ContiTech Luftfedersysteme Luftfedern und Balgzylinder für industrielle Anwendungen

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1 ContiTech Luftfedersysteme Luftfedern und Balgzylinder für industrielle Anwendungen ContiTech Division of Continental Corporation

2 1 Balgkonstruktionen/Produktvarianten Einfaltenbalg FS Bördelplatte Stahl, galvanisch verzinkt oder Edelstahl äußere Elastomerschicht Festigkeitsträger innere Elastomerschicht Stahlkern Universell einsetzbar, geringe Blockhöhe, ideal zur Schwingungsisolierung Zweifaltenbalg FD Metallteile separat austauschbar; Gürtelkern, demontierbar Wulstringe demontierbar; Gürtelkern, einvulkanisiert Geringe Blockhöhe, großer, niedrige Eigenfrequenzen Leichte und stabile Wulstringkonstruktion für große Faltenbälge 4

3 1 Dreifaltenbalg FT Gürtelkern, einvulkanisiert Deckplatte optional Schlauchrollbalg SK/SZ Kunststoffanschlussteile: Deckel, Kolben, Spannring. Bei Type SZ Mindestdruck erforderlich! Größtmöglicher bei geringer Blockhöhe, hohes Kippvermögen Leichte und preiswerte Balgzylinder Rollbalg RZ Anschlussteile aus Stahl, galvanisch verzinkt. Rollbalg separat austauschbar. Mindestdruck erforderlich. Gürtelrollbalg LG Anschlussteile aus Stahl oder Aluminiumguss. Gürtelrollbalg mit verstärktem Festigkeitsträger. Bewährte Nutzfahrzeugkonstruktion mit großem Zur Schwingungsisolierung schwerer Maschinen und Fundamente 5

4 2 Übersicht Produktprogramm Pneumatik Schwingungsisolierung minimale Einbauhöhe Durchmesser erforderlicher Einbauraum min. Höhe Kraft bei p = 8 bar halber empfohlene Tragkraft bei empf. Eigenfrequenz bei empf. [Hz] Einfaltenbälge FS 22-3 FS 40-6 FS 50-5 FS 70-7 FS 70-9 FS FS FS FS FS FS FS FS FS FS FS FS FS FS ,3 7,4 9, ,9 17,6 19,6 18,6 24, ,3 5,3 6,4 8 9,6 13, ,9 17,5 18, ,5 2,1 2,1 5,2 1,9 6,5 4,6 7,2 7, ,3 4,4 6,1 7,7 7,7 10,9 13, ,9 15, ,2 42,2 50,8 78,1 107,6 145, ,1 3,2 3,6 2,7 2,6 2,6 2,5 2,3 2,8 2,6 2,3 2,2 2,3 2 2,1 2,2 2,1 1,8 1,9 Pneumatik Schwingungsisolierung minimale Einbauhöhe Durchmesser erforderlicher Einbauraum min. Höhe Kraft bei p = 8 bar halber empfohlene Tragkraft bei empf. Eigenfrequenz bei empf. [Hz] Zweifaltenbälge FD FD FD FD FD FD FD FD FD FD FD FD * FD FD FD FD FD FD * FD FD FD * FD FD * FD FD ,4 11,5 16,7 18, ,5 26, , ,5 8 11,3 13,8 14, ,3 20, ,5 40,5 35, , , ,5 2,7 3,5 6,5 5,5 6,5 5,5 6,5 7, , , ,2 5,2 9,2 10,6 12,7 11,2 14,5 16,5 16,5 19,4 27, ,2,2 71,5 103,9 136,6 186,1 217,6 415,3 2,7 2,4 2,1 2 1,7 2 1,9 1,6 1,7 1,7 1,7 1,8 1,7 1,5 1,4 1,6 1,5 1,5 1,5 1,4 1,3 6 * Nicht zur Schwingungsisolierung geeignet

5 2 Pneumatik Schwingungsisolierung FT * FT * FT * FT * FT * FT * FT * FT * FT * FT * minimale Einbauhöhe Durchmesser erforderlicher Einbauraum min. Höhe Kraft bei p = 8 bar halber 22, ** 39** 62** 45** 220** empfohlene Tragkraft bei empf. Eigenfrequenz bei empf. [Hz] Dreifaltenbälge Pneumatik Schwingungsisolierung SK 19-4 SK 37-6 SK 37-8 SK 37-10* SZ SZ SZ SZ -11 SZ minimale Einbauhöhe Durchmesser erforderlicher Einbauraum min. Höhe 1,42 3 2,9 3,15 2,3 3,3 5,7 7,8 11 Kraft bei p = 8 bar halber 1,08 3 2,9 3,05 2,3 3,3 5,75 7,8 11 0,25 1,2 1,3 0,7** 1,9 2,8 5 5,4 8 empfohlene Tragkraft bei empf. 1,15 3,1 2,9 2,25 3,3 5,7 7,8 10,9 Eigenfrequenz bei empf. [Hz] 3,2 2,6 2,3 2 1,9 1,9 1,8 2,1 Schlauchrollbälge Pneumatik Schwingungsisolierung RZ RZ minimale Einbauhöhe Durchmesser erforderlicher Einbauraum min. Höhe 29,7 55 Kraft bei p = 8 bar halber 29, empfohlene Tragkraft bei empf. 29,7 54,2 Eigenfrequenz bei empf. [Hz] 1,5 1,2 Rollbälge Pneumatik Schwingungsisolierung LG LG LG LG minimale Einbauhöhe Durchmesser erforderlicher Einbauraum min. Höhe Kraft bei p = 8 bar halber empfohlene Tragkraft bei empf Eigenfrequenz bei empf. [Hz] 1,5 1,3 1,3 1,4 Gürtelrollbälge * Nicht zur Schwingungsisolierung geeignet ** bei p = 6 bar 7

6 3 Lieferbares Zubehör Tankventile B A Luftanschluss A R 1/4 R 1/8 Schlüsselweite B SW 22 SW 14 Art.-Nr Stiftschrauben h2 B h1 A Gewinde A Gewinde B Höhe h1 M 8 M mm 3/8-16 UNC 1/2-13 UNC 14 mm Höhe h2 34 mm 34 mm Art.-Nr Wulstringe d4 d3 d2 d1 Lmin B M8 Verwendung zulässiges d1 d2 d3 d4 Lmin B Anzahl der Anzugsmoment Schrauben [Nm] Art.-Nr. FS 40-6 FD FS 50-5 FS 70-7 FS 70-9 FD FS FS FS FD FD FD FS FD FD FD FS FS FD FD FT FS FS FD FD FD FT FT Ø 42 Ø 60 Ø 91 Ø 112,6 Ø 178 Ø 241 Ø 54 ± 0,5 Ø 72 ± 0,5 Ø 105 ± 0,5 Ø 125 ± 0,5 Ø 191 ± 0,5 Ø 253 ± 0,7 Ø 92 ± 0,2 Ø 110 ± 0,2 Ø 142 ± 0,5 Ø 163 ± 0,3 Ø 232 ± 0,3 Ø 290 ± 0,5 Ø 110 Ø 130 Ø 160 Ø 181 Ø 260 Ø x 60 6 x 60 8 x 45 8 x x x 22, auf Anfrage auf Anfrage Befestigung: Schrauben handfest anziehen, dann über kreuz mit zulässigem Anzugsmoment anziehen. Ggf. einen Wulstring drehen, wenn die Schraubenlöcher nicht in richtiger Position sind. 8

7 Allgemeine Betriebshinweise 4 Zulässige Arbeitsmedien für ContiTech Luftfedern Druckluft (auch ölhaltig) Stickstoff Wasser (auch mit Glykol) für Luftfedern mit korrosionsbeständigen Metallteilen Chemische Beständigkeit ContiTech Luftfedern sind generell beständig gegen: ölhaltige Druckluft chemisch nicht aggressiven Staub und Schmutz alkalische und saure Reinigungsmittel Hydrauliköle auf Glykolbasis Witterungseinflüsse ContiTech Luftfedern sind generell nicht beständig gegen Mineralöle, Öle auf Esther-Basis und Lösungsmittel. Die Ausnahme bilden die temperaturbeständigen Faltenbälge aus Epichlorhydrin (ECO) diese sind auch gegen Mineralöle beständig. Vor Erstanwendung fordern Sie bitte die ContiTech Beständigkeitsliste an. Temperaturbeständigkeit Standard-Faltenbälge und Rollbälge: 40 bis +50 C (+70 C) temperaturbeständige Faltenbälge (ECO): 20 bis +115 C (+130 C) Schlauchrollbälge (SK- und SZ-Typen): 30 bis +70 C (+90 C) Die Zahlen in Klammern geben die maximal zulässige Betriebstemperatur an, dabei ist jedoch mit eingeschränkter Lebensdauer zu rechnen. Lagerung ContiTech Luftfedern sollen in dunklen, trockenen Räumen bei normaler Raumtemperatur gelagert werden (DIN 7716). 9

8 5 Einbau und Anwendung ContiTech Luftfedern sind Produkte mit langer Lebensdauer und hoher Betriebssicherheit. Voraussetzung hierfür ist neben der richtigen Auslegung die sachgemäße Anwendung. Die folgenden Hinweise helfen in der Praxis, alle Vorteile von ContiTech Luftfedern für die Anwendung in der Pneumatik und in der Schwingungsisolierung voll auszunutzen. Warnung Kippwinkel Je nach Balgkonstruktion sind Winkelstellungen von 5 bis 30 möglich. Einbauraum Der Einbauraum ist so auszulegen, dass Scheuerstellen mit der Balgwand vermieden werden. H Plattenmitte H min erforderlicher Einbauraum 30 H max Vor dem Einbau ist der Balg auf eventuelle Beschädigungen durch den Transport oder falsche Lagerung zu prüfen. Der Balgzylinder ist erst nach dem korrekten Einbau mit Druckluft zu befüllen. Eine Höhenbegrenzung muss vorhanden sein. Der maximale Betriebsdruck der Standardausführung beträgt 8 bar. Verstärkte Produkte mit bis zu 16 bar sind auf Rückfrage verfügbar. Für die Aufnahme der Kräfte ist die gesamte Auflagefläche der Metallteile zu nutzen. Balgzylinder sind seitlich zu führen. Rückstellung Der Balgzylinder ist ein einfachwirkender Pneumatikzylinder. Der Rückhub muss über externe Kräfte z.b. mittels einer Last, eines Gegenzylinders oder einer Feder realisiert werden. Tragkraft Die Tragkraft ist direkt von der positionen abhängig. Bei zunehmendem sinkt bei konstantem Druck die Kraft. Kraft F H min konventioneller Pneumatikzylinder p = konstant Balgzylinder s H min H max Der Balgzylinder ist vor dem Demontieren zu entlüften. Der Gummibalg ist vor einem ständigen Kontakt mit Hydrauliköl, Schmiermitteln, Lösungsmitteln, Metallspänen, Schweißfunken zu schützen. Bei besonderen Einflüssen empfiehlt es sich, unter Angabe von Stoff, Temperatur und Konzentration weitere Auskünfte bei der ContiTech Luftfedersysteme GmbH einzuholen. Endanschlag Mechanische Endanschläge verhindern eine Beschädigung des Balges durch Zusammendrücken auf zu geringe Höhe. Höhenbegrenzung Mechanische Höhenbegrenzungen verhindern eine Überbeanspruchung oder ein Bersten des Balgzylinders. korrekt falsch 10 korrekt falsch

9 Balgzylinder für pneumatische Anwendungen 6 ContiTech Balgzylinder im Komplettsystem sind Allround- Talente für die Industrie-Pneumatik. Mit einem breiten Produktprogramm und kundengerechten, individuellen Entwicklungen lösen ContiTech Balgzylinder auch schwierige pneumatische Aufgaben im Maschinen-, Apparate- und Anlagenbau. 11

10 6 Balgzylinder für pneumatische Anwendungen ContiTech Balgzylinder können viele Einsatzfälle der Pneumatik- und Hydraulikzylinder abdecken. Sie sind von 0,5 kn bis 440 kn kraft verfügbar, mit Durchmessern von 60 mm bis 950 mm. Es sind Hübe bis 455 mm möglich. Vorteile Geringe Bauhöhe Winkelbewegung ohne Adapter Niedrige Anschaffungskosten ContiTech Balgzylinder besitzen im Vergleich zu herkömmlichen Pneumatikzylindern keine Kolbenstange. Die Einbauhöhe kann deshalb deutlich verringert werden. Somit wird Konstruktionshöhe gespart. ContiTech Balgzylinder sind je nach Typ für Kippwinkel bis zu 30 einsetzbar. Hierdurch kann auf aufwendige Verbindungselemente und Gelenkkonstruktionen verzichtet werden. Die Anschaffungskosten sind im allgemeinen deutlich geringer als bei konventionellen pneumatischen Zylindern. Hohe Lebensdauer und Wartungsfreiheit senken darüber hinaus auch die Betriebskosten. Verschleißfrei / wartungsfrei ContiTech Balgzylinder arbeiten auch unter schwierigen Einsatzbedingungen. Der Balg hat keine gegeneinander bewegten mechanischen Reibungsstellen (Dichtungen). Auch bei widrigen Umgebungsbedingungen wie Schmutz, Staub, Granulat, Schlamm, arbeitet das Produkt verschleißfrei. Lange Lebensdauer ContiTech Balgzylinder sind dynamisch hochbeständige Produkte. Sie sind unempfindlich gegen Witterung, viele Umwelteinflüsse und viele Chemikalien. Ihre Materialien haben sich im NFZ, PKW und Schienenfahrzeugbau bewährt. Auch bei extremen Belastungen wird eine hohe Lebensdauer erreicht. Umfangreiches Produktprogramm ContiTech Balgzylinder können viele Einsatzfälle von Pneumatikzylindern abdecken. Sie sind mit wirksamen Durchmessern von 60 mm bis 950 mm verfügbar. Es sind Hübe bis zu 455 mm möglich. Mit dem Produktprogramm sind Kräfte von 0,5 440 kn realisierbar. Reibungsfrei = ruckfreie Bewegung ContiTech Luftfedern haben keine gegeneinander bewegten Teile und Dichtungen. Es entsteht deshalb keine Haftreibung (Stick-Slip-Effekt). Die Balgzylinder sprechen deshalb selbst bei geringen Druckänderungen sofort und gleichmäßig an. Seitliche Flexibilität ContiTech Balgzylinder können mit seitlichem Versatz bis zu 20 mm zuverlässig arbeiten. Hierbei gibt es keine Dichtungen, die verschleißen oder blockieren können. Aufwendige exakte Führungen, die empfindlich gegen Staub und Schmutz sind, werden entbehrlich. Einfache wirtschaftliche Montage ContiTech Balgzylinder können drucklos mit minimaler Höhe sehr leicht eingebaut werden. Das spart Montagezeit und -aufwand. Über den flexiblen Balgzylinder können Montageungenauigkeiten ausgeglichen werden. Hohe Betriebssicherheit ContiTech Balgzylinder können mit ölfreier Druckluft betrieben werden. Sie sind deshalb auch für besondere Einsatzfälle, z.b. in der Nahrungsmittelindustrie, verwendbar. Durch entsprechende Sicherheitsstandards liegt der Ausfalldruck bei einem Vielfachen des zulässigen Betriebsdruckes. Beständigkeit bei unterschiedlichen Medien ContiTech Balgzylinder können in pneumatischen Anwendungen sowohl mit Druckluft, sowie mit weiteren gasförmigen Medien wie z. B. Stickstoff betrieben werden. In Niederdruckbereichen ist ebenfalls die Verwendung von hydraulischen Medien wie z. B. Wasser und Glykol zulässig. 12

11 6 Anwendungsgebiete ContiTech Balgzylinder werden in nahezu allen Industriebranchen verwendet. Typische Einsatzbereiche: widrige Umgebungseinflüsse und hohe Kraftanforderungen. Furnierpresse Presse Cola Beispiele für Anwendungen sind: Fahrzeuganwendungen Fördertechnik Landwirtschaftsmaschinen Lebensmittelindustrie Papier- und Textilmaschinen Sägewerksmaschinen Stanz- und Umformpressen... Einfaches Vervielfachen der kraft durch Parallelschalten mehrerer Balgzylinder. Einfach regelbare Druckkraft über einen weiten bereich. Holzentrindungsmaschine Stopper Scherenhubtisch Hohe Anpresskraft und Flexibilität; lange Lebensdauer trotz rauher Umgebungsbedingung. Niedrige Mindesthöhe; schnelle bewegung. Kippwinkel bis zu 30 realisierbar. Transport-Übergabevorrichtung Walzenspanner Klemmvorrichtung Großer ; lange Lebensdauer trotz rauher Umgebungsbedingung. Anpressen der Walzen. Ausgleich von Unregelmäßigkeiten im zu behandelnden Material durch die Federeigenschaften der ContiTech Balgzylinder. Kein Austritt von umweltschädlichen Medien bei Beschädigung des ContiTech Balgzylinders. 13

12 6 Balgzylinder für pneumatische Anwendungen Für eine erste Auswahl geeigneter ContiTech Balgzylinder sind die folgenden Parameter wichtig. In der Auswahltabelle auf Seite 6 7 sind die technischen Eckdaten enthalten. Auswahlparameter Balgzylinder haben eine Minimalhöhe Hmin (zusammengedrückter Zustand) und eine maximal zulässige Höhe H max (kein Endanschlag). Der maximal zulässige bei Balgzylindern ergibt sich aus der Differenz zwischen der zulässigen Höhe und der Minimalhöhe. Dieser oder ein beliebiger Ausschnitt hieraus kann genutzt werden. Größere höhen lassen sich durch eine Scherenkonstruktion oder Hintereinanderschaltung von zwei oder mehreren Balgzylindern erreichen (Abb. 6.1). Bei der Hintereinanderschaltung müssen die zwischen jeweils zwei Balgzylindern notwendigen Montageplatten seitlich geführt werden. Tragkraft Im Unterschied zu herkömmlichen Pneumatikzylindern entspricht der wirksame Durchmesser d w (und entsprechend die wirksame Fläche A w ) nicht dem Kolbendurchmesser. Ausserdem kann sich der wirksame Durchmesser mit der ändern. Balgzylinder weisen deshalb je nach Type und Größe eine mit zunehmendem abfallende Tragkraft auf (Abb. 6.2). Bei der Auslegung ist anhand des Kraft-Weg-Diagramms zu prüfen, ob der vorgesehene Balgzylinder an beiden Endpunkten des durchzuführenden es die geforderte Kraft erbringt und welcher Druck hierfür notwendig ist. Rückstellkraft Balgzylinder sind einfachwirkende Zylinder. Um den flexiblen Balg auf die Minimalhöhe zusammenzudrücken, wird eine Rückstellkraft benötigt. Sie kann der Tabelle des betreffenden Datenblattes entnommen werden. Bei Faltenbälgen ist eine Verformung ohne Innendruckbeaufschlagung möglich. Rollbälge und Schlauchrollbälge benötigen einen Mindestdruck, um auf dem Kolben abrollen zu können. Die Höhe des Mindestdrucks ist in den Datenblättern angegeben. Kolben und Zylinder Zweifaltenbalg Rollbalg d w d w d w Kraft F Kraft F Kraft F s s s Abb. 6.1 Führung hintereinandergeschalteter Balgzylinder Abb

13 6 Hinweise zur Projektierung Neben den in Kapitel 4 aufgeführten Allgemeinen Betriebshinweisen sind bei der Pneumatik die folgenden Aspekte relevant. Kippwinkel Balgzylinder können ihren unter einem Winkel ausführen. Hierbei ist der maximal zulässige Kippwinkel von der jeweiligen Balgtype und der Kinematik abhängig. Als Anhaltswerte können folgende Winkel herangezogen werden: Führung Balgzylinder haben je nach Typ und Größe eine sehr unterschiedliche Seitenstabilität, die außerdem von Druck und Höhe abhängig ist. Es empfiehlt sich daher in jedem Fall eine zusätzliche seitliche Führung vorzusehen. Vielfach ist eine Führung durch die Gesamtkonstruktion (Hebelarm, Scherenkonstruktion,...) bereits vorhanden. Höhenanschläge Balgzylinder müssen an den Endpunkten des es mit einer Höhenbegrenzung versehen sein. Die Konstruktion des Balgzylinders ist nicht für Kräfte ausgelegt, die bei Druckbelastung ohne Last- oder Höhenanschläge auftreten. Luftdruckbefüllung ohne Belastung kann zu Schäden am Produkt und damit einer Verletzungsgefahr für Personen führen. Einfaltenbälge: 10 bis 20 Zweifaltenbälge: 15 bis 25 Dreifaltenbälge: 15 bis 30 Schlauchrollbälge: ca. 15 Rollbälge: ca. 15 Bei der Auslegung ist zu beachten, dass an keiner Stelle die Minimalhöhe unterschritten oder die Maximalhöhe überschritten wird. Für die erforderliche Kraftbestimmung ist die Höhe in der Plattenmitte maßgebend (siehe Abb. 6.5). Im Zweifelsfall sollte ContiTech vorab kontaktiert oder Versuche zur Kinematik durchgeführt werden. H Plattenmitte Scheuerstellen vermeiden H min α H max Abb. 6.5 Kippwinkel bei Faltenbälgen korrekt falsch Luftverbrauch Der Außendurchmesser eines Balgzylinders ist etwas größer als der wirksame Durchmesser (vgl. Abb. 6.2, Tragkraft). Der Luftverbrauch wird daher zweckmäßig aus der Volumenkurve des jeweiligen Datenblattes und nicht aus wirksamer Fläche und höhe bestimmt. Abb. 6.3 Beispielhafte Konstruktion von Endanschlägen Unterschreiten der Minimalöhe Einbauraum Am Einbauort muss über den ganzen genügend Platz für die Durchmesserveränderung des Balges vorhanden sein. Seitliche Berührungspunkte (Scheuerstellen) sind zu vermeiden. Insbesondere bei Kippbewegungen ist auf schädliche Scheuerstellen zu achten (Abbildungen 6.5 und 6.6). Balgwände dürfen nicht aneinander scheuern korrekt falsch Abb. 6.4 Beispielhafte Konstruktion einer Höhenbegrenzung Überschreiten der Maximalhöhe Abb. 6.6 Kippwinkel bei Rollbälgen 15

14 6 Balgzylinder für pneumatische Anwendungen Hinweise zur Projektierung Auflagefläche des Balgzylinders Zur Aufnahme von Kräften sollte die ganze Auflagefläche des Balgzylinders genutzt werden. Wo dies nicht möglich ist, sollten mindestens zwei Drittel von der Auflagefläche bedeckt werden. Gegen mechanische Beschädigung schützen Balgzylinder sollen so montiert werden, dass sie nicht mechanisch beschädigt werden können. Maximaldruck Der Maximaldruck in der Standardausführung soll im Betrieb nicht 8 bar übersteigen. Bei Verwendung von Balgzylindern mit verstärkten Festigkeitsträgern ist eine Druckbeaufschlagung bis zu 16 bar möglich. Balgtypen und Konstruktionsdaten auf Anfrage. Versetzte Montage möglich Balgzylinder lassen infolge ihrer Flexibilität eine etwas versetzte Montage von oberer zur unteren Ebene zu. Der Versatz soll 10 mm, bei Zweifaltenbälgen 20 mm und bei Dreifaltenbälgen 30 mm nicht übersteigen. 16

15 Luftfedern in der Schwingungsisolierung 7 ContiTech Luftfedern bieten Lösungen für die schwingungsisolierte Lagerung von Maschinen. Von der technischen Auslegung bis zur Abstimmung der einzelnen Systemkomponenten. 17

16 7 Luftfedern in der Schwingungsisolierung ContiTech Luftfedern weisen sehr niedrige Eigenfrequenzen auf. Diese liegen je nach Typ bei 0,5 bis 3,5Hz. Mit Tragkräften von 0,5 kn bis über 440 kn können sowohl leichte Messmaschinen als auch schwere Fundamente effektiv gelagert werden. Vorteile Konstante Seitenstabilität p = 3 bar p = 6 bar Die der ContiTech Luftfedern ist über den Luftdruck einstellbar, unabhängig von der Traglast. Es gibt keine statische Einfederung wie bei anderen Federelementen. Ein bedienungsfreundliches, automatisch arbeitendes Regelsystem garantiert eine gleichbleibende auch bei wechselnden Traglasten. Geringe Bauhöhe ContiTech Luftfedern besitzen eine herausragende Seitenstabilität. ContiTech Luftfedern erreichen je nach Typ eine Quersteifigkeit von bis zu % der Vertikalsteifigkeit. Lastenunabhängige Isoliereigenschaften 2,0 1,5 1,0 Eigenfrequenz f o [Hz] 2,5 0 Tragkraft F Stahlfeder Luftfeder Die Federsteife ist proportional zur Tragkraft. Die Schwingungsisolierung ist nahezu unabhängig von der Tragkraft, d.h. konstante Eigenfrequenzen auch bei wechselnden Lasten. Möglichkeiten zur Standardisierung der Federtypen bei Aggregatfamilien durch breiten Traglastbereich der ContiTech Luftfedern. } H ContiTech Luftfedern besitzen eine geringe Bauhöhe. Die statische Einfederung entfällt. 18

17 7 Anwendungsgebiete Beispiele für Anwendungen sind: Dieselmotore, Generatoren Fahrzeugprüfstände Fundamentlagerungen Messmaschinen Schwermaschinen Waschmaschinen Webmaschinen Prüfstandslagerung Belade- und Übergabestation Kolbenmaschinen Vertikale Eigenfrequenz von ca. 1,5 Hz, bei Bedarf von ca. 0,5 Hz. Vermeidung von Resonanzen durch Verstimmung der Federwerte. Niveauregelung zur waagerechten Ausrichtung. Schutz von Wägezellen vor äußeren Schwingungseinflüssen und vor Stößen; konstante von Übergabestationen unabhängig von der Last. Bei 1,5 Hz Eigenfrequenz Isolierung von Erregerfrequenzen oberhalb von 200 1/min bzw. 3,3 Hz. Messgeräte Schwingsiebe, Schwingförderer Krankabinen Störungsfreier Betrieb durch vertikale Eigenfrequenz von 1,5 Hz. Konstante Schwingeigenschaften bei unterschiedlichen Beladungszuständen. Lange Lebensdauer auch unter rauhen Umgebungsbedingungen. Komfortable Kabinenlagerung zur Belastungsminderung des Bedienpersonals. 19

18 7 Luftfedern in der Schwingungsisolierung Auswahlparameter Für die Auswahl der richtigen Luftfeder sind folgende Hauptkriterien zu berücksichtigen: Tragkraft bzw. Gesamtgewicht und Anzahl der Lagerpunkte Empfohlene Isoliergrad Betriebsdruck Die Auswahltabelle auf Seite 6 7 liefert die technischen Daten zur ersten Abschätzung. Detaillierte Angaben befinden sich in den jeweiligen Produktdatenblättern. Isoliergrad Der Isoliergrad beschreibt das Maß der Isolierung von Schwingungserregungen. Grundsätzlich ist eine Schwingungsisolierung nur dann gegeben, wenn die Erregerfrequenz mindestens um das 1,4-fache größer ist als die jeweilige Eigenfrequenz. f e > 2 f o Der Isoliergrad kann aus Abb. 7.1 mit den Parametern Eigenfrequenz und Erregerfrequenz abgelesen werden. Ein Isoliergrad von beispielsweise 98% bedeutet, dass lediglich 2% der Erregerkräfte durch die Luftfedern übertragen werden; 98% der Anregungen werden isoliert. Die nachfolgenden Beschreibungen und Erläuterungen basieren auf einem vereinfachten Feder-Masse-System und folgenden Annahmen: Die Federn sind dämpfungsfrei Die Maschinenmasse ist klein gegenüber dem Untergrund Die Maschine ist ein kompakter starrer Körper Die Erregerkraft hat einen harmonischen Verlauf Tragkraft Bei der Auswahl der Luftfedern sollte eine Tragkraftreserve vorgesehen werden, um eine unsymmetrische Lastverteilung oder abweichende Gewichte kompensieren zu können. ContiTech Luftfedern sind so konstruiert, dass sie dynamische Lasterhöhungen aus Betriebsschwingungen zusätzlich aufnehmen können. Erregerfrequenz f e Hz UPM Isolierung [%] Resonanz Verstärkung Verstärkung Empfohlene Luftfedern entwickeln ihre Tragkraft durch variablen Innendruck. Daher gibt es bei Luftfedern keine statische Einfederung vergleichbar mit Stahl- oder Elastomerfedern; Eine direkte Beziehung zwischen aufgebrachter Last und Höhe besteht nicht. Veränderungen der Einfederung durch variierende Lasten können durch Anpassung des Betriebsdruckes ausgeglichen werden. Der Einsatz der Luftfedern bei der empfohlenen gewährleistet optimale Eigenschaften hinsichtlich Isolierwirkung und Quersteifigkeit. Bei notwendigen Abweichungen von dieser empfiehlt sich Rücksprache mit der ContiTech Anwendungstechnik oder einer Vertriebsfirma Abb. 7.1 Diagramm Isoliergrad Eigenfrequenz f o Betriebsdruck Der erforderliche Betriebsdruck in Abhängigkeit von der Traglast und der kann dem Datenblatt entnommen werden. In der Regel ist die Luftfeder richtig dimensioniert, wenn der Betriebsdruck zwischen 4 und 6 bar liegt. Es muß geprüft werden, ob der vor Ort zur Verfügung stehende Leitungsdruck unter Berücksichtigung von Druckschwankungen und Verlusten in Armaturen ausreicht UPM Hz 25 Soweit nicht anders vermerkt, sind sämtliche Druckangaben als Überdruck zu verstehen. 20

19 7 Hinweise zur Projektierung Neben den in Kapitel 4 aufgeführten Allgemeinen Betriebshinweisen sind bei der Schwingungsisolierung die folgenden Aspekte relevant. Schwingungsisolierung und Dämpfung ContiTech Luftfedern sind sehr niederfrequente Lagerelemente, die ihre Federkraft durch die Kompression des in ihnen enthaltenen Gases aufbauen. Als Maschinenlager mindern sie die Übertragung von Schwingungen und Körperschall in die Umgebung (Aktivisolierung) bzw. die Einwirkung von Schwingungen aus der Umgebung auf empfindliche Anlagen (Passivisolierung). Diese Schwingungsisolierung ist nicht zu verwechseln mit der Dämpfung, d.h. der Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme, wodurch z.b. im Bereich der Resonanz die Schwingungsamplituden auf ein zulässiges Maß begrenzt werden. Das Lehr sche Dämpfungsmaß von Standardluftfedern beträgt D = 0,03. Durch konstruktive Maßnahmen lässt sich die Dämpfung von ContiTech Luftfedern den Erfordernissen anpassen. In der Ausführung als verschleißfreie Luftdämpfung (Zwei- Kammer-Prinzip) sind Dämpfungen bis D = 0,15 lieferbar. Anschläge Luftfedern lassen Schwingungen in allen Richtungen zu. Je nach erwarteten dynamischen Schwingungen im Betrieb sowie beim An- und Abschalten sollten vertikale und horizontale Anschläge vorgesehen werden. In Abhängigkeit von der Größe der Luftfeder sind dabei Freiwege von 10 bis 30 mm praktikabel. Sämtliche Anschlüsse der Maschine oder des Aggregates müssen entsprechend flexibel ausgeführt sein um die hohe Isolierwirkung der ContiTech Luftfedern nicht zu beeinträchtigen. Als Anschläge eignen sich ContiTech SCHWINGMETALL Anschläge, die als Parabel-Federn, Anschlagpuffer und Anschlagschienen in verschiedenen Größen, Elastomerhärten und Ausführungen lieferbar sind. Stabilität und Schwerpunkthöhe Luftfedern sollen stets so montiert werden, dass der kleinste Abstand der Lagerungspunkte zweimal größer ist als die Höhe des Schwerpunktes über der Lagerungsebene. Hierdurch werden evtl. auftretende Wankbewegungen minimiert und Betriebsproblemen wegen mangelnder Standsicherheit vorgebeugt. Abb. 7.2 zeigt die Anordnung der Lagerelemente bei kleiner Grundfläche und großer Schwerpunkthöhe. korrekt a a>2h Abb. 7.2 Stabilitätsverbesserung durch Anhebung der Lagerebene Quersteifigkeit Luftfedern haben je nach Typ sehr unterschiedliche Quersteifigkeiten. Für die einzelnen Luftfeder-Typen kann bei der jeweils empfohlenen für Schwingungsisolation mit folgender Quersteifigkeit bezogen auf die Axialsteifigkeit gerechnet werden: Einfaltenbalg 30 bis 60% Zweifaltenbalg 5 bis 30% Gürtelrollbalg 30 bis 50% Die Typen Dreifaltenbalg, Rollbalg und Schlauchrollbalg haben keine Quersteifigkeit und können nur bei seitlicher Führung zur Schwingungsisolierung eingesetzt werden. Roll- und Schlauchrollbälge werden zweckmäßigerweise durch eine Stützglocke geführt, die die Luftfeder in eine innen und außen geführte Membran umwandelt. Wegen ihrer niedrigen Eigenfrequenz sind beide Typen ausgezeichnete Schwingungsisolatoren. h h falsch a a<h 21

20 7 Luftfedern in der Schwingungsisolierung Hinweise zur Projektierung Zusatzvolumen, Veränderung der Eigenfrequenz Die Federsteifigkeit der Luftfedern resultiert aus der Kompression des eingeschlossenen Luftvolumens. Durch Verwendung eines Zusatzvolumens kann die Axial-Federsteifigkeit weiter verringert werden. Je nach Dimensionierung der Verbindungsleitung zwischen Luftfeder und Zusatzvolumen wird eine verschleißfreie alterungsbeständige Luftfederung erzeugt. Ist die Verbindungsleitung mit einer Absperrmöglichkeit versehen, kann die Luftfederlagerung zwischen zwei vertikalen Eigenfrequenzen umgeschaltet werden. Niveauregelung Luftfedern können auf verschiedene Art und Weise mit Luft versorgt werden. Tankventil Für Anwendungen, bei denen die Last konstant ist und kleine Höhendifferenzen in Kauf genommen werden können, kann ein Tankventil verwendet werden (Seite 8). Nach der ersten Füllung ist dann der Druck oder die in regelmäßigen Abständen zu überprüfen und ggf. zu korrigieren. Druckregelsystem Bei mehreren Luftfedern, die an ein gemeinsames Druckregelventil angeschlossen werden, erfolgt der Ausgleich von Luftverlusten automatisch und wartungsfrei. Mit diesem System ist es möglich, Maschinen mit unbekannter Gewichtsverteilung waagerecht aufzustellen. Hierzu werden die Luftfedern zu 3 Gruppen zusammengefasst und die zugehörigen Druckregelventile den unterschiedlichen Gewichtsanteilen entsprechend eingestellt (Abb. 7.3). Diese Art der Luftversorgung kann nur bei Faltenbälgen und Schlauchrollbälgen der Typen SK verwendet werden; D.h. bei Luftfedern, deren Tragkraft sich mit steigender verringert. Höhenregelsystem Wenn hohe Anforderungen an die Niveaulage gestellt werden, oder bei Verwendung von Rollbälgen (Typen SZ, RZ und LG) zur Schwingungsisolierung werden automatisch arbeitende Höhenregelventile verwendet. Eine Höhenregelung ist immer mit 3 Regelventilen auszuführen, um die Niveaulage der Maschine durch 3 Punkte zu bestimmen (Abb. 7.4). Montage Im Gegensatz zu anderen Federelementen mit statischer Einfederung können Luftfedern auch als element eingesetzt werden. Dies vereinfacht die Montage außerordentlich. Das Vorspannen der Lagerelemente entfällt; Separates Hebezeug ist nicht erforderlich. Ebenso entfällt das aufwendige Nivellieren und Ausrichten. Die Höhe wird bequem über den Luftdruck oder mittels Höhenregelventile einmalig eingestellt. Der Luftanschluss soll bei schwingungserzeugenden Maschinen auf die ruhende Seite gelegt werden. Druckregelsystem Abb. 7.3 Präzisions- Druckregelventil Luftfilter Höhenregelsystem Druckregelventil für Primärdruck 3 Luftfedergruppen Höhenregelventil Manometer Luftfedergruppen 2 2 Manometer Komplettsysteme Die Schwingungsisolierung mit ContiTech Luftfedern kann als Komplettsystem bestehend aus Luftfedern, Niveauregelung und sämtlichem Zubehör bei ContiTech oder einer von ContiTech empfohlenen Vertriebsfirma bezogen werden. Abb. 7.4 Luftfilter Manometer für Primärdruck 22

21 Formelsammlung 8 Thermodynamische Zustandsänderung Für dynamische Federvorgänge: κ = 1,4 (für Luft) p.v κ = const Druckänderung von p 1 auf p 2 Druckänderung infolge adiabater Federvorgänge von Höhe 1 auf Höhe 2 Volumen V 1 und V 2 : siehe Datenblatt p 2 = (p 1 + p a ) ( V 1 /V 2 ) κ p a [bar] Luftverbrauch Luftverbrauch bei Federvorgängen von Höhe 1 auf Höhe 2 Volumen V 1 und V 2 : siehe Datenblatt V 1 (p 1 +p a ) V 2 (p 2 +p a ) L = p a p a [ l /] Axialfedersteife von Luftfedern Für dynamische Federvorgänge: κ = 1,4 (für Luft) Einheiten gemäß nachstehender Aufstellung Eigenfrequenz Für den ungedämpften Einmassenschwinger Übertragungsverhältnis Kenngröße für das Verhältnis der Kräfte oberhalb und unterhalb der Luftfederelemente Isoliergrad Kenngröße für die Isolierwirkung der Luftfederlagerung (vgl. Abb. 7.1, Seite 20) 2 p da w (p+p a ) A W c =. + κ. 10 ds 10 V ƒ 0 =. c 2π /m [Hz] T = F T/F e = η = 1 T =1 1 ( f e/f 0 ) ( f e /f 0 ) 2 1 [ N /mm] Formelzeichen Einheit Begriff Formelzeichen Einheit Begriff A w mm 2 Wirksame Fläche c N/mm Federsteife daw ds mm Änderung der wirks. Fläche f e Hz Erregerfrequenz f 0 Hz Eigenfrequenz F N Kraft F e N Erregerkraft F T N Übertragene Kraft L l Luftverbrauch pro pa bar Umgebungsdruck ~ 1 bar p bar Betriebsüberdruck p1 bar Überdruck im Betriebspunkt 1 p2 bar Überdruck im Betriebspunkt 2 T - Übertragungsverhältnis V l Volumen im Betriebspunkt V1 l Volumen im Betriebspunkt 1 V2 l Volumen im Betriebspunkt 2 κ - Polytropenexponent m kg Traglast η - Isoliergrad 23

22 9 Diagramm- und Datenblattanleitung Die Datenblätter der ContiTech Luftfedern enthalten folgende Daten (hier am Beispiel des FS erläutert). Hauptabmessungen, Anschlussmaße Die Grafik enthält alle wesentlichen Anschlussmaße. Angaben zur Höhe sind dem Kraft-Weg-Diagramm zu entnehmen; die Gewindeabmessungen den Bestellangaben. Ablesebeispiel zur Pneumatikanwendung: Welche kraft bietet der Balgzylinder FS bei 70mm mit 6bar Betriebsdruck? minimale : mm [A] Höhe bei 70mm : mm + 70mm = 121mm Man legt eine Senkrechte [B] durch die Höhe 121mm und im Schnittpunkt mit der 6bar-Kennlinie [C] eine waagerechte Linie [D]. Der Schnittpunkt dieser Waagerechten mit der Kraft-Achse [E] ist der gewünschte Wert: ca. 23 kn. Ablesebeispiel zur Schwingungsisolierung: Welchen Betriebsdruck benötigt der Balgzylinder FS bei 19 kn Tragkraft? Eine Waagerechte ausgehend von der Kraftachse bei 19 kn [F] schneidet die gestrichelte Linie für die empfohlene Höhe zur Schwingungsisolierung zwischen der 5 bar- und 6 bar-isobaren [G]. Der Wert wird zu ca. 5,5 bar abgeschätzt. Ein exakter Wert kann durch lineare Interpolation über die Tabelle Schwingungsisolation mit dem nächstliegenden Betriebsparameter (hier: 17,8 kn bei 5 bar) bestimmt werden: (19 kn /17,8 kn) x 5 bar = 5,3 bar. Kraft-Weg-Kennlinie und Volumenkennlinie Im Kraft-Weg-Diagramm sind alle wesentlichen Funktionswerte dargestellt: a) Die Isobaren, d.h. der Verlauf der Kraft über der Höhe bei konstantem Betriebsdruck und Volumen V [l] empf. für Schwingungsisolation 130 mm Einsatz bei >140 mm nur nach Rücksprache mit ContiTech 8 bar 7 bar 6 bar Kraft F b) die Volumenkurve, der Rauminhalt der Luftfeder bei der jeweiligen Höhe. Auf der x- Achse sind die relevanten n eingetragen: die Minimalhöhe H min, die empfohlene Höhe zur Schwingungsisolierung, die maximal empfohlene Höhe H max empf., bis zu der die Luftfeder uneingeschränkt verwendet werden kann und die maximal zulässige Höhe H max. Der Betrieb im punktierten Bereich zwischen H max empf. und H max bedeutet unter Umständen eine erhebliche Belastung für die Luftfeder. Es wird empfohlen, vor einem Einsatz in diesem Betriebsbereich die Betriebsparameter von der Anwendungstechnik gründlich prüfen zu lassen [C] [D] [G] [B] Volumen 5 bar 4 bar 3 bar 2 bar 1 bar H max = 150 Höhe H H min = [A] [E] 20 [F] Kraft-Weg-Diagramm 24

23 9 Bestelldaten In den Bestellangaben sind alle aus Standardkomponenten herstellbaren Varianten aufgelistet. Bei Faltenbälgen mit Bördelplatten gibt es darüber hinaus noch die Möglichkeit, Wulstringe zur Befestigung zu wählen (siehe Seite 8). Weitere Produktvarianten hinsichtlich Abmessungen und Werkstoffen sind ggf. auf Anfrage möglich. Tabelle Schwingungsisolation Die in der Tabelle angegebenen technischen Daten gelten für die empfohlene. Die empf. ist im Hinblick auf optimale Schwingungsisolierung festgelegt. Wenn die unter dem Wert minimal gewählt wird, ist eine zusätzliche seitliche Führung vorzusehen. Die Steifigkeits- und Eigenfrequenzangaben beziehen sich i.d.r. auf Messwerte mit ±5mm Amplitude und 1Hz Anregungsfrequenz. Tabelle Pneumatische Anwendung Als grobe Orientierung sind einige Punkte der Kraft-Weg-Kennlinien hier zusätzlich als Werte aufgelistet. Eine Interpolation geschieht wie oben im Kapitel 9 Ablesebeispiel zur Schwingungsisolierung beschrieben. 25