotoren eingesetzt werden. Die Bremsen dieser Servo- Line-Baureihe decken Drehmomente von 0,3 bis 30 Nm ab. In 84 DIGITAL SCOUT Ihr Kompass zur SPS 2022

SPS 2022 Um störende Geräusche in der Antriebseinheit zu reduzieren, gibt es vier unterschiedliche Möglichkeiten: ein O-Ring, eine vorgespannte Verzahnung, ein Druckstück oder einen Zahnzwischenring ihre Nabe wird ein federgelagertes Druckstück integriert, das die Verzahnung vorspannt. Die Feder unter dem Druckstück ist langzeitstabil und es gibt praktisch keinen Verschleiß. Druckstück und Feder bestehen aus Stahl; dadurch ist die Lösung temperaturbeständig. Da sich die Verzahnungsgeometrie durch das Druckstück nicht ändert, bleibt die Drehmomentübertragung unbeeinträchtigt, die axiale Bewegung der Reibscheibe ist gegeben und es entsteht kein zusätzlicher Montageaufwand. 4. METHODE: ZAHNZWISCHENRING Für Federdruckbremsen mit Drehmomenten von 2,5 bis 1.500 Nm, die für leistungsstarke Drehstromantriebe bzw. den Aufzugbetrieb ausgelegt sind, bietet sich die Geräuschdämpfung mit einem Zahnzwischenring an, der direkt im Aluminium-Reibbelagträger verbaut ist. Das dünnwandige Material ist widerstandsfähig und legt sich zwischen die Zahnflanken. Dadurch verhindert es, dass Metall auf Metall läuft. Die Nabe mit Außenverzahnung nach DIN 5480 bleibt dabei im Serienmaß. Beim innenverzahnten Rotor ist die Verzahnung etwas größer ausgelegt. Der Zahnzwischenring wird in die Rotorverzahnung geschoben, verrastet und durch Einschieben der Nabe zusätzlich verblockt. Die Innenverzahnung entspricht dann wieder den Abmessungen, die zur Außenverzahnung der Serien-Nabe passen. Das Verdrehspiel ist ähnlich wie bei einer ungedämpften Ausführung. Durch das Aufschieben des Zahnzwischenrings entsteht ein Blattfedereffekt, also eine leichte Vorspannung; der Rotor wird dadurch auch bei unrundem Lauf gedämpft mitgenommen. Auch die Anregung von Schwingungen im Aluminium-Rotor werden zuverlässig verhindert; der Rotorlauf in der Bremse erzeugt keine störenden Geräusche und die Bremse eignet sich damit auch für lärmsensible Anwendungen in Medizin-, Förder- oder Aufzugtechnik. Zusätzlicher Montageaufwand entsteht bei dieser Lösung ebenfalls nicht. Der Zahnzwischenring reduziert aber nicht nur die rasselnden Geräusche, sondern erhöht auch die Lebensdauer: Wenn beim Bremsen ein hohes Moment gegeben ist, legen sich die Flanken der Verzahnung flächig über den Zahnzwischenring an. Dabei wird durch die elastische Zwischenschicht die Flächenpressung gleich mäßiger, was wiederum den Verschleiß der Verzahnung verringert. Die Lebens dauer steigt: Statt der sonst üblichen 1 bis 3 Mio. Lastwechsel erreichen Federdruckbremsen mit Zahnzwischenring etwa 10 bis 15 Mio. Lastwechsel. In einer typischen Fördertechnik-Anwendung kann die Bremse mithilfe des Zahnzwischenrings also statt einem halben Jahr bis zu fünf Jahre zuverlässig arbeiten. Bilder: Kendrion www.kendrion.com DIE IDEE „Die Automatisierung erhöht die Lärmbelastung der Anlagenbediener erheblich. Daher müssen Motoren und darin verbaute Bremsen optimiert werden. Die klassische O-Ring-Lösung in Federkraftbremsen war hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften nicht langzeitstabil. Deshalb haben wir den ‚Zahnzwischenring‘ entwickelt, der sich im Entwicklungs- und Validierungsprozess als deutlich dauer fester erwiesen hat. Neben der Geräuschdämpfung profitiert der Anwender auch von einer erhöhten Lebensdauer der Bremse.“ Jochen Düning, Development of Standard Products und Bernd Fürst, Head of Prototyping and Laboratory, beide bei der Kendrion (Villingen) GmbH Positioniersystem für den Nanometerbereich Luftlagertechnologie und Leichtbauweise vereint Beschleunigungen von 150 m/s 2 Reinraumklasse ISO 3 bis 4 Erstmals zur SPS 2022 www.jat-gmbh.de 08.-10.11.22 | Stand B4-358 Besuchen Sie uns!