Elektro-rheologischer Kennfelddämpfer stufenlos verstellbar 1

Die in Rheinau ansässige Firma Zimmer hat etwas Besonderes entwickelt: den stufenlos verstellbaren Kennfelddämpfer RheOil powered. Eine spezielle Flüssigkeit im Inneren bietet vielerlei Möglichkeiten. Hydraulik- oder Pneumatikdämpfer variieren unter anderem die Geschwindigkeit von Förderanlagen, indem sie dem Antrieb mit einem bestimmten Widerstand entgegenwirken. Auch die elektro-rheologischen Kennfelddämpfer RheOil powered von Zimmer haben diese Aufgabe, lösen sie aber dank einer speziellen Flüssigkeit in ihrem Inneren wesentlich schneller und flexibler als konventionelle Dämpfer.

Geräusch- und verschleißfrei ändert das so genannte RheOil seine Viskosität von kondensmilch-ähnlich bis zur Härte eines Radiergummis stufenlos und innerhalb weniger Millisekunden. Dazu sind keinerlei mechanische Aufbauten notwendig. So bieten die ER-Kennfelddämpfer von Zimmer der Automations- und Fördertechnik sowie dem Maschinenbau neben einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit auch eine noch nie da gewesene Flexibilität. In Dämpfungselementen den Grad der Dämpfung durch Änderung der Schein-Viskosität zu ändern, ist nicht neu.

Dazu kommen seit längerem so genannte magneto-rheologische Flüssigkeiten zum Einsatz. Durch Anlegen einer Spannung werden die metallischen Partikel in der Trägerflüssigkeit polarisiert und verkettet. Das Durchfließen der Flüssigkeit öliger Konsistenz wird somit erschwert. Nachteilig an den magneto-rheologischen Flüssigkeiten ist, dass die Partikel einem gewissen Verschleiß unterliegen, eine relativ lange Reaktionszeit von 20 bis 40 ms haben und sedimentieren. Das liegt daran, weil Metallpartikel dreimal so schwer sind wie das entsprechende Trägeröl.

Letzteres bedeutet, dass nach einer gewissen Zeit, in der das System nicht verwendet wurde, sich die Metallpartikel absetzen und das System gespült werden muss, um sich neu zu vermischen. Der größte Nachteil ist jedoch, dass die Metallpartikel nach längerem Gebrauch zum Verschleiß der umgebenden Teile führen und diese Flüssigkeiten hochgiftig sind.

Sanfte Dämpfung ist die beste Medizin

Im Vergleich dazu haben elektro-rheologische Flüssigkeiten diese Nachteile nicht. Die in das Silikon oder Mineralöl eingebrachten Funktionspartikel sind nur zwischen 2 und 12 µm groß. Sie bestehen aus polarisierendem Polyurethan und sind nicht abrasiv. Der wesentliche Vorteil der elektro-rheologischen Flüssigkeit liegt jedoch in der Reaktionszeit. Innerhalb von 1 bis 2 ms nach Anlegen einer elektrischen Spannung ändert sich ihr viskoses Verhalten von flüssig bis fest – und das stufenlos.

Genau diese Eigenschaft ist es, die das Einsatzgebiet des so genannten RheOils so weitreichend fächert. Zudem sind die Kennfelddämpfer von Zimmer verschleißfrei und arbeiten nahezu geräuschlos. In therapeutischen Trainingsgeräten konnte der Trainingswiderstand bis dato nur mit Federn beziehungsweise Gewichten eingestellt werden. Für Reha-Patienten kann zum Teil schon eine Gewichtsveränderung um 1 kg zu viel sein, doch die meisten Geräte verfügen nicht über eine feinere Abstufung.

Mit dem ER-Dämpfer von Zimmer lässt sich die Betätigungskraft fast auf das Gramm genau definieren. Da sich so im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten keine Kennlinie sondern ein ganzes Kennfeld erstellen lässt, indem die Verstellmöglichkeiten fast unendlich sind, kann der Muskel stufenweise wieder aufgebaut werden. Digitale Ansteuerbarkeit Von der Reaktionsgeschwindigkeit des Dämpfers könnten Patienten auch schon beim Krankentransport profitieren.

Ausgestattet mit einer Art Kippschalter, ließe sich das Dämpfungsverhalten des Fahrzeuges manipulieren. Die sportliche Fahrwerkseinstellung bei der Fahrt zum Unfallort könnte für den Weg zur Klinik per Knopfdruck auf eine komfortable für den Patienten schonende Regelung umgestellt werden. Die geräusch- und verschleißfreien, hochdynamischen und energieeffizienten ER-Kennfelddämpfer von Zimmer finden vor allem wegen ihrer digitalen Ansteuerbarkeit und der einfachen Montage durch ISO-Anschuss-Elemente im Maschinenbau Anwendung.

Ein spezielles Beispiel hierfür ist die Verwendung in Folien-Wickelmaschinen, welche mit sehr hohen Geschwindigkeiten wickeln. Bei einer Walze mit einer Gesamtlänge von 4500 bis 5000 mm und einem Durchmesser von bis zu 2000 mm sind große Massen in Bewegung, die ab einem bestimmten Durchmesser zu vibrieren beginnen. Bisher wurde versucht, den Schwingungen mit Pneumatikzylindern oder sehr großen Dämpfungssystemen aus der herkömmlichen Hydraulik Herr zu werden.

Weil sich aber der Bereich, ab wann das System zu schwingen beginnt, nicht genau definieren lässt, war die Dämpfung oft zu weich oder zu hart und es kam zu Verwicklungen oder Störfällen. Ein Sensor misst die Beschleunigungswerte an der Walze, woraufhin die Härte des Dämpfers optimal eingestellt wird. Zwar ließe sich die entsprechende Härte auch mit Pneumatik- oder Hydraulikzylindern anpassen, jedoch nicht in der Geschwindigkeit, die für eine saubere Wicklung erforderlich ist. Nur das RheOil im Zimmer-Kennfelddämpfer kann diese Aufgabe lösen und zwar stufenlos und ohne Nachjustieren über Verstellschrauben oder Ölbremsen.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel aus der Industrie ist der Transport von Paletten mit Pkw-Motoren auf einem Endlosband. Bislang fahren die Motoren gegen einen einfach Hydraulikdämpfer, um an bestimmten Stationen zu stoppen. Da meist nicht sichergestellt ist, dass sich auf der Transportpalette ein Motor befindet, beziehungsweise welches Gewicht der darauf liegende Motor hat, kann dies zu schwerwiegenden Problemen führen. Ist die Palette unbeladen, schlägt sie stark an. Folgen Motoren verschiedener Gewichtsklassen aufeinander, kann die Dämpfung für leichtere unterdimensioniert sein.

Eine zu hohe Dämpfung hingegen kann sowohl die Motoren als auch die Dämpfer beschädigen. Diese Problematik mit Öldämpfern oder Ölbremsen in den Griff zu bekommen, scheitert zum einen an deren erschwerten Einstellbarkeit, zum anderen ist diese Lösung unter automatisierungtechnischen Aspekten kontraproduktiv, da ein Werker für die diversen Motoren den Widerstand manuell eingeben muss. Seit kurzem kommen auch hier die RheOil-powered- Dämpfer zum Einsatz. Den einzustellenden Widerstand liefern ihnen auch hier wieder Sensoren über die Steuerung, die erkennen, ob eine Palette beladen ist und wenn ja, mit welchem Gewicht.

Mit nur einem Dämpfer lassen sich so verschiedene Gewichte sehr gut abbremsen, ohne den mechanischen Aufbau der Anlage verändern zu müssen. Als intelligente Endanschlag-Dämpfer lassen sich die Zimmer-Dämpfer in jedem beliebigen Transportsystem einsetzen. Mit der Kombination von Sensoren eröffnet sich für die ER-Kennfeldämpfer vor allem der Anwendungsbereich mit definiertem Weg, einzuhaltender Geschwindigkeit sowie Not-Stopp. Bei Überschreitung eines festgelegten Punkts oder einer Geschwindigkeit bremst der Dämpfer die Masse mit dem entsprechenden Widerstand ab. Besonders in Anwendungen, in denen der Nullpunkt langsam angefahren wird, ist der Einsatz eines Dämpfers mit RheOil äußerst maschinenschonend.

Der stufenlos einstellbare Widerstand und die schnelle Reaktionsgeschwindigkeit verleihen den ER-Kennfeldämpfern eine fast unbegrenzte Flexibilität. Durch Hinzunahme von Sensoren oder die Anbindung an die Anlagensteuerung wird diese zusätzlich erhöht. Die von Zimmer nach den Eckdaten bereits vorgenommene Programmierung kann vom Anwender an dessen SPS weitergegeben und der Dämpfer somit einfach in die Anwendung integriert werden.

Fludicon ist derzeit die einzige Firma weltweit, die diese elektro-rheologische Flüssigkeit im industriellen Verfahren und in dieser Menge herstellen kann. Deshalb sind auch die ER-Kennfelddämpfer von Zimmer etwas Besonderes. Dank der hohen Flexibilität hinsichtlich Kraft gepaart mit der Geschwindigkeit, mit der sich die Dämpfer verstellen lassen, sind sie den herkömmlichen Dämpf- und Stopp-Elementen deutlich überlegen.

www.zimmer-gmbh.com