Das Einstellen größerer Drehwinkel oder ein Dämpfertausch bei einer Baggerschaufel ist häufig mit Zerlegen unter Drucklosigkeit verbunden.(Bild: enter - stock.adobe.com; erstellt mit KI)
Herkömmliche Schwenkeinheiten haben Stoßdämpfer, die auf den Endanschlag wirken – meist direkt auf der Zahnstange. Externe Anschläge sorgen dagegen für volles Drehmoment in den Endlagen, bessere Genauigkeit und leichtere Zugänglichkeit für Justage und Wartung.
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Pneumatische Schwenkantriebe unterliegen gemäß ihrem Einsatzzweck einem steten ‚Hin und Her‘. Sie bewegen Werkstücke – je nach eingestelltem Drehwinkel – zwischen 0 und 190°. Ihr Ruf bei Konstruktion, Inbetriebnahme und Instandhaltung ist, historisch gewachsen, leider ‚etwas angekratzt‘.
Warum ist das eigentlich so? Herkömmliche Schwenkeinheiten haben Stoßdämpfer, die auf den Endanschlag wirken – meist direkt auf der Zahnstange. Die hydraulischen Dämpfer sind oft im Inneren des Schwenkantriebs platziert – also im Druckbereich.
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Dämpfen heißt verzögern
Die Aufgabenstellung des Dämpfers ist die Verzögerung. Das dämpfende Bauteil ist also thermisch stets belastet – durch seine eigene Bewegung und interne Deformierung. Dienen die Dämpfer gleichzeitig als Anschlagelement, ist schnell erkennbar, dass über den Wärmegang und die Abnutzung des Stoßdämpfers die Endlage variieren kann. Ein Verstellen größerer Drehwinkel oder ein Dämpfertausch ist häufig mit Zerlegen (unter Drucklosigkeit) verbunden. Somit wird das unliebsame ‚Nachstellen eines wandernden Systems‘ aufwendig und bringt unproduktive Stillstandzeit mit sich.
Da die Funktion ‚Endlage + Dämpfung‘ unmittelbar auf der Zahnstange erfolgt, wirkt sich deren Spiel zusätzlich auf die Genauigkeit der Endlage aus – leider streuend. Dabei ist das Spiel der Zahnstange aber notwendig und kann nicht eingeschränkt werden. Die Endlage ist nun aber exakt die Position, bei der es auf Genauigkeit ankommt: Dort soll bekanntlich das Werkstück final und präzise übergeben oder aufgenommen werden.
Nur halbes Nenndrehmoment vefügbar
Noch schwerwiegender: Wird ohne externe Anschläge gedreht, werden die letzten Winkelgrade (circa 2 bis 3°) vor der Endlage nur mit der Kraft eines Antriebskolbens angefahren! Das ist kein Geheimnis – und in manchem Datenblatt oder Katalog nachzulesen.
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Obwohl faktisch also ein doppelt beaufschlagtes pneumatisches Modul vorliegt, haben übliche Schwenkantriebe in diesem Bereich nur etwa die Hälfte des Nenndrehmomentes zur Verfügung. Man stelle sich vor: 50 Prozent des Nenndrehmoments – just in der Endlage – am wichtigsten Punkt der Schwenkbewegung. Das bedeutet, es muss je nach Lastgefüge eine größere Schwenkeinheit gewählt werden. Konstruktion und Anwender kämpfen in logischer Folge mit zusätzlichem Platzbedarf, Energieverbrauch, Kosten – neudeutsch ausgedrückt: ‚mit dem Footprint‘. So manches Team-Mitglied der Automation findet sich beim Lesen dieser Punkte bis hierher in vielerlei Hinsicht wieder.
Schwenkeinheit von Friedemann Wagner mit externem Anschlagsystem.(Bild: Friedemann Wagner)
Das externe Anschlag-System ist Bestandteil des gefrästen Gehäuses aus hochfestem, eloxiertem Aluminium. Die Endlage wird reproduzierbar über einstellbare und klemmbare Anschlagschrauben realisiert. Dabei bilden der gehärtete Anschlagblock und die Schrauben gegenseitig eine Anschlag-Fläche, keine Punktlast. Die hydraulischen Dämpfer verzögern in diesem Systemaufbau lediglich die Bewegung, und sie sind dabei von außen zugänglich: die Justierung der Dämpfung auf die Last wird somit einfacher.
Ein weiterer Benefit: Hydraulische Dämpfer unterliegen außerhalb des Druckraums einer Kühlung durch natürliche Konvektion. Extern zugängliche Dämpfer erleichtern die Arbeit der Instandhaltung: Wegen eines Dämpfertausches im Rahmen präventiver Wartung muss nicht gleich die ganze Schwenkeinheit zerlegt und gegebenenfalls sogar ausgebaut werden.
Versteckter Nutzen findet sich in den hohlen Anschlagschrauben – darin kann der Sensor platzsparend aufgenommen werden. Aufgrund des Konstruktionsprinzips und der realen Abfrage der Endlage kann sogar ein Ausfall der Stoßdämpfer erkannt werden – per einfacher SPS-Abfrage auf Prellen. Dämpfer, Schrauben und Sensoren wirken mit ihren Störkanten in nur eine Richtung – das ist hilfreich in eng verbauten Umgebungen heutiger Applikationen.
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Bei Bedarf sind Varianten mit clever integrierter Luft- und ab einer gewissen Modulgröße auch mit Signal-Durchführung in die drehende Anschlagfläche verfügbar. Externe Anschläge und das System der Anschlagschrauben sind der konstruktive Dreh- und Angelpunkt der Schwenkantriebe von Wagner.
