Dämpfer als Sicherheitslösung für die Siebte Achse
Roboter richtig bremsen
Die Siebte Achse dient in Fertigungs- und Produktionsanlagen dazu, Roboter beweglicher zu machen und ihre Reichweiten zu erhöhen. Als zusätzliche Verfahrachse bringt diese Linearachse Roboter schnell in den Arbeitsraum ein oder führt diese präzise zu parallel bahngesteuerten Arbeitsgängen. Damit Unfälle die Produktivitätssteigerung nicht zunichte machen, kooperiert die Expert-Tünkers seit Jahren beim Schutz der Endlagen mit ACE Stoßdämpfer.
 Siebte Achse mit Drehstation für die flexible Automatisierung von Expert-Tünkers
Siebte Achse mit Drehstation für die flexible Automatisierung von Expert-TünkersBild: Expert-Tünkers GmbH

Die Anforderungen an Schnelligkeit und Beweglichkeit von Automatisierungslösungen nehmen zu. Als Spezialist für automatisierte Fertigungsprozesse und als Familienunternehmen in zweiter Generation entstammen die Lösungen der Tünkers-Gruppe eigenen Produktionsanlagen und jahrzehntelangen Erfahrungen. Für Lösungen im Umfeld des Roboters wie Spannen, Bearbeiten und Transportieren ist Tünkers weltweit bei Ingenieuren und Konstrukteuren bekannt. Die Bausteine sind für extreme Einsatzbedingungen der Großserienfertigung in der Automobil- wie in der Zulieferindustrie ausgelegt.

Innovation, Zuverlässigkeit und Präzision in der Automatisierungstechnik sind auch für das Tochterunternehmen Expert-Tünkers von zentraler Bedeutung. Ebenfalls weltweit agierend, liegt der Schwerpunkt des Portfolios auf Drehtischen und der Transporttechnik, wobei zunehmend kundenspezifische Lösungen entwickelt werden. Ein Produkt, das Bewährtes wie Neuartiges zusammenführt, ist die Siebte Achse des Unternehmens aus Lorsch in Hessen. Dabei handelt es sich um eine zusätzliche Verfahrachse. Durch die Siebte Achse lassen sich Beweglichkeit und Reichweite in der Robotik steigern. So ermöglicht es die Lösung nicht nur, die Roboter schnell in den jeweiligen Arbeitsraum zu fahren, sondern auch präzise zu parallel bahngesteuerten Arbeitsgängen zu führen. Dies bedeutet, dass ein Roboter an verschiedenen Orten mehrere Arbeitsschritte vornehmen kann, was zu schnelleren Prozessen, einem ökonomischeren Betrieb und zur Schonung von Ressourcen führt.

 Die Siebte Achse von Expert-Tünkers wird über ein Ritzel-Zahnstangensystem angetrieben. Sicherheitsdämpfer von ACE schützen die Konstruktion in den Endlagen.
Die Siebte Achse von Expert-Tünkers wird über ein Ritzel-Zahnstangensystem angetrieben. Sicherheitsdämpfer von ACE schützen die Konstruktion in den Endlagen.Bild: Expert-Tünkers GmbH

Stromunabhängig arbeitende Endlagensicherung

Expert-Tünkers setzt bei den schnellen, präzisen Verfahrachsen auf eine verwindungssteife Modulbauweise, die auch bei einer Länge von 30m eine hohe Prozessgenauigkeit ermöglicht. Der Antrieb erfolgt über eine schräg verzahnte Zahnstange mit gehärteten Flanken, ein robustes, einstellbares Führungssystem und einen in den Laufwagen des Roboters integrierten Servo-Getriebemotor. Neben bodennahen Applikationen sind auch verfahrbare Geo-Werkzeuge denkbar, und dank der Expertise bei Walzendrehtischen kann die Siebte Achse auch als Kurve angelegt werden. Egal, ob mit oder ohne Kurve, ein Crash in den Endlagen ist in jedem Fall zu vermeiden. Ansonsten drohen neben Reparaturen an Robotern und Gesamtkonstruktion kostspielige Ausfallzeiten. Aus diesem Grund war das Konstruktionsteam der Verfahrachse während der Entwicklungsphase auf der Suche nach einem unabhängig von Strom arbeitenden Schutz. Gleichzeitig sollte die Lösung preiswert sein.

Die Erfüllung dieser Anforderung fanden die Konstrukteure bei ACE Stoßdämpfer aus Langenfeld: „Aus Kooperationen in der Vergangenheit wussten wir, dass bei ACE neben der Produktqualität auch der Service oft den Ausschlag gibt. Im Verlauf des Projektes wurden wir darin bestätigt“, gibt Nuno Martins, International Engineering Coordinator bei Expert-Tünkers, einen Einblick. Die Auslegung ergab, dass an den beiden Enden des Verfahrweges unterschiedliche Eckdaten zu berücksichtigen waren. So mussten bei einem maximalen Antriebsdrehmoment von rund 400Nm einmal 2.500kg bei 2m/s und einmal 4.000kg bei 1m/s verzögert werden. In beiden Endlagen wurden beim Projektstart dafür Tubus-Sicherheitsdämpfer des Typs TC134-146-S eingebaut.

 In der finalen Konstruktionsphase entschied sich Expert-Tünkers für die wahlweise aus Aluminium oder aus Stahl gefertigten Crash-Dämpfer von ACE. Die irreversiblen Komponenten falten sich bei einer Havarie wie eine Knautschzone zusammen und bauen die Energie von Massenkräften auf einen Schlag so gut wie rückprallfrei ab.
In der finalen Konstruktionsphase entschied sich Expert-Tünkers für die wahlweise aus Aluminium oder aus Stahl gefertigten Crash-Dämpfer von ACE. Die irreversiblen Komponenten falten sich bei einer Havarie wie eine Knautschzone zusammen und bauen die Energie von Massenkräften auf einen Schlag so gut wie rückprallfrei ab.Bild: ACE © GW St. Pölten

Reversible und irreversible Festkörperdämpfer

Alle TC-S-Typen von ACE verbinden hohe Kraftaufnahme mit einem attraktiven Preis-Leistungsverhältnis. Hinzu kommen ihre kompakte Form mit Durchmessern von 64mm bis 176mm und eine Vielfalt, die Energieaufnahmen in Bereichen von 450Nm bis 17.810Nm stufenlos abdeckt. Der genannte Typ ist ausgelegt für die Aufnahme von kinetischer Energie von 7.310Nm bis 10.230Nm. Expert-Tünkers war mit der Arbeit dieser Sicherheitsdämpfer sehr zufrieden. Noch zufriedener war das Konstruktionsteam mit der hohen Betriebssicherheit der siebten Achse im Projektverlauf.

Daher kam der Wunsch auf, die Endlagensicherung noch ökonomischer zu gestalten. Im breiten Spektrum der Lösungen von ACE hatte man sich zuerst für einen Dämpfer entschieden, der für den Gebrauch in Krananlagen konzipiert ist. Dieser ist gekennzeichnet durch sein einmaliges Dual-Konzept, bei dem zwei reversible Festkörperdämpfer in einer Komponente kombiniert sind. Dadurch sind hohe Federraten und die genannten Werte erzielbar. Nachdem die Konstrukteure die Erfahrungswerte im Betrieb der Siebten Achse in Bezug auf die Sicherung der Endlagen mit ACE teilten, nahmen Tubus-Produktmanager Thorsten Kohnen und sein Team in Langenfeld die Auslegungsdaten erneut unter die Lupe. Sie berechneten für den Einsatzfall mit der höheren Geschwindigkeit von 2m/s die Sicherheitsdämpfer des Typs TI30-75-3 als eine weitere passende Lösung. Für Fall 2 mit einem Verfahrtempo von 1m/s empfahlen sie solche des Typs TI24-33-1.

Vergleicht man die Werte dieser Komponenten für den Not-Stopp mit dem vorgenannten TC-S-Typ, zeigt sich, dass sie mit 7.683Nm/Hub bzw. 2.701Nm/Hub noch passgenauer den jeweiligen Anforderungen zugeschnitten worden sind. Der größte Unterschied liegt jedoch darin, dass die Tubus-TI-Typen mit Bälgen und einer Führungshülse aus Metall ausgestattet sind. Dies führt dazu, dass sie im Gegensatz zu den aus Co-Polyester-Elastomer hergestellten und reversiblen TC-S-Sicherheitsdämpfern von ACE ohne Rückprall arbeiten. Bei einer Energieabsorption von bis zu 96% sind diese TI-Komponenten irreversibel und somit für die einmalige Verwendung vorgesehen. Ein Umstand, der aufgrund der Erfahrungen, dass der Notfall so gut wie nie auftritt, in Kauf genommen wurde.

Einweg-Crash-Dämpfer für den Not-Stopp

Nach den Lieferungen dieser Komponenten blieben die Protagonisten in Kontakt. Nuno Martins von Expert-Tünkers berichtet: „ACE informierte uns frühzeitig, dass eine neue Produktserie vor der Markteinführung steht, die für unseren Fall ein noch interessanteres Preis-Leistungsverhältnis verspricht.“ Die Rede ist von ACE Crash-Dämpfern. Wie die TI-Dämpfer sind auch diese Maschinenelemente von ACE irreversibel. Die Maschinenelemente aus speziellem Aluminium- oder Stahlrohr werden bei einem Crash in einer vorgesehenen Form zusammengefaltet. Dadurch schützen sie Konstruktionen wie eine Knautschzone mit gleichmäßigem Energieabbau von 98%. In zehn Grundtypen mit Außendurchmessern von 87,5mm in den Alu- bzw. 63mm und 38mm in den Stahlausführungen lieferbar, waren die passenden Komponenten für die Endlagen der siebten Achse schnell gefunden. Ihr maximaler Hub beträgt je nach Typ zwischen 45mm und 160mm. Geringe Stützkräfte von 13.000N bis 70.000N tragen entscheidend zur Sicherung der Konstruktionen bei.

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