Bremselemente übernehmen in Bearbeitungs- und Handhabungssystemen eine zentrale Sicherheitsfunktion, denn sie sorgen dafür, dass die Maschinen und Anlagen im Notfall möglichst schnell zum Stehen kommen. Bei Stromausfall, Druckverlust oder Notabschaltungen nehmen sie die Bewegungsenergie auf, die in beweglichen Komponenten wie Z-Achsen oder Bearbeitungstischen steckt. Die Reaktionszeit des Bremselementes ist dabei von zentraler Bedeutung, denn je schneller das System zum Stillstand kommt, desto geringer fallen Schäden aus oder können ganz verhindert werden. Um die Ansprechzeit ihrer Bremselemente zu verkürzen, hat die Zimmer Group in ihren Bremselementen der Baureihe UBPS ein weltweit einmaliges Feature integriert: Das elektrische Ventil zur Auslösung des Brems- oder Klemmvorgangs sitzt hier nicht, wie bislang üblich, etliche Meter entfernt, sondern direkt im Bremselement selbst. Bei Bremsungen ebenso wie bei den viel häufigeren Klemmungen muss also der Pneumatikschlauch nicht vollständig entleert werden, bis das Bremselement drucklos ist und schließt. Stattdessen wird die Druckluft direkt am Bremselement in die Umgebung abgelassen, was den Brems- und Klemmvorgang deutlich verkürzt.

Gewiefte Konstruktion: in Reihe geschaltet
Im Ausgangszustand ist das integrierte Pneumatikventil stromlos. Das Bremselement ist ohne Druck und daher geschlossen, da die Brems- beziehungsweise Haltekraft durch die integrierten Federspeicher des Bremselementes aufgebracht wird. Das gilt auch bei einem Stromausfall, denn auch dann schließt das Bremselement automatisch, so dass die Bremselemente mit integriertem Ventil eine echte Fail-Safe-Funktion bieten.

Deutlich schnellere Schließzeit durch integriertes Ventil. (Abbildung: Zimmer)

Wird das integrierte Ventil durch ein Stromsignal geöffnet, strömt Druckluft in den Arbeitsraum. Die drei in Reihe geschalteten Pneumatikkolben überwinden die Schließkraft der Spiralfedern, die Bremsbacken werden von der Profilschiene abgehoben, und das Bremselement kann frei bewegt werden.

Wird das Ventil bei einem Brems- oder Klemmvorgang wieder stromlos, öffnet es sich, und die Luft kann aus dem Kolbenraum ausströmen. „Dabei fließt aber nur ein Teil der Luft über das elektrische Ventil ab“, erläutert Stefan Heiland. „Um den Entlüftungsvorgang maximal zu beschleunigen, sind im Bremselement zusätzlich zwei Schnellentlüftungsventile integriert, die sich öffnen, sobald der Druck im System fällt. Dadurch strömt der größte Teil der Druckluft über die beiden Schnellentlüftungsventile ab. Das integrierte Ventil fungiert also als beschleunigte Ansteuerung für die beiden Schnellentlüftungsventile, so dass die Luft sehr schnell abströmen kann und die Reaktionszeit des gesamten Bremselementes deutlich reduziert wird.“

Schnittbild durch ein Bremselement: 1 = Integriertes Ventil, 2 = Keilrollengetriebe, 3 = Gehäuse, 4 = Dreifachkolben, 5 = Federpaket. (Abbildungen: Zimmer)

Auch hier: Aller guten Dinge sind drei
Da die Konstrukteure gleich drei hintereinandergeschaltete Pneumatikkolben eingesetzt haben, können die Bremselemente der Zimmer Group extrem hohe Haltekräfte erreichen – und da diese Kräfte auf kleinstem Bauraum realisiert werden, lassen sich sehr kompakte Maschinen und Anlagen bauen. Auch beim Federspeicher für die Haltekraft haben sie drei ineinandergeschobene Spiralfedern verwendet. Sie sorgen nicht nur für eine sehr hohe Bremskraft, sondern verbessern auch noch die Betriebssicherheit. Das ist mit ein Grund, warum die Bremselemente der Zimmer Group bemerkenswerte fünf Millionen Klemmzyklen (B10d-Wert) bewältigen können.

Die ausgezeichnete Robustheit und Zyklenfestigkeit der Bremselemente hat auch mit dem grundlegenden Funktionsprinzip zu tun. Die Zimmer Group setzt ein Keilgetriebe in Verbindung mit Rollen ein, das nicht nur die doppelte Übersetzung und damit eine wesentlich größere Haltekraft erreicht, sondern gleichzeitig auch die Reibung gegenüber anderen Keillösungen ohne Rollen deutlich verringert. Diese Kombination aus Keil und Rollen bringt daher einen extrem hohen Wirkungsgrad, der direkt zu einer höheren Haltekraft auf kleinstem Bauraum führt. Die hohe Klemmkraft, die hohe Steifigkeit dank formschlüssig integrierter und profilangepasster Bremsbacken sorgen auch dafür, dass das gesamte System nach erfolgter Klemmung hohe Axialkräfte aufnehmen kann und auch die Positioniergenauigkeit mit zwei hundertstel Millimetern ungewöhnlich hoch ist.    pb