Fällt in einem pneumatischen System einer Werkzeugmaschine die Druckluft aus, muss ein verlässliches Klemmsystem eingreifen, um die Achsen zu halten und den Bediener zu schützen. Klemmsysteme mit Fail-Safe-Funktion werden erst beim Ausfall der Pneumatik aktiviert.

Damit die Achse einer Werkzeugmaschine im Ernstfall sofort fixiert wird, haben die Ingenieure von Hema Maschinen- und Apparateschutz vor einigen Jahren eine Konstruktion für ihre Klemmsysteme entwickelt: Die Klemmvorrichtung besteht aus einer Kammer, die von zwei Membranen aus Federstahl abgeschlossen wird. Beaufschlagt man diese mit Druckluft, verformen sich die Federbleche elastisch und verkürzen sich in Längsrichtung. Bei diesem Vorgang verjüngt sich die Klemmvorrichtung im Bereich der Federbleche und verbreitert sich gleichzeitig im unteren Bereich, wo sich die Bremsbacken befinden. Auf diese Weise entsteht zwischen der Schiene und den Bremsbacken ein Spalt, sodass sich die Klemmvorrichtung frei bewegen lässt. Der Abstand zwischen Klemme und Schiene beträgt etwa 0,05 mm, was bei der hohen Präzision der Führungen vollkommen ausreicht, um ein freies Gleiten der Vorrichtung zu gewährleisten.

Um die Klemmung auszulösen, wird die Kammer zwischen den beiden Membranen aus Federstahl entlüftet. Die Federbleche, die durch die Druckluft aus ihrer Ruheposition gezwungen wurden, kehren in ihre Ausgangsposition zurück. Dabei bewirkt die in ihnen gespeicherte Spannungsenergie eine Ausdehnung des Klemmelements zur Schiene hin. Wenn die Klemmbacken sie berühren, ist noch ein Großteil der Energie in den Federblechen vorhanden. Die Klemmvorrichtung ist jetzt arretiert und klemmt die Achse sicher und mit großer Kraft. Bei einigen Hema-Klemmsystemen erzeugt eine Beaufschlagung der Federbleche von außen einen zusätzlichen Druck auf die Bremsbacken, wodurch sich ihre Klemmkraft noch weiter erhöht. Die Klemmsysteme sind in verschiedenen Ausführungen für einen Betriebsdruck von 4 oder 6 bar erhältlich. Als Vorteile gegenüber hydraulischen Klemmen gibt der Hersteller mehr Zuverlässigkeit, höhere Klemmkräfte und niedrigere Betriebskosten an.

Eine Variante der Klemmen ist die Rotoclamp, ein Klemmsystem mit unterschiedlichen Wirkrichtungen (innen- oder außenklemmend) für Positionsklemmungen auf sich drehenden Führungen oder Antrieben. Diese sind in zwei Varianten erhältlich: entweder mit Klemmung durch Beaufschlagung mit Luft oder mit automatischer Klemmung. Die Rotoclamp weist eine kurze Reaktionszeit auf und ist in Single- oder Tandemausführung erhältlich. Da sie pneumatisch betrieben wird, ist sie sauber in der Anwendung und außerdem vergleichsweise kostengünstig. Ein weiterer Vorteil der Rotoclamp ist ihre einfache Montage: Sie lässt sich sofort einsetzen, weil sie nicht erst umständlich auf die jeweilige Umgebung abgestimmt werden muss. Im Einsatz ist die Rotoclamp bei der Wissner Gesellschaft für Maschinenbau. Wissner fertigt Hochgeschwindigkeits-Fräs- und Lasermaschinen und muss bei seinen Produkten höchste Maschinensicherheit garantieren können. Bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen treten hohe Kräfte auf, welche die Fräswerkzeuge und die Spindel stark belasten. Da Bruch- oder Spanstücke im Maschinenraum mit hohen Geschwindigkeiten umherfliegen, sind die Arbeitsräume der Fräsmaschinen vom Typ „Gamma“ sicher geschlossen und mit einer doppelten Maschinenschutzscheibe ausgestattet. Falls es zu einem Ausfall der Pneumatik kommt, wird zudem die Spindel mit der Rotoclamp gegen ein unkontrolliertes Weiterdrehen gesichert.

Hohes Rückhaltevermögen durch neues Fertigungsverfahren

Die innenklemmende Version der Rotoclamp ist in unterschiedlichen Größen für nahezu alle drehenden Anwendungen verfügbar. Mögliche Einsatzbereiche dieser Variante sind unter anderem auch Schwenkköpfe oder Drehtische, die direkt mit einem Torquemotor betrieben werden. Um die Sicherheit der Rotoclamp noch weiter zu erhöhen, ist auch die Beaufschlagung mit zusätzlicher Druckluft möglich (Booster-Funktion). So lässt sich die ohnehin schon sehr große Klemmkraft mit geringem Aufwand weiter steigern.

Noch mehr Sicherheit bietet die Diskclamp: Das Sicherheitsklemmsystem verfügt über eine zusätzliche Notbremsfunktion und ist deshalb im Gegensatz zur Rotoclamp mit Bremsbelägen ausgestattet. Sie kann daher nicht nur zur Fixierung statischer Lasten, sondern auch zur kurzzeitigen Bremsung bewegter Massen verwendet werden. Die Diskclamp wird zum Beispiel im Schwenkkopf des Werkzeugschleifzentrums von Detlev Hofmann eingesetzt. „Für die Anwendung an der Schwenkachse der Schleifspindel ist die Diskclamp ideal“, sagt Stefan Braun, Konstrukteur bei Detlev Hofmann. „Sie kann eine Masse aus der Drehbewegung heraus zuverlässig anhalten – das ist gerade bei der hohen Dynamik der Spindel sehr wichtig.“

Um Stangenlasten zu fixieren, wurde die P-Clamp entwickelt. Das modulare System zeichnet sich durch seine hohe Klemm- und Haltekraft aus: Beim Ausfall der Pneumatik werden sowohl die stillstehende Stange sofort geklemmt als auch Bewegungen exakt gestoppt. Die elastischen Federbleche kehren in ihre ursprüngliche Position zurück, pressen die geschlitzte Klemmbuchse gegen die Stange und bewirken die Klemmung. Die P-Clamp eignet sich zur Klemmung von Stangen mit Durchmessern von 12 bis 40 mm und lässt sich problemlos mit Standardsystemen wie Pneumatikzylindern kombinieren.

Für den Einsatz auf Linearführungen und zum Klemmen von Linearantrieben bietet sich Linclamp an. Es eignet sich für übersetzende Anwendungen, die eine Notbremsfunktion erfordern. Wissner setzt Linclamp für seine Maschinenbaureihe Witec Performance ein. Durch die Verwendung von Linearantriebstechnik kann diese Maschine sehr hohe Eilgangsgeschwindigkeiten und Beschleunigungswerte erreichen. In Not-Situationen kommt es hierbei daher auf kurze Reaktionszeiten und hohe Brems- und Klemmkräfte an. Die Bremsbacken der Linclamp-Serie bestehen wahlweise aus widerstandsfähigen Sinter- oder Stahlbelegen. Bei der Ausführung mit integriertem Schnellentlüftungsventil ist die Reaktionszeit nochmals um 30 % geringer. Die Baureihe A der Linclamp eignet sich für Flächen außerhalb von Führungsschienen. Sie ist für einen Betriebsdruck von 4 bar und für die Schienengrößen 25 und 35 ausgelegt. In gelöstem Zustand beträgt der Abstand zwischen Klemm- und Kontaktfläche etwa 0,05 mm, was hohe Haltekräfte gewährleistet. Die Linclamp-Serien S, SK und SA sind sowohl für hohe als auch für niedrige Laufwagen unterschiedlicher Hersteller erhältlich. Für sie gibt es ein weites Produktprogramm an Standardausführungen, sodass eine sehr hohe Kompatibilität gewährleistet ist.

* Edmund Likus ist Leiter Entwicklung & Fertigung Klemmsysteme bei Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH in 63500 Seligenstadt, Tel. (0 61 82) 7 73-0, info@hema-group.com

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