Quantensprung bei der Zuverlässigkeit SKF Customer Case: ACE Stoßdämpfer GmbH

Stoß- und Schwingungsdämpfer haben im industriellen Einsatz oft viel zu tun. Hohe Aktivierungsfrequenzen etwa in Automaten sowie der Kontakt mit aggressiven chemischen Substanzen und Schmutz verlangen von ihnen eine große Widerstandskraft – nur so lassen sich die gewünschten Standzeiten und somit Lebensdauer sicherstellen. Die ACE GmbH konnte in enger Zusammenarbeit mit seinem Dichtungspartner SKF auf diesem kritischen Gebiet eine erhebliche Verbesserung erzielen, wie die Kleinstoßdämpfer der Protection -Baureihe PMCN eindrucksvoll belegen. Und die gemeinsam gefundene Lösung überzeugt durch weitere Vorteile.

Kaum ein anderer Hersteller dürfte über so viel Know-how auf dem Gebiet der Stoß- und Schwingungsdämpfung verfügen wie ACE: von ihm, 1963 in Detroit, Michigan, gegründet, stammt immerhin der erste einstellbare Industriestoßdämpfer. Diese und andere Entwicklungen haben ACE zum weltweit führenden Anbieter von industrieller Dämpfungstechnik und Schwingungsisolierung gemacht. Im nordrhein-westfälischen Langenfeld entwickelt und fertigt die ACE GmbH neben Standardprodukten auch Services und kundenspezifische Lösungen, die im Maschinen- und Anlagenbau sowie im Fahrzeugbau in der Lebensmittelindustrie oder der Medizintechnik zum Einsatz kommen. Die breite Produktpalette reicht von Dämpfungslösungen in der Automatisierungstechnik, über Geschwindigkeitskontrolle und Schwingungsisolierung bis hin zu Sicherheitselementen und Dämpfern mit Gewindegrößen von bis zu 130 mm.

Die ProtectionBaureihe …

Innovatives gibt es bei ACE auch bei kleinen, aber wichtigen Komponenten. Ein Beispiel hierfür sind die wartungsfreien Kleinstoßdämpfer der Protection Baureihe PMCN mit Außendurchmessern von M14 bis M25. Sie verfügen über eine spezielle innenliegende Rollmembran, die den Kolben gegenüber dem ölbefüllten Zylinder dynamisch abdichtet. Dieses einzigartige Element erfüllt die Funktion eines statischen O-Ringes, eines dynamischen Nutringes, einer Rückstellfeder und der Speicherfunktion eines Absorbers bei konventionell gefertigten Dämpfern. Um die Membran ihrerseits gegenüber aggressiven Medien wie Kühl-/Schmierstoffe, Reinigungsmittel, Staub oder Wasserdampf zu schützen, muss der Zylinder zuverlässig gegen die Umgebung abgedichtet werden.

Dringen Kühl- oder Schmiermittel, wie sie beispielsweise in Werkzeugwechslern eingesetzt werden, ein und kommen mit der Rollmembran in Kontakt, quillt diese auf, wird zerstört und der Dämpfer fällt aus. Ähnlich zerstörerisch wirken Staub oder Wasserdampf. Abdichten lässt sich das System mit einem Faltenbalg, doch in der klassischen Ausführung mit einer integrierten Drahtspirale zur Rückstellung ist damit gleich eine weitere Schwachstelle gegeben: „So ein Balg pumpt sich auf und kann platzen, die Feder kann brechen“, erklärt ACE-Konstruktionsleiter Jörg Küchmann, „eine Million Lastwechsel und mehr sind mit einem konventionellen Faltenbalg kaum möglich.“

… und ihre Weiterentwicklung

ACE suchte nach einer wesentlich zuverlässigeren Lösung. Die bestand darin, den bisherigen Faltenbalg aus PTFE mit innenliegender Drahtspirale durch einen neugestalteten, federlosen Faltenbalg aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) zu ersetzen. „Der zuvor von uns eingesetzte PTFE- Werkstoff war sehr steif, verfügte über keine eigene Vorspannung und war stoßempfindlich“, erinnert sich Entwicklungsleiter Christian Alscher, „ diese Lösung hatte einfach nicht die Standzeiten, die wir uns versprochen hatte.“ Um zur neuen Lösung zu gelangen, entschied sich ACE zur Zusammenarbeit mit SKF. „Zuvor hatten wir verschiedene Materialien und mögliche Lieferanten geprüft“, berichtet Küchmann, „doch erst bei SKF wurden wir fündig.“

Gemeinsames Vorgehen – Partnered engineering

„Erste Kontakte zwischen beiden Unternehmen wurden 2013 geknüpft“, weiß Markus Kneppe, der ACE von einer nahegelegenen Vertriebsniederlassung von SKF betreut. Es folgte eine intensive gemeinsame Zusammenarbeit mit wechselseitigen Rückmeldungen. „Bei der Entwicklung dieser Lösung konnten wir nicht einfach anhand einer Zeichnung loslegen; wir haben uns immer wieder zusammengesetzt, bevor wir unserem Kunden dann erste Muster des neuen Faltenbalgs lieferten.“

Konstruktive Neuerungen

Der von SKF vorgeschlagene TPU-Werkstoff H-ECOPUR ist mechanisch sehr belastbar und verfügt über eine besondere Beständigkeit gegenüber Kühl-/Schmier- und Reinigungsmitteln sowie gegenüber Wasserdampf. „Das TPU-Material sorgt auch dafür, dass sich der Faltenbalg immer wieder zuverlässig zurückstellt“, erklärt Alscher. Nachdem die Werkstofffrage entschieden und die optimale Wandstärke des Faltenbalgs gefunden worden war, widmete sich das gemeinsame Entwicklungsteam von ACE und SKF Fragen der optimalen Konstruktion.

Zunächst wurde die Befestigung des Faltenbalgs am Zylinder verbessert: Bei den früheren Modellen wurde der Faltenbalg noch mit einem innenliegenden Gewinde am Zylinder befestigt und die Verbindung zusätzlich durch eine Verklebung verstärkt. Diese Aufgabe übernahmen jetzt eine Schnappwulst im Balg und eine korrespondierende Nut im Außenkörper des Zylinders. Auf diese Weise wurde eine erste Quelle für Ausfälle beseitigt. Gleichzeitig vereinfachte sich auch die Montage des kompletten Stoßdämpfers.

Höhere Standzeiten, flexiblerer Einsatz

„Druckfeder und Verklebung wurden überflüssig, dadurch erhöhte sich die Zuverlässigkeit des Dämpfers bereits enorm“, erläutert Alscher. „Zusammen mit den hervorragenden Eigenschaften des TPU-Werkstoffs konnten wir einen Quan- tensprung bei der Lebensdauer erzielen, womit wir sehr zufrieden waren“. „Wir hatten erheblich weniger Ausfälle und Reklamationen, und die Verkaufszahlen gingen nach oben“, ergänzt Küchmann. Eine Edelstahl-Ausführung für besondere Kundenwünsche und eine Lösung für lebensmittelkritische Einsatzfelder gibt es darüber hinaus: Hier kann eine TPU-Variante in Blau angeboten werden, die alle aktuellen EU- und FDA-Konformitäten erfüllt. Der aus Edelstahl gefertigte Dämpfer ist dann mit unschädlichem Lebensmittelöl gefüllt.

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