Um die Produktivität zu steigern, werden in den Unternehmen immer mehr Maschinen mit immer höheren Geschwindigkeiten betrieben. Die Folgen sind oft zunehmender Lärm, Schäden an den Maschinen bzw. Produkten und extreme Vibrationen. Gleichzeitig nimmt die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Maschinen ab. Zur Lösung dieser Probleme werden die verschiedensten Produkte eingesetzt. Effektivität und Betriebsverhalten weichen jedoch stark voneinander ab. Typische Produkte, die hier zum Einsatz kommen, sind Gummipuffer, Druckfedern, Zylinderdämpfungen und Industriestoßdämpfer. Die nachfolgenden video zeigen die am häufigsten eingesetzten Produkte im Vergleich:
Theoretische Grundlagen zur Energieabsorption
Alle bewegten Objekte besitzen kinetische Energie. Die Energiemenge ist abhängig von Masse und Geschwindigkeit. Um ein bewegtes Objekt zum Stillstand zu bringen, muss ein mechanisches Bauteil verwendet werden, welches eine Kraft dimetral entgegen der Bewegungsrichtung erzeugt.
Gummipuffer und Druckfeder -
Diese sind sehr kostengünstig, haben jedoch einen unerwünschten Rückstoßeffekt.
Ein Großteil der beim Aufprall absorbierten Energie wird gespeichert.
Diese gespeicherte Energie wird an die Last zurückgegeben und erzeugt einen Rückprall und
führt zu möglichen Beschädigungen der Last oder der Maschinen. Gummi
puffer und Druckfedern bieten anfangs eine niedrige Gegenkraft, die
mit dem Hub zunimmt.
Zylinderdämpfungen -
Ihr Anwendungsbereich ist eingeschränkt. In den meisten Fällen sind sie nicht in der Lage, die vom System erzeugte Energie zu absorbieren. Dämpfungen weisen aufgrund ihrer Konstruktion einen relativ kurzen Hub auf und werden bei niedrigen Drücken betrieben, was zu einer äußerst geringen Energieabsorption führt. Die restliche Energie wird auf das System übertragen, was wiederum Stoßbelastungen und Vibrationen verursacht.
Industriestoßdämpfer -
Diese ermöglichen eine kontrollierbare bzw. konstante Verzögerung. Dabei wird kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Genauer gesagt wird die Bewegung auf die Kolbenstange des hydraulischen Stoßdämpfers übertragen. Bei diesem Bewegungsvorgang wird Flüssigkeit über Drosselbohrungen verdrängt, wodurch sich die Flüssigkeit schnell erwärmt. Anschließend wird die Wärmeenergie auf den Zylinderkörper übertragen und gefahrlos an die Umgebung abgeführt.
Der Einsatz von Stoßdämpfern hat folgende Vorteile:
1. Längere Lebensdauer der Maschinen – Industriestoßdämpfer vermindern spürbar Stöße und Vibrationen an Maschinen. Dies vermindert Schäden an Anlagen, Ausfallzeiten und Wartungskosten bei erhöhter Lebensdauer der Maschine.
2. Höhere Betriebsdrehzahl – Maschinen können mit einer höheren Drehzahl betrieben werden, weil sich bewegende Teile durch den Stoßdämpfer gesteuert oder sanft zum Stillstand gebracht werden. So können die Produktivitätsraten gesteigert werden.
3. Höhere Produktionsqualität – Schädliche Auswirkungen unkontrollierter Bewegung führen z. B. zu Lärm, Vibration und Schäden durch Stöße. Diese werden abgeschwächt oder vermieden, sodass die Produktionsqualität verbessert wird. Somit sind Toleranzen und Passungen leichter einzuhalten.
4. Sichererer Maschinenbetrieb – Maschinen ebenso wie das Bedienungspersonal werden durch eine vorhersehbare, verlässliche und kontrollierte Verzögerung geschützt. Bei der Entwicklung können bei Bedarf auch spezifizierte Sicherheitsstandards berücksichtigt werden.
5. Wettbewerbsvorteil – Anlagen und Endprodukte profitieren durch eine höhere Produktivität, längere Lebensdauer, geringeren Wartungsbedarf und sichereren Betrieb.
Automobil- vs. Industriestoßdämpfer
Es ist wichtig, die bestehenden Unterschiede zwischen dem Automobil- Standardstoßdämpfer und dem Industriestoßdämpfer zu verstehen. Der Automobilstoßdämpfer verfügt über Drosselbohrungen mit Strahlablenkung. Industriestoßdämpfer gibt es in Ausführungen mit einer bzw. mehreren Drosselbohrungen sowie mit einem Dosierstift. Der Automobilstoßdämpfer hat eine Dämpfungskraft, die sich proportional zur
Kolbengeschwindigkeit verhält, während sich die Dämpfungskräfte des Industriestoßdämpfers
quadratisch zur Kolbengeschwindigkeit verändern. Ferner ist die Dämpfungskraft des Automobilstoßdämpfers unabhängig von der Hubposition, während die des Industriestoßdämpfers abhängig oder unabhängig von der Stellung des Hubes sein kann.
Ein ebenso wichtiger Aspekt ist, dass Automobilstoßdämpfer
so konstruiert sind, dass sie nur
eine bestimmte Eingangsenergiemenge aufnehmen können. Dies bedeutet, dass
der Automobilstoßdämpfer entsprechend seiner Größe im Vergleich zum Industriestoßdämpfer nur eine begrenzte Aufnahmefähigkeit besitzt. Dies lässt sich mit der Grundkonstruktion des Automobilstoßdämpfers und den häufig eingesetzten Materialien mit geringerer Festigkeit erklären. Diese Materialien können den geringeren Drücken standhalten, die bei diesem Stoßdämpfertyp häufig anzutreffen sind. Der Industriestoßdämpfer verwendet Materialien mit höherer Festigkeit, sodass dieser bei höheren Dämpfungskräften betrieben werden kann.
Einstellungsmöglichkeiten
Ein richtig eingestellter Industriestoßdämpfer gewährleistet eine sichere Energieableitung, wodurch Beschädigungen durch Stoßbelastungen und der Lärmpegel gesenkt werden. Informationen zur optimalen Einstellung finden Sie in der nützlichen Einstellungsgrafik. Bei der Suche nach der richtigen Einstellung hilft optische und “akustische” Kontrolle.
Um den Industriestoßdämpfer vor Inbetriebnahme des Systems korrekt einzustellen, stellen Sie die Einstelleinheit auf Null (0) stellen.
Setzen Sie den Bewegungsmechanismus in Gang und beobachten Sie die Verzögerung des Systems.
Erscheint die Dämpfung zu weich (Stoßdämpfer arbeitet ohne sichtbare Verzögerung und schlägt am Hubende an), drehen Sie die Einstellung auf die nächstgrößere Zahl.
Die Einstellungen müssen Schritt für Schritt vorgenommen werden, um interne Beschädigungen des Stoßdämpfers zu vermeiden (Beispiel: Stellen Sie von 0 auf 1, und nicht von 0 auf 4).
Erhöhen Sie die Einstellung, bis eine leichte Verzögerung erreicht ist und ein geringfügiges Geräusch hörbar wird, wenn das System beginnt abzubremsen oder zum Stillstand kommt.
Erfolgt am Anfang des Hubes eine abrupte Verzögerung (Schlag beim Aufprall),
muss die Einstellung auf eine kleinere Zahl erfolgen, um eine weichere Verzögerung zu erreichen.
Wenn die Einstelleinheit des Industriestoßdämpfers auf die größte Zahl der Einstellung gestellt ist und der Industriestoßdämpfer noch immer bis an das Hubende durchschlägt, wird ein größeres Modell benötigt.
Industriestoßdämpferleistung bei variierenden Massen oder Aufprallgeschwindigkeiten
Weichen die Bedingungen von den ursprünglich berechneten Daten bzw. tatsächlichen
Eingangsbedingungen ab, kann’ dies zu einer erheblichen Änderung des Stoßdämpfungsverhaltens oder zu Fehlverhalten bzw. Ausfällen des Stoßdämpfers führen. Abweichungen in den Eingangsbedingungen nach dem Einbau eines Stoßdämpfers können zu Beschädigungen im Inneren oder geringstenfalls zu einer unerwünschten Dämpfungsleistung führen. Welche Auswirkungen die Veränderung der Masse bzw. der Geschwindigkeit zufolge haben, sollen folgende Energiekurven zeigen:
Veränderung der Aufprallmasse: Eine Erhöhung der Aufprallmasse (bei unveränderter Aufprallgeschwindigkeit) ohne vorherige Änderung der Einstellung bzw. der Drosselbohrung führt zu einer Erhöhung der Dämpfungskraft am Hubende. Abbildung 1 stellt diese unerwünschte Kraftspitze, die zum Anschlagen führt, dar. Diese Kraft wird dementsprechend auf die Montagekonstruktion und die aufprallende Last übertragen.
Veränderung der Aufprallgeschwindigkeit: Eine Erhöhung der Aufprallgeschwindigkeit (bei unveränderter Aufprallmasse) führt zu einer gravierenden Änderung der daraus resultierenden Stützkraft. Stoßdämpfung ist eine geschwindigkeitsabhängige Größe. Deshalb muss der entscheidende Einfluss der Aufprallgeschwindigkeit sorgfältig in Betracht gezogen werden. Abbildung 2 veranschaulicht die grundlegende Änderung der Stützkraft bei Erhöhung der Geschwindigkeit. Abweichungen von den ursprünglichen Konstruktionsdaten oder Fehler in den ursprünglichen Daten können zu Beschädigungen der Montagekonstruktion und den Systemen führen. Eine Überschreitung der Grenzwerte kann zu Ausfällen des Stoßdämpfers führen.