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Klemmsystem: Sicherheit beim Ausfall der Pneumatik

Klemmsysteme
Sicherheit beim Ausfall der Pneumatik

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Fällt in Werkzeugmaschinen die Druckluft aus, halten Klemmsysteme die Achsen oder stoppen Bewegungen der Maschine. Eine Lösung mit Fail-Safe-Funktion von Hema wird durch den Ausfall der Pneumatik überhaupt erst aktiviert.

Edmund Likus
Leiter Entwicklung & Fertigung Klemmsysteme bei der Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH in Seligenstadt

Damit die Achse im Ernstfall tatsächlich sofort fixiert wird, haben die Ingenieure von Hema vor einigen Jahren eine einfache, aber wirkungsvolle Konstruktion für ihre Klemmsysteme entwickelt: eine Kammer, die von zwei Membranen aus Federstahl abgeschlossen wird. Wird diese mit Druckluft beaufschlagt, verformen sich die Federbleche elastisch und verkürzen sich in Längsrichtung. Bei diesem Vorgang verjüngt sich die Klemmvorrichtung im Bereich der Federbleche und verbreitert sich gleichzeitig im unteren Bereich, wo sich die Bremsbacken befinden. Dadurch entsteht zwischen der Schiene und den Bremsbacken ein Spalt, so dass sich die Klemmvorrichtung frei bewegen lässt. Der Abstand zwischen Klemme und Schiene beträgt etwa 0,05 mm, was bei der hohen Präzision der Führungen vollkommen ausreicht, um ein freies Gleiten der Vorrichtung zu gewährleisten.

Um die Klemmung auszulösen, wird die Kammer zwischen den beiden Membranen aus Federstahl entlüftet. Die Federbleche, die durch die Druckluft aus ihrer Ruheposition gezwungen wurden, kehren in ihre Ausgangsposition zurück. Die in ihnen gespeicherte Spannungsenergie dehnt das Klemmelement zur Schiene hin aus. Wenn die Klemmbacken sie berühren, ist noch ein Großteil der Energie in den Federblechen vorhanden. Die Klemmvorrichtung ist jetzt arretiert und klemmt die Achse sicher und mit großer Kraft. Bei einigen Klemmsystemen von Hema erzeugt eine Beaufschlagung der Federbleche von außen einen zusätzlichen Druck auf die Bremsbacken, wodurch sich ihre Klemmkraft noch weiter erhöht.

Hema bietet seine Klemmsysteme in unterschiedlichen Größen und Ausführungen an. Alle Modelle werden standardmäßig in Versionen für einen Betriebsdruck von 4 bis 6 bar gefertigt. Die mit Druckluft beaufschlagten Klemmsysteme bieten gegenüber herkömmlichen hydraulischen Varianten nicht nur den Vorteil, wirklich zuverlässig zu sein; sie erzeugen auch wesentlich höhere Klemmkräfte bei insgesamt deutlich niedrigeren Betriebskosten.

Schnelle Reaktion bei rotatorischen Bewegungen

Unter dem Namen RotoClamp beispielsweise fertigt das Unternehmen ein Klemmsystem mit unterschiedlichen Wirkrichtungen (innen- oder außenklemmend) für Positionsklemmungen auf sich drehenden Führungen oder Antrieben. Diese sind in zwei Varianten erhältlich: entweder mit Klemmung durch Beaufschlagung mit Luft oder mit automatischer Klemmung. Die RotoClamp weist eine extrem kurze Reaktionszeit auf und ist in Single- oder Tandem-Ausführung erhältlich. Da sie pneumatisch betrieben wird, ist sie sehr sauber in der Anwendung und zudem vergleichsweise kostengünstig. Ein weiterer Vorteil der RotoClamp ist ihre einfache Montage.

Ein Anwender, der seit Jahren der Zuverlässigkeit der Hema-Sicherheitsklemmen vertraut, ist die Wissner Gesellschaft für Maschinenbau. Die Göttinger fertigen Hochgeschwindigkeitsfräs- und Lasermaschinen – kurz HSC – und müssen bei ihren Produkten höchste Maschinensicherheit garantieren können. Bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen treten sehr hohe Kräfte auf, die die Fräswerkzeuge und die Spindel stark belasten. Da Bruch- oder Spanstücke im Maschinenraum mit sehr hohen Geschwindigkeiten umherfliegen, sind die Arbeitsräume der Fräsmaschinen vom Typ Gamma sicher geschlossen und mit einer doppelten Maschinenschutzscheibe ausgestattet. Falls es zu einem Ausfall der Pneumatik kommt, wird die Spindel gegen ein unkontrolliertes Weiterdrehen gesichert. Diese Aufgabe übernimmt bei den Gamma-Maschinen die RotoClamp.

Die innenklemmende Version der RotoClamp gibt es in unterschiedlichen Größen für fast alle drehenden Anwendungen. Einsatzbereiche sind unter anderem auch Schwenkköpfe oder Drehtische, die direkt mit einem Torquemotor betrieben werden. Um die Sicherheit der RotoClamp noch weiter zu erhöhen, ist auch die Beaufschlagung mit zusätzlicher Druckluft möglich (Booster-Funktion). So lässt sich die schon sehr große Klemmkraft mit geringem Aufwand weiter steigern.

Notbremsfunktion verleiht noch mehr Sicherheit

Noch mehr Sicherheit bietet DiskClamp. Das Klemmsystem verfügt über eine zusätzliche Notbremsfunktion sowie Bremsbeläge. Es kann nicht nur statische Lasten fixieren, sondern auch bewegte Massen kurzzeitig bremsen. Beispielsweise kommt DiskClamp im Schwenkkopf des Herstellers Detlev Hofmann GmbH aus Pforzheim für ein neues Werkzeugschleifzentrum zum Einsatz. „Für die Anwendung an der Schwenkachse der Schleifspindel ist die DiskClamp ideal“, sagt Hofmann-Konstrukteur Stefan Braun, „Sie kann eine Masse aus der Drehbewegung heraus zuverlässig anhalten – das ist gerade bei der hohen Dynamik der Spindel sehr wichtig.“

Auch Stangenlasten lassen sich mit Klemmsystemen von Hema fixieren: Die PClamp wurde für dieses Anwendungsgebiet entwickelt. Das modulare System verfügt über eine hohe Klemm- und Haltekraft: Beim Ausfall der Pneumatik werden die stillstehende Stange sofort geklemmt und Bewegungen exakt gestoppt. Die PClamp eignet sich zur Klemmung von Stangen mit Durchmessern von 12 bis 40 mm und lässt sich problemlos mit Standardsystemen wie beispielsweise Pneumatikzylindern namhafter Hersteller kombinieren.

Extrem schnelle Klemmung auf Linearführungen

Für den Einsatz auf Linearführungen und zum Klemmen von Linearantrieben eignet sich das Klemm- und Bremssystem LinClamp von Hema. Die LinClamp kommt unter anderem bei übersetzenden Anwendungen zum Einsatz, die auch eine Notbremsfunktion erfordern. Wissner setzt die LinClamp für seine Maschinenbaureihe Witec Performance ein. Durch die Verwendung von Linearantriebstechnik kann diese Maschine sehr hohe Eilgangsgeschwindigkeiten und Beschleunigungswerte erreichen. In Not-Situationen kommt es hierbei daher auf extrem kurze Reaktionszeiten und hohe Brems- und Klemmkräfte an.

Die Bremsbacken der LinClamp-Serie bestehen wahlweise aus widerstandsfähigen Sinterbelegen oder – für die Anwendung in bearbeiteten Flächen – aus Stahlbelegen. Bei der Ausführung mit integriertem Schnellentlüftungsventil ist die Reaktionszeit der LinClamp nochmals um 30 % geringer. Die Baureihe gibt es in vier verschiedenen Versionen: Baureihe A eignet sich für Flächen außerhalb von Führungsschienen. Hier kann unabhängig von der verwendeten Linearführung direkt auf bearbeitete Flächen der Anschlusskonstruktion geklemmt werden. Hema fertigt die LinClamp A für einen Betriebsdruck von 4 bar und für die Schienengrößen 25 und 35 (passiv klemmend). In gelöstem Zustand beträgt der Abstand zwischen Klemm- und Kontaktfläche cicca 0,05 mm, was hohe Haltekräfte gewährleistet.

Die LinClamp-Serien S, SK und SA sind sowohl für hohe als auch für niedrige Laufwagen unterschiedlicher Hersteller erhältlich. Für sie gibt es ein weites Produktprogramm an Standardausführungen, sodass eine sehr hohe Kompatibilität gewährleistet ist. Anwender können die LinClamp auf vielfältige Art und Weise mit Befestigungsbohrungen versehen und daher nahezu universell einsetzen. Als Betriebsdrücke sind 4 oder 6 Bar Standard, auf Anfrage werden die LinClamp-Systeme aber auch auf andere Betriebsdrücke angepasst.



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