Ersatz für pneumatische Bremsen

High-Speed Bremsen durch smart Materials

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Im Linclamp G-SMA wird ein flexibler FGL-Drahtaktor in einem Bowdenkabel eingesetzt, um ein komplexes mechanisches Getriebe zu schalten. Dieses Getriebesystem formt eine Stellbewegung von 15 mm Hub und 80 N Kraft in eine Bremskraft von 2 kN und einen Bremsweg bis zu 0,3 mm je Bremsbacke. Über ein Kondensatorsystem, welches auf den FGL-Draht entladen wird, wird die Auslösereaktion erzeugt. Die Entladung erfolgt auf Steuerbefehl der übergeordneten Anlagensteuerung hin oder bei Stromausfall. Durch die Elektrifizierung des FGL-Drahtes erwärmt sich dieser auf eine Temperatur von über 110 °C innerhalb von weniger als 40 ms. Dabei erzeugt er die Stellbewegung, die für die Bremskraftentwicklung notwendig ist.

Prototyp mit mehreren Drahtaktoren aktiviert Bremse in 20 ms

Im Linclamp K-SMA werden zwei unterschiedliche FGL-Drahtaktortypen eingesetzt (siehe Bild 5). Eine Vorspannkraft in Höhe von bis zu 4 kN wird durch zwei 2 mm dicke FGL-Drahtaktoren (Kraftaktoren) erzeugt. Diese halten die Bremse aktiv offen. Um sie auf konstanter Temperatur zu halten, werden sie über hierfür speziell entwickelte Heizelemente energieeffizient und geregelt auf Sollniveau gehalten. Durch einen dritten FGL-Draht (Auslöseaktor) wird eine komplexe Entriegelungsmechanik nach einem Kugelschnappprinzip aktiviert, die eine Verbindung zwischen der Vorspannkraft und der Bremsmechanik trennt. Da der Auslöseaktor mit einem sehr dünnen FGL-Draht betrieben wird, benötigt dieser nur einen vergleichsweise geringen Stromimpuls, um die Entriegelung zu schalten.

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In Testversuchen zeigte sich, dass besonders die Linclamp K-SMA Prototypenserie eine Aktivierungszeit der Bremseinheit von weniger als 20 ms ermöglicht, was im Bereich von etwa 10 % der heutigen Aktivierungszeit liegt. Gleichzeitig setzen beide Entwicklungspartner auf das Potenzial zukünftiger Systeme in Geräten ohne Pneumatikanlagen.

Einsatz in linearen Verfahrtischen

Ein erstes mögliches Einsatzszenario hat das Projektteam auch schon vorgesehen: Bei Tischkreissägen werden lineare Verfahrtische oft durch Menschenhand verschoben. Um hier ein Sicherheitsbremssystem zu betreiben ist nicht immer ein Druckluftkompressor vorhanden. Daher müssen hier rein elektrische Schutz- und Bremssysteme eingesetzt werden. Bild 5 zeigt das Einsatzszenario: Ein Positionssensor stellt über eine RFID oder optische Auswertung fest, ob eine Benutzerhand sich dem Kreissägeblatt nähert. Unterschreitet der Abstand eine Sicherheitsvorgabe, bremst der Verfahrtisch ab, sodass eine gefährliche Näherung der Hand an die Kreissägezähne nicht möglich wird. Die Bremsung erfolgt rein elektrisch und kann sowohl zur Sicherheitsauslösung als auch zu einer haptischen Rückmeldung einer voreingestellten Schnitttiefe eingesetzt werden.

Das Zentrum für angewandte Formgedächtnistechnik (ZAF) auf der Hannover Messe 2017: Halle 2, Stand A09 (Landesgemeinschaftsstand Nordrhein-Westfalen)

* Dipl.-Ing. Bernd Rachor ist zuständig für Entwicklung & Konstruktion Klemmsysteme bei der Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH in Seligenstadt; Dr.-Ing. Alexander Czechowicz ist Bereichsleiter Formgedächtnistechnik am ZAF - Zentrum für angewandte Formgedächtnistechnik an der Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e.V. in 42859 Remscheid

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