Die Anforderungen an die zu erzielende Dynamik und Genauigkeit steigen bei Werkzeugmaschinen kontinuierlich. Speziell in Rotationsachsen wirkt sich die Winkelgenauigkeit zunehmend mit steigendem Radius aus. Zusätzlich kommen bei Schwenkbrücken schnell mehrere hundert Kilogramm inklusive Bauteilgewicht zusammen, welche auch unter Prozesskräften bei hoher Steifigkeit auf Position gehalten werden müssen.
Diese Anforderungen soll laut Hersteller die hydraulische Klemm­elemente-Serie DKHS1000 erfüllen. Sie wurde zur hochsteifen und genauen Fixierung von Rotationsachsen unter hoher Winkelgenauigkeit bei Drehmomentaufnahme konzipiert. So werden die zu erzielenden Haltemomente bereits bei einer Auslenkung von unter einer Winkelsekunde angegeben. Diese Genauigkeit kann bislang lediglich von wenigen am Markt verfügbaren High-End-Winkelmessgeräten aufgelöst werden. Somit liegt die erzielbare Genauigkeit höher, als diese bei einer in Regelung befindlichen Achse möglich wäre. Zusätzlich ergibt sich über die erhöhte Steifigkeit und die bessere Ableitung von Schwingungen und Vibrationen ein verbessertes Fräßbild.

Hohe Dynamik und Standzeit – Vorzüge durch die Kombination mit Torque-Antrieben

Vor allem bei der Verwendung in Kombination mit hochdynamischen Torque-Antrieben kommen die Vorzüge der schnellen Schließzeit von unter 30 Millisekunden der DKHS1000-Serie zum Tragen. 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 zahlreicher Testreihen während der Entwicklung und in Kooperation mit frühen Testkunden kann ein B10d-Wert von über 5 Millionen Zyklen unter Anwendungsbedingungen bestätigt werden. Durch diese Standzeit ist der Einsatz der DKHS1000 mehrheitlich über das gesamte „Maschinenleben“ hinweg ohne Austausch realisierbar und ermöglicht somit größtmögliche Planungssicherheit und eine hohe Anlagenverfügbarkeit.
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 geringfügig im elastischen Bereich 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.

Genauigkeit und Haltemoment für unterschiedliche Anforderungen

Die Haltemomente werden jeweils in Abhängigkeit der Steifigkeit bei einer Winkelsekunde für den Einsatz in Bearbeitungsprozessen und bei fünf Winkelsekunden für die Auslegung unter Sicherheitsanforderungen angegeben. Zur Verdeutlichung der erzielbaren Genauigkeit: Eine Winkelsekunde respektive Bogensekunde beschreibt den 3.600sten Teil eines Grads. Sie gleicht dem Winkel der eine Absenkung von fünf Millimetern über einen Hebelarm von einem Kilometer bedeutet. Bei der Baugröße DKHS1460 wird diese Winkelgenauigkeit bei einer Belastung durch ein ausgewachsenes Rennpferd auf einem Hebelarm von einem Meter erzielt, was einem Haltemoment von 6.000 Nm entspricht.

Zustandsabfrage – Mehrwert über Materialspannung

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 Dehnmessstreifen (DMS) aufgebracht, der die Materialspannung bestimmt. Darüber ist eine hochauflösende und dauerhafte Zustandsabfrage möglich. In Verbindung mit der ohnehin kurzen Schließzeit kann die Taktzeit somit auf ein Minimum reduziert werden. 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.

Autor
Stefan Heiland,  Produktmanager für Linear- und
Dämpfungstechnik, Zimmer Group

„B10d-Werte von 5 Millionen Zyklen“

Im Interview: Stefan Heiland, Produktmanager Linear- und Dämpfungstechnik, über die hydraulische DKHS1000-Serie

Bei Klemm- und Bremselementen für Profilschienen- und Wellenführungen ist die Zimmer Group ein Begriff. Mit der DKHS1000-Serie wird nun konsequent der Markt für Rotationsachsen bedient.  Die Serie DKHS1000 kommt ohne bewegliche und damit spielbehaftete Bauteile aus.
Klemmt sie dennoch sicher?

Stefan Heiland: Ja, mittels Vorspannung wird das Haltemoment rein über die Materialspannung eines speziellen hochzähen Stahls erreicht. Zudem 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 von fünf Millionen 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.

Welche Möglichkeiten eröffnet die neue Zustandsabfrage?

Stefan Heiland: 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. Zudem kann der Zustand der Klemmung permanent über die Materialspannung detektiert werden. Damit ist die Abfrage nicht nur auf den geöffneten oder geschlossenen Zustand, wie bei vielen einfachen Sensoren, beschränkt, sondern ermöglicht das Setzen von Warnsignalen bei einer drohenden 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?

Stefan Heiland: Für eine problemlose Montage wird das Abstimmmaß zwischen Gehäuseunterseite und Flanschunterseite vor Auslieferung vermessen und auf das 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 der standardisierten YRT-Lager befestigt werden. Zum einfacheren Verständnis wurde begleitend zur Montageanleitung eine Video-Anleitung zur Montage der DKHS1000-Serie erstellt, welche unter https://youtu.be/s4Ws5R05o0Q zu finden ist.

Auf welchen Herbst-Messen kann man sich die Klemmelemente und andere Zimmer-Produkte anschauen?

Stefan Heiland: Die Zimmer Group wird die neue DKHS1000-Serie in Deutschland als eines der Highlights im Herbst auf der Motek in Stuttgart (Halle 7, Stand 7301) und einen Monat später im November auf der SPS in Nürnberg (Halle 3A, Stand 326) präsentieren. Unabhängig davon zeigen wir unsere DKHS1000-Serie in unserem neuen virtuellen Showroom unter www.zimmer-group.de/de/expo. Hier existieren unsere Klemmelemente in einem drehbaren 3D-Modell und lassen sich so von jeder Seite aus betrachten. Alle dargestellten Exponate sind digital erlebbar und bieten jeweils ein Content-Fenster mit den jeweiligen Produktvorteilen zu unseren Produkten. Ein weiterer Klick führt Sie dann tiefer ins Detail mit weiteren Bildern und Datenblättern oder zu unserem Produktfinder unter­ www.zimmer-group.com/de/plt.