Industriestoßdämpfer als digitale Zwillinge

Bild 1: In Simulationen am innen liegenden Dichtungspaket und der Druckhülse von Industriestoßdämpfern werden bei ACE individuelle Modifikationen sowie hochwertige und kundenspezifische Lösungen mit dem gewissen Extra bei der Leistung erzielt.

Foto: ACE Stoßdämpfer GmbH

Im Gegensatz zu hydraulischen Bremszylindern und deren charakteristisch hoher Bremskraft am Hubanfang oder der pneumatischen Endlagendämpfung mit deren hoher Bremskraft am Hubende können Industriestoßdämpfer Massen insgesamt weicher aufnehmen und gleichmäßiger verzögern. Die bei diesen stromlos arbeitenden hydraulischen Dämpfungselementen entstehenden linearen Kennlinien gehen einher mit der geringsten Belastung für die Gesamtkonstruktion. Für entsprechende Einsatzzwecke stellt die ACE Stoßdämpfer GmbH über 200 Stoßdämpfertypen zur Verfügung, deren Kraftaufnahmen zwischen 0,68 Nm/Hub und 126.500 Nm/Hub betragen. Zum punktgenauen Verzögern werden von diesen Maschinenelementen effektive Massenbereiche von 500 g bis 204 t abgedeckt. Der Bremsvorgang bei Kleinstoßdämpfern vollzieht sich so schnell, dass Konstrukteure immer wieder ins Staunen geraten. Denn die von alternativen Lösungen wie Stahlfedern und Gummipuffern bekannten Rückpralleffekte entfallen vollständig. Gerade in der Automatisierung, wenn schnelle Taktraten entscheidend sind, ist das Nachfedern ein zeitraubender Nachteil. Im Vergleich mit der pneumatischen Dämpfung fallen bei hydraulischen Dämpfern vor allem die Schonung des verwendeten Materials und der Ressourcen dank reduzierten Luft- und Stromverbrauchs positiv ins Gewicht. Die Folge des Verzögerns von Bewegungen mit Stoßdämpfern sind daher sichere und schnelle Anlagen, da nach erfolgtem Bremsvorgang sofort der nächste Takt eingeleitet werden kann. Zusätzlich lässt sich mit hydraulischen Dämpfern eine Lärmreduzierung erzielen. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise ermöglichen sie zudem die Integration in Maschinen und Systeme mit kleinerem Footprint für Dämpfungs- und Verzögerungsaufgaben.

Standards als Basis für kundenspezifische Lösungen

Viele Konstrukteure wissen, dass es andere und auch anders arbeitende Industriestoßdämpfer als die von ACE auf dem Markt gibt. Wenn es um Robustheit geht, setzen manche auf Lösungen, die mit einem anderen Innenleben als die Dämpfer von ACE arbeiten und kommen auf vergleichbare Ergebnisse. Wenn es aber auf hochwertige und kundenspezifische Lösungen mit höherer Leistung ankommt, spielt ACE als Marktführer seine Stärken aus. So sorgt das Know-how bei den kundenspezifisch anpassbaren Druckhülsen durch die Anordnung der Bohrungen für zusätzliche Leistungssteigerungen. Damit erhöhen die ACE Spezialisten bei Bedarf in enger Abstimmung mit Vertriebspartnern und Kunden die sonst standardmäßig zu erzielende Aufprallgeschwindigkeit um das 2,5-fache und die für Dämpfer von der Stange sonst zulässige Taktung sogar um den Faktor 10. „Dafür haben wir die Hübe verkürzt, den Magnum-Dämpfer mit einer stärkeren Rückstellfeder ausgestattet, die Anzahl der Drosselbohrungen angepasst und den Ölrückfluss optimiert“, erklärt Jörg Küchmann aus der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von ACE.

Bild 2: Außen- und Innenansicht der Industriestoßdämpfer (Innenansicht: Typ ACE Magnum).

Foto: ACE Stoßdämpfer GmbH

Sonderlösungen werden bei ACE für Bestands- und Neukunden oder in Abstimmung mit Forschungsabteilungen regelmäßig verwirklicht. Um möglichst vielen Konstrukteuren die Möglichkeit zu geben, von der Technik zu profitieren, bietet das Unternehmen aus Langenfeld im Rheinland neben Dämpfern aus Tenifer gehärtetem Stahl unter anderem auch Modelle aus Edelstahl an. Diese sind prädestiniert für Anwendungen mit hohen Anforderungen durch Hygienerichtlinien wie etwa in der Medizintechnik oder der Lebensmittelindustrie. Außerdem verfügen die Stoßdämpferpioniere, die 1963 als erstes Unternehmen den einstellbaren Industriestoßdämpfer zur Marktreife brachten, über spezielle Ausführungen für besonders hohe und niedrige Temperaturen sowie ein reichhaltiges Angebot an Zubehör und Anbauteilen. Dies erleichtert unter anderem die Integration in bestehende Konstruktionen. Zum Gesamtpaket gehört laut Ingenieur Küchmann auch der Service. Abgerundet wird das Angebot durch die interaktiven Webseiten, auf denen Berechnungsprogramme, auch für die schnelle Eigenauswahl optimaler Klein- und Industriestoßdämpfer sowie ein angeschlossener Online-Shop zur Verfügung stehen: www.ace-ace.de/de/berechnungen.html

Industriestoßdämpfer als digitale Zwillinge

Neben Online-Berechnungen und CAD-Daten in den gängigsten Formaten sowie den im Kundenauftrag bei ACE in Langenfeld durchgeführten Simulationen und anschließenden Validierungsschritten an einem der firmeneigenen Prüfstände, geht das Unternehmen nun einen digitalen Schritt weiter: Als erster Anbieter von Industriestoßdämpfern stellt ACE Kunden FMUs (Functional Mockup Units) zur Verfügung. Dadurch besteht die Möglichkeit, physikalische Modelle eines Zuliefererprodukts, in diesem Fall der industriellen Dämpfer, in kundeneigene, umfangreiche Simulationsmodelle integrieren zu können. Christian Junghans, Produktmanager für Industriestoßdämpfer bei ACE, erläutert die Hintergründe: „Es geht darum, unsere Kunden zu befähigen, nicht nur einen Industriestoßdämpfer per Berechnungsprogramm auswählen, sondern ihn virtuell im Simulationsmodell der Applikation testen zu können. Dieser Vorteil kommt besonders bei Sonderdämpfern zum Tragen, da wir Prototypen als digitalen Zwilling schnell zur Verfügung stellen können. Das erspart unseren Kunden viel Zeit und Geld.“

Bild 3: Konstrukteure erhalten von ACE umfassende Daten von allen Stoßdämpfertypen als digitale Zwillinge, sodass sie diese virtuell im Simulationsmodell ihrer Applikation testen können.

Foto: ACE Stoßdämpfer GmbH

Konkret ist ACE in der Lage, Daten für alle Katalogstoßdämpfer auf Anfrage auszuleiten und an Kunden zu übergeben. Dabei sind die FMUs mit dem physikalischen Verhalten aus den Bereichen Hydraulik, Thermik und Mechanik der Industriestoßdämpfer von ACE ausgestattet. Dadurch lässt sich beispielsweise genau der Einfluss der Eingangstemperatur auf das Dämpfungsverhalten des Industriestoßdämpfers berechnen und vorab auf dessen Auswirkung auf die Gesamtkonstruktion untersuchen. Durch diese und andere Eigenschaften erweisen sich die digitalen Zwillinge von ACE auf Kundenseite als essenzielle Bestandteile für das Virtual Prototyping und für die Dimensionierung von Konstruktionen. Auf der Habenseite sind neben der Zeit- und Kostenersparnis auch Nachhaltigkeitsvorteile zu verzeichnen, weil weniger physische Muster benötigt werden, um die Entwicklung einer Konstruktion abzuschließen.

Den praktischen Nutzen veranschaulicht Junghans an diesem Beispiel: „In einer Baugruppe einer Druckmaschine sollten unsere Stoßdämpfer als Endanschläge einer pneumatisch angetriebenen Drehmasse verwendet werden. Das Bewegungsverhalten wollte der Kunde vorab mit einem detaillierten Mehrkörpersimulationsmodell untersuchen. In diesem Modell wurden alle Bauteile als FE-Strukturen flexibel modelliert, sodass das Schwingungsverhalten der Baugruppe sehr gut abgebildet wurde. Ohne Dämpfung der Endanschläge zeigte die Simulation die vorher erwarteten, unzulässig hohen Bauteilschwingungen. Mit Integration der FMU eines unserer Kleinstoßdämpfer vom Typ MC150EUMH2 stellte der Kunde fest, dass das Betriebsverhalten verbessert wurde.“

Falls Kunden die FMUs von ACE verwenden wollen, benötigen sie eine Simulationssoftware, die ein FMI (Functional Mockup Interface) beinhaltet. Zu den gängigen Programmen, die FMUs von ACE integrieren, zählen Simulink und Adams. Weitere Informationen über die digitalen Dienstleistungen von ACE finden Interessenten über die genannten Links oder per Direktkontakt mit Christian Junghans oder Jörg Küchmann (siehe Kontakt).