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Industrie-Scheibenbremsen – klein, fein, entscheidend : Ausgabe 02/2013, 05.10.2013

«Have a Brake»

Mittels Industrie-Scheibenbremsen lassen sich bei kleinem Bauraum Halte-, Stopp- und Regelaufgaben beherrschen. Dieses aus dem Automobilbereich allgemein bekannte Funktionselement kommt auch in der Industrie für viele Anwendungen zum Einsatz.

Autor: Franz Eisele

Im Allgemeinen sind Scheibenbremsen aus dem PW bekannt. Während früher oft auch Trommelbremsen zum Einsatz kamen, sind hier in der Zwischenzeit nahezu ausschliesslich Scheibenbremsen zu finden. Diese Bauart der Bremsen kommt dem in Fahrzeugen gesteigerten Sicherheitsbedürfnis entgegen. Denn im Vergleich zu Trommelbremsen ist bei den frei im Fahrtwind stehenden Scheibenbremsen die Abfuhr der Reibungswärme besser gewährleistet. Da sich beim Bremsen die gesamte kinetische Energie in Wärme umwandelt, ist eine gute Wärmeabfuhr ein entscheidendes Funktionskriterium.

Verschiedene Einsatzvarianten als Halte-, Stopp- und Regelbremse

Nicht nur in Fahrzeugen, sondern auch im industriellen Umfeld sind entsprechend geeignete Scheibenbremsen im Einsatz. Dabei unterscheidet man im Wesentlichen drei verschiedene Einsatzvarianten. Beim Einsatz als Haltebremse fixiert die Klemmkraft der Bremse ein bewegliches Teil, sodass eine Bewegung verhindert wird. Im Gegensatz dazu steht die Funktion als Stoppbremse. Dies ist der übliche Einsatzfall in einem Automobil. Hier bringt die Bremse eine sich bewegende Masse in einer bestimmten Zeit zum Stillstand. Die Bremse muss die dabei entstehende Reibungswärme beherrschen.

Die Bremsenergie ist auch für eine Regelbremse – die dritte Einsatzart – ein wichtiges Auslegungskriterium. In diesem Fall regelt die Bremse Kraft und Geschwindigkeit einer Anwendung. Da dies über einen langen Zeitraum erfolgen kann, ist die Betrachtung des Wärmehaushalts bei solchen Anwendungen von grosser Bedeutung. Letztendlich macht sich die Bremsenergie durch eine Temperatur-erhöhung der Bremsscheibe bemerkbar.

Anordnung mehrerer Sättel oder Zangen erhöht die Leistungsdichte

Industrie-Scheibenbremsen sind als Bremssättel oder Bremszangen verfügbar. Das Bremsmoment ergibt sich aus der erzeugten Klemmkraft und dem Durchmesser der Bremsscheibe. Durch die Wahl des geeigneten Bremsscheibendurchmessers lässt sich das entstehende Bremsmoment in bestimmten Grenzen auf die Anwendung abstimmen.

Die Anordnung von mehreren Sätteln oder Zangen an einer Bremsscheibe führt zu einer hohen Leistungsdichte. Die Möglichkeit einer solchen Anordnung ist ein oft genutzter Vorteil der Scheibenbremse. So lassen sich bei geringem Bauraum hohe Bremsmomente erzielen. Ordnet man die Bremssättel in geeigneter Art und Weise an, kompensieren sich die Kräfte der einzelnen Bremsen gegenseitig. Bei einer solchen Anordnung entstehen keine zusätzlichen Belastungen auf die Wellenlager.

Häufigkeit der Betätigung charakterisiert Bremsen

Die Art und Weise, wie eine Bremse betätigt oder gelüftet wird, ist ein charakteristisches Ordnungsmerkmal für Bremsen. Im Wesentlichen unterscheidet man im industriellen Umfeld pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch, feder- oder von Hand betätigte bzw. gelüftete Bremsen. Abhängig von den Anforderungen der Anwendung, kann man eine der genannten Varianten für Betätigung und Lüftung auswählen. Entscheidend für die Funktion sind ferner die Reibbeläge. Der gezielte Einsatz eines solchen erfordert entsprechende Erfahrung. In manchen Fällen muss man sogar einen Test des Belags in der spezifischen Anwendung durchführen. Eine Reibklotz-Verschleissanzeige ist technisch machbar und in Anwendungen wie beispielsweise Aufzügen auch zwingend erforderlich.

Optimierte Ausführungen sind diversen Anwendungen angepasst

In den letzten Jahren sind im Bremsenbereich einige Neuentwicklungen auf den Markt gekommen. Unter anderem weitete sich das Bremssattelprogramm aus. Grosse hydraulische Bremssättel wurden entwickelt. Je nach gewählter Konfiguration finden diese in verschiedenen Anwendungen ihren Einsatz. Die möglichen Ausführungen sind optimiert für den Einsatz in Windenergieanlagen, in der Fördertechnik oder in allgemeinen Anwendungen im Maschinenbau. Für Azimutanwendungen in Windenergieanlagen liegt z.B. der Schwerpunkt auf einer geringen Geräuschentwicklung bei kleinen Gleitgeschwindigkeiten. Da die Reibbeläge bei diesem Einsatzfall ständig anliegen, kann man auf eine Kolbenrückholung verzichten.

Baukastenmethodik hat sich immer mehr durchgesetzt

Eine weitere Neuentwicklung ist die in den vergangenen Monaten entwickelte Bremszangenbaureihe. Seit einigen Jahren hat sich die Baukastenmethodik in der Konstruktion von industriellen Produktbaureihen durchgesetzt. Auf dieser Methodik basierend, sind nun Bremszangen in den Baugrössen 25, 30 und 35 erhältlich, an denen sich flexibel mehrere verschiedene Betätigungszylinder anbauen lassen. Dies erlaubt es, die Bremse genau an die benötigte Bremskraft der spezifischen Applikation anzupassen. Der Anbau des Zylinders ist wahlweise auf der rechten oder linken Seite möglich. Der Anwender bekommt somit mehr Freiheiten in der Gestaltung seiner Konstruktion.

Die Dicke entscheidet über die aufnehmbare Menge an Wärme

Bei dynamischen Bremsvorgängen wandelt sich die Bremsenergie vollständig in Wärme um. Im Wesentlichen nimmt die Bremsscheibe diese Energie auf. Dabei bestimmt ihre Dicke, wie viel Wärme sie aufnehmen kann. Der Baukasten der Bremszangenbaureihe ermöglicht es, Varianten für verschiedene Bremsscheibendicken auszuführen. Dies erlaubt die Anpassung an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Wichtig sind auch grosszügig dimensionierte Reibbeläge. Diese verteilen die Wärme auf eine grosse Fläche an der Bremsscheibe. Bei kurzen Bremszeiten führt dies zu einer niedrigeren maximalen Bremsscheibentemperatur im Vergleich zu den oftmals eingesetzten kleineren Belägen. Die Dimensionierung der Reibklötze ergibt auch das mögliche Verschleissvolumen und bestimmt die Flächenpressung am Reibbelag.

Optimierte Bremshebel erlauben leistungsstarke Bremszylinder

Durch den Einsatz der FEM-Methode wurden bei der Entwicklung der neuen Bremsenbaureihe die Bremshebel so optimiert, dass sie grosse Kräfte ertragen können. Entsprechend ist es möglich, leistungsstarke Bremszylinder anzubauen. Dies führt zu einer hohen Leistungsdichte im Vergleich zu bisher bekannten Bremszangen ähnlicher Grössenordnung. Um diese Leistungsdaten auch schnell abrufen zu können, wurde im Standarddruckluftzylinder ein Anschluss für ein zweites Entlüftungsventil geschaffen. Wird ein zweites Entlüftungsventil angebaut, lassen sich Einfallzeiten von Sekundenbruchteilen erreichen.

Nach aufgetretenem Verschleiss in dynamischen Anwendungen kann man die Bremsen manuell nachstellen. Eine Nachstellmöglichkeit befindet sich im Hebel auf der dem Bremszylinder gegenüberliegenden Seite. Hierdurch ist gewährleistet, dass auch bei Belagsverschleiss die Aufteilung der Bremskräfte auf beide Hebel optimal ist.

Höhere Bremsmomente dank automatischer Verschleissnachstellung

Eine weitere Neuentwicklung bildet die automatische Verschleissnachstellung in federbetätigten Druckzylindern. Während bisher eine aufwendige Mimik die Verschleissnachstellung gewährleistete, ist der Aufbau nun merklich vereinfacht. Dadurch ergeben sich im Vergleich zur bisherigen Ausführung höhere Bremsmomente. Zudem lassen sich problemlos hohe Verschleissbeträge am Reibbelag kompensieren. Für den Anwender entfallen beim Einsatz einer automatischen Verschleissnachstellung eventuell notwendige manuelle Überprüfungen und Nachstellarbeiten.

Unmittelbar nach dem erstmaligen Verschleissvorgang beginnt die Kompensation des Verschleissbetrags. Nach wenigen Lüf-tungen des Bremszylinders ist der Verschleiss im Prinzip komplett kompensiert. Danach vergrössert sich der Lüftspalt nicht mehr und es hat sich ein stationärer Zustand eingestellt. Umfangreiche Erfahrungen mit der automatischen Verschleissnachstellung zeigen, dass, selbst wenn viele Sätze an Reibbelägen verschlissen wurden, die Verschleissnachstellung immer noch zuverlässig funktioniert.

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Bremsenbaukasten: Seit einigen Jahren hat sich die Baukastenmethodik in der Konstruktion von industriellen Produktbaureihen durchgesetzt


Höhere Brems- momente dank automatischer Verschleissnach- stellung in federbetätigten Druckzylindern

Autor

Franz Eisele, Leiter Bremsen und Kupplungen bei Ringspann, Bad Homburg