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DER KONSTRUKTEUR 5-6/2021

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DER KONSTRUKTEUR 5-6/2021

KONSTRUKTIONSELEMENTE 02

KONSTRUKTIONSELEMENTE 02 Aufbau der hydraulischen Klemmelemente HOHE DYNAMIK UND STANDZEIT 2 1 3 Gerade bei einer Verwendung in Kombination mit hochdynamischen Torque-Antrieben kann die DKHS1000-Serie die Vorzüge der schnellen Schließzeit unter 30 ms ausspielen. Damit werden nahezu um den Faktor 10 schnellere Schließzeiten gegenüber pneumatischen Lösungen realisiert. Die kurzen Schließ- und Öffnungszeiten werden durch die hohe Vorspannung des Gehäuses in Kombination mit dem geringen Schluckvolumen erzielt. Aufgrund ausgiebiger Testreihen während der Entwicklung und in Kooperation mit frühen Testkunden kann ein B10d-Wert von über 5 Mio. Zyklen unter Anwendungsbedingungen bestätigt werden. Durch diese marktübertreffende Standzeit ist der Einsatz der DKHS1000 mehrheitlich über das gesamte Maschinenleben hinweg ohne Austausch realisierbar und ermöglicht somit größtmögliche Planungssicherheit und eine hohe Anlagenverfügbarkeit. TITELSTORY 3 5 7 4 1 6 6 8 7 5 4 8 INNOVATIVE UND BEWÄHRTE WIRKPRINZIPIEN Die Entwicklung des hochsteifen Rotationsklemmelements war primär durch die Erfahrungen aus der Entwicklung der erst kürzlich erschienenen LBHS-Serie aus dem linearen Klemm- und Bremselement-Sortiment möglich, auf die bei der Konzipierung der DKHS1000 zurückgegriffen werden konnte. Bei der LBHS-Serie wird die Haltekraft ebenfalls durch die Vorspannung des Gehäuses realisiert, wobei aufgrund der Bauform eine Umlenkung der Kraft über ein Festkörpergelenk notwendig war. Bei der vorliegenden Rotationsklemmung kann die Kolbenkraft über das kreisförmig geschlossene Gehäuse großflächiger und vor allem direkt wirken. Durch diesen konstruktiven Vorteil konnte das einteilige FEM-optimierte Gehäuse deutlich massiver und steifer ausgelegt werden. Kombiniert mit der großen Kolbenfläche können, über die Vorspannung des Gehäusematerials, Haltemomente bis 8 000 Nm erzielt werden. So spreizt sich das einteilige Gehäuse unter Hydraulikdruck im elastischen Bereich geringfügig auf und gibt die Wellenanbindung, und damit die Rotationsachse, frei. Die Vorspannung bietet dem Kunden zudem eine integrierte Notfunktion, die bei Druckverlust oder beim Ausfall der gesamten Anlage für den sicheren Halt beweglicher Komponenten sorgt. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN 1 GEHÄUSE Haltemoment durch vorgespannten Werkzeugstahl 2 GEHÄUSEANBINDUNG Verschraubung an die Anschlusskonstruktion 3 KLEMMBEREICH Spielfreies Klemmen der Rotationsachse 4 DRUCKKAMMER Öffnet das Element unter Hydraulikdruck 5 WELLENANBINGUNG Anbindung an die Rotationsachse 6 DICHTUNG Vorgespannt und selbstverstärkend unter Druck 7 HALTEBLECH Schützt und hält die Dichtung in Position 8 HYDRAULIKANSCHLUSS Abdichtung durch O-Ring und umliegenden Schneidring EINFACHE ANBINDUNG Mittels der erwähnten Auslegung und der Flansch-Anbindung der Welle, zur optimalen Kraftübertragung, können die tangential eingeleiteten Haltemomente unter minimaler Nachgiebigkeit über das Klemmungsgehäuse aufgenommen werden. Die Flansch-Anbindung bietet darüber hinaus einen entscheidenden Vorteil bei einer möglichen Überlastung der zulässigen Haltemomente. So ist lediglich der Austausch des Klemmelements selbst, jedoch nicht der Welle, notwendig. Dies stellt eine deutliche Erleichterung im Schadensfall dar und reduziert die Stillstandszeit auf ein Minimum. Weiterhin bietet die Flansch-Anbindung eine kostengünstige Schnittstelle, da weder die Welle in diesem Bereich gehärtet werden muss, noch besondere Anforderungen an den Rundlauf gestellt werden. GENAUIGKEIT UND HALTEMOMENT Die Haltemomente werden von der Zimmer Group jeweils in Abhängigkeit der Steifigkeit bei einer Auslenkung von 1" für den Einsatz in Bearbeitungsprozessen und einer Auslenkung von 5" für die Auslegung unter Sicherheitsanforderungen angegeben. 14 DER KONSTRUKTEUR 2021/05-06 www.derkonstrukteur.de

KONSTRUKTIONSELEMENTE Welche Vorteile bietet die hydraulische Rotationsklemmung gegenüber pneumatischen Ausführungen? Durch die direkte Wirkung des Hydraulikdrucks sind nur sehr geringe Volumina im niedrigen Milliliter-Bereich zur Öffnung notwendig. Durch die zusätzliche immense Vorspannung des Materials im geöffneten Zustand wird eine marktübertreffende Schließzeit bei Rotationsklemmelementen von 30 ms erreicht, womit den Anforderungen in der Werkzeugmaschine an die Sicherheit, Dynamik und Taktzeit Sorge getragen wird. Zur Öffnung und Überwindung der Materialvorspannung ist ein Hydraulikdruck von 100 bar erforderlich. Im Vergleich zu pneumatischen Ausführungen werden somit höhere Haltemomente im drucklosen Zustand erreicht. Welche Möglichkeiten eröffnet die neue Zustands-Abfrage? STEFAN HEILAND, PRODUKTMANAGER LINEAR- UND DÄMPFUNGSTECHNIK, ZIMMER GROUP Herr Heiland, die neue Serie DKHS1000 kommt ohne bewegliche und damit spielbehaftete Bauteile aus. Klemmt sie dennoch sicher? Ja, mittels Vorspannung wird das Haltemoment rein über die Materialspannung eines speziellen hochzähen Stahls erreicht. Darüber hinaus erreicht die DKHS1000 aufgrund fehlender spielbehafteter Bauteile eine ausgezeichnete Steifigkeit und eine beeindruckende Winkelgenauigkeit. Über eine iterative FEM-Optimierung der Gehäusekontur und durchgängige entwicklungsbegleitende Dauertests von sämtlichen Baugrößen können wir ruhigen Gewissens B10d-Werte über 5 Mio. Zyklen angeben. Erste Rückmeldungen von Kunden übertreffen sogar die genannten Zyklusfestigkeiten unter Anwendungsbedingungen, was uns in der Qualität der DKHS1000- Serie bestärkt. Weiterhin wird jedes Element vor Auslieferung einer 100-%-Prüfung der Haltemomente unterzogen. Bereits heute bieten wir dem Kunden die Möglichkeit, die Schaltpunkte selbst zu setzen um die Taktzeiten somit, unter Berücksichtigung der Folgeprozesse, auf ein Minimum zu reduzieren. Darüber hinaus kann der Zustand der Klemmung permanent über die Materialspannung detektiert werden. Damit ist die Abfrage nicht nur auf den geöffneten oder geschlossenen Zustand beschränkt, wie bei vielen einfachen Sensoren. Das System ermöglicht das Setzen von Warnsignalen bei einer Überlastung des Elements. Diese Funktion ist bereits bei der Inbetriebnahme sehr hilfreich. Speziell bei der schrittweisen Einstellung des Druckbegrenzungsventils. Was gilt es, bei der Montage der DKHS1000-Serie zu beachten? Für eine problemlose Montage wird das Abstimmmaß zwischen der Gehäuse-Unterseite und der Unterseite der Wellenanbindung vor Auslieferung vermessen und auf dem Klemmelement aufgelasert. Somit kann die Abstimmscheibe oder der Wellenabsatz beim Kunden direkt und ohne zusätzliche Vermessung auf das passende Maß gefertigt werden. Die beiden größten Baugrößen können zudem mit dem gleichen Anschraubbild standardisierter YRT-Lager befestigt werden. Zur Montage der DKHS1000-Serie gibt es eine Video-Anleitung, die über den QR-Code bzw. unter dem Link bit.ly/Zimmer_DKHS1000 abrufbar ist. Zur Verdeutlichung der erzielbaren Genauigkeit: 1" beschreibt den 3 600sten Teil eines Grads und entspricht somit der Absenkung eines 1 km langen Hebelarms um 5 mm. Bei der Baugröße DKHS1460 wird diese Winkelgenauigkeit bei einer Belastung erzielt, die dem Gewicht eines ausgewachsenen Rennpferds auf einem Hebelarm von 1 m gleichkommt. Das entspricht einem Haltemoment von 6 000 Nm. NEUARTIGE ZUSTANDSABFRAGE Passend zu dem neuartigen Wirkprinzip im Bereich der Rotationsachsen bietet die Zimmer Group als Option eine neue Zustandsabfrage an. So wird auf das Gehäuse ein Dehnungsmessstreifen (DMS) appliziert, der die Materialspannung bestimmt. Darüber ist eine hochauflösende und dauerhafte Zustandsabfrage möglich. Neben der Abfrage des geöffneten und geschlossenen Zustands, bietet dies einen deutlich größeren Funktionsumfang. So ermöglicht die Zimmer Group dem Kunden die weitere Optimierung der Taktzeit über die Festlegung der Schaltpunkte und eine auf die Einbausituation abgestimmte Tarierung. In Verbindung mit der ohnehin kurzen Schließzeit kann die Taktzeit somit auf ein Minimum reduziert werden. Zusätzlich können Warnsignale gesetzt werden, um eine mögliche Überlastung des Elements festzustellen. Über die Wahl zwischen IO-Link oder digitaler Ansteuerung wird eine einfache und schnelle Inbetriebnahme ermöglicht. Zur weiteren Erleichterung werden einfach zu übernehmende SPS- Bausteine angeboten. WACHSENDE VIELFALT Die DKHS1000-Serie deckt Wellendurchmesser von 180 bis 460 mm mit derzeit sechs Baugrößen ab. Erst im April 2021 wurden die drei Größen DKHS1180, DKHS1395 und DKHS1460 eingeführt. Weitere drei Baugrößen werden bereits vor Ende des Jahres 2021 zur Verfügung stehen. Zwei weitere Baugrößen zu Beginn des Jahres 2022 werden die Serie über eine durchgängige Abstufung abrunden. Bilder: ZIMMER GROUP www.zimmer-group.com www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2021/05-06 15

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