Die sichere, seitliche Befestigung von Stoppern am Aluminiumprofil

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1 White Paper Die sichere, seitliche Befestigung von Stoppern am Aluminiumprofil Experimenteller Vergleich verschiedener Lösungsansätze Stefan Jacob Wörner Automatisierungstechnik GmbH September 2016 Der Wörner-Stopper. Das Original.

2 Inhaltsverzeichnis Seite 1. Zusammenfassung Ausgangssituation Untersuchte Lösungsansätze Versuchsergebnisse Fazit Autor Firmenprofil Kontaktdaten Zusammenfassung Stopper/Vereinzeler werden aufgrund zahlreicher damit verbundener Vorteile häufig seitlich am Trägerprofil von Fördermaschinen befestigt. Mit dieser Befestigung müssen in ungünstigen Fällen hohe Kräfte vom Stoppergehäuse in das Profil übertragen werden. Als gute Lösung zur Verbesserung der Kraftübertragung zwischen Gehäuse und Profil haben sich Stahlhülsen erwiesen, wie sie z.b. von Wörner schon lange verwendet werden. Diese Stahlhülsen werden direkt an den Schraubstellen als Formschlusselemente verbaut. Bei ungünstigen Einsatzbedingungen kann die Kraftübertragung durch die Verwendung von Formstücken, die einen verbesserten Formschluss bieten, noch einmal deutlich verbessert werden. Besonders vorteilhaft ist hier die von Wörner neu entwickelte mehrteilige Variante. 2. Ausgangssituation Stopper/Vereinzeler sind ein wesentliches Element zur Materialflusssteuerung in Transfer- und Montagesystemen, in denen Stetigförderer zum Einsatz kommen. Sie halten Werkstücker oder Werkstückträger (WT) 1 positionsgenau an, z.b. an einer Bearbeitungsstation oder an einer Staustelle, und geben sie bei Bedarf für den weiteren Transport frei. Häufig verfügen die Stopper dabei über ein integriertes Dämpfungssystem, das die auflaufende Palette sanft und schonend abbremst. In vielen Fällen werden die Stopper seitlich am Trägerprofil der Förderer befestigt, siehe Bilder 1 und 2. Als Befestigungselemente kommen gewöhnlich entweder Hammerschrauben und Bundmuttern oder Hammermuttern und Standard-Schrauben zum Einsatz. Um die Krafteinleitung vom Stoppergehäuse in das Profil zu verbessern und eine Verdrehung zu verhindern, werden zusätzlich Formelemente (z.b. Stahlhülsen) verwendet, die sowohl in das Stoppergehäuse als auch in die Profilnut eingreifen. 1 Im Folgenden wird Palette synonym für Werkstück und/oder Werkstückträger verwendet 1

3 Bild 1: Befestigung eines Stoppers mit integriertem Dämpfungssystem am Profil eines Förderers Bild 2: seitliche Befestigung im Detail Die Vorteile einer derartigen seitlichen Befestigung liegen auf der Hand: Es werden keine zusätzlichen Trägerelemente (z.b. Traversen) für die Stopper benötigt, die Position der Stopper ist entlang des Profils frei wählbar und das Funktionsmaß zwischen dem Anschlag und der Oberkante der Fördertechnik ist zwangsweise immer sicher gestellt. Probleme können mit dieser Befestigungsart z.b. dann auftreten, wenn das Profil eine konkave oder konvexe Wölbung aufweist und dadurch die Anlagefläche des Gehäuses reduziert wird. Wenn sehr große Kräfte übertragen werden sollen, z.b. bei ungedämpften Stoppern oder bei einem schlecht eingestellten Dämpfungssystem, kann es ebenfalls zu einer Verschiebung/ Verdrehung des Stoppergehäuses kommen. Gesucht wird daher eine Möglichkeit, diese Verschiebung/Verdrehung sicher zu verhindern. 3. Untersuchte Lösungsansätze Es wurden folgende Lösungsansätze untersucht: Variante 1: Variante 2: bestehend aus: Standard-Schrauben Hammermuttern Stahlhülsen Dabei handelt es sich um den aktuellen Wörner-Befestigungssatz. bestehend aus: Hammerschrauben Bundmuttern Stahlhülsen 2

4 Variante 3: Variante 4: bestehend aus: Hammerschrauben Bundmuttern Formstücke Bei dem Formstück handelt es sich um eine Wörner-Neuentwicklung. bestehend aus: Standard-Schrauben Hammermuttern Formstück (einteilig) Bei dem Formstück handelt es sich um die Entwicklung eines Anlagenbetreibers. Variante 5: Variante 6: bestehend aus: Sechskantschrauben rhombusförmige Muttern für T-Nuten Unterlegscheiben bestehend aus: Standard-Schrauben Nutensteine mit Feder Stahlhülsen Variante 7: Variante 8: bestehend aus: Hammerschrauben Bundmuttern Formstück (einteilig) Dieses Formstück wird von der Firma Asutec angeboten. bestehend aus: Hammerschrauben Bundmuttern Kunststoff-Formstücke (Zentrierstopfen) Diese Variante wird von Bosch Rexroth angeboten. 3

5 4. Versuchsdurchführung Die Versuche wurden auf dem Dauerprüfstand der Firma Wörner Automatisierungstechnik durchgeführt. Als Prüfling wurde ein Stopper ohne integriertes Dämpfungssystem des Typs D EW verwendet. Der Stopper wurde mit den jeweiligen Befestigungssätzen und einem Anzugsmoment von 20 Nm an einem typischen Trägerprofil befestigt. Es wurden folgende Testbedingungen verwendet: Palettenmasse 80 kg Vortriebskraft 50 N Geschwindigkeit 12 m/min Die Fähigkeit der jeweiligen Befestigungssätze zur Übertragung großer Kräfte vom Stoppergehäuse in das Profil wurde bestimmt, indem nach jeweils 10, 100, 500 und Belastungszyklen die Verdrehung bzw. Verschiebung des Stoppers gemessen wurde. Diese wird als Differenz aus den Maßen A und B (siehe Bild 3) errechnet. Bild 3: Ermittlung der Verdrehung/Verschiebung des Stoppers im Belastungstest In einem Nachtest (Test 2) kam als Prüfling ein Stopper des Typs DBS-20/60-08-EW mit integriertem Dämpfungssystem zum Einsatz. Dabei wurden folgende Testparameter verwendet: Palettenmasse 35 kg Vortriebskraft 35 N Geschwindigkeit 12 m/min vollständig geöffnete Einstellschraube des Dämpfungssystems (d.h. keine Dämpfwirkung) 5. Versuchsergebnisse Die Versuchsergebnisse sind in Bild 4 zusammenfassend dargestellt. Es ist gut zu erkennen, dass sich die acht getesteten Befestigungssätze bezüglich der Verdrehung/Verschiebung des Prüflings in drei Gruppen einteilen lassen: 1. Verdrehung/Verschiebung < 0,5 mm Bei den Varianten 3 und 4 kommen jeweils Formstücke zur Verbesserung der Kraftübertragung zum Einsatz. 4

6 2. Verdrehung/Verschiebung > 1,0 mm Bei der Variante 7 kommt ebenfalls ein einteiliges Formstück (Fa. Asutec) zum Einsatz, allerdings im Vergleich mit den Varianten 3 und 4 mit deutlich schlechterem Ergebnis. Die Varianten 1 und 2 verwenden eine Stahlhülse zur Verbesserung der Kraftübertragung und entsprechen prinzipiell dem aktuellen Wörner-Standardbefestigungssatz. 3. Verdrehung/Verschiebung > 1,5 mm Bei den Varianten 5 und 6 kommen Nutensteine bzw. spezielle Hammermuttern zum Einsatz. In der Variante 8 (Bosch Rexroth) liefern die Kunststoffformstücke (Zentrierstopfen) keinen erkennbaren Beitrag um die Kraftübertragung zu verbessern (siehe dazu Anmerkung im folgenden Absatz). Bild 4: Versuchsergebnisse Die Ergebnisse mit der Variante 8 sind möglicherweise nicht direkt mit denen der anderen Varianten vergleichbar. Die geringe Breite des Prüflings erlaubt die Verwendung der Zentrierstopfen nur in einem sehr geringen Abstand voneinander, was die möglicherweise beabsichtigte Wirkung (Verdrehsicherung) sicherlich reduziert. Daher wurde ein Nachtest (Test 2) mit einem anderen Prüfling (DBS-20/60-08-EW) durchgeführt, der mehr Bauraum für die Anordnung der Zentrierstopfen bietet. Die Ergebnisse dieses Tests sind in Bild 5 zusammenfassend dargestellt. Generell liegen die Werte für die Verdrehung/Verschiebung unterhalb derer aus dem ersten Versuch, was auf die geringere Belastung zurückzuführen ist. Zwischen den Varianten 1 und 2 sind die Unterschiede gering, mit einem kleinen Vorteil für die Variante 2 mit Hammerschraube. Die Variante 8 liefert auch in diesem Test das schlechteste Ergebnis. Weitere Ergebnisse/Auffälligkeiten: Die rhombusförmige Mutter für T-Nuten (Variante 5) hat sich bereits bei der Montage verformt. Das wird mindestens eine Mehrfachverwendung der Mutter verhindern, könnte im schlechtesten Fall aber auch die dynamische Belastbarkeit der Befestigung reduzieren. 5

7 Auch bei der Standard-Hammermutter (Variante 1) kam es zu dem oben beschriebenen Verformungsproblem, verbunden mit den genannten Nachteilen. Wird im Befestigungssatz eine Innensechskantschraube ohne Unterlegscheibe verwendet (Variante 1), kommt es am Stoppergehäuse zu Eindrückungen in die für den Sitz der Stahlhülsen vorgesehenen Bohrungen. Im schlechtesten Fall können die Stahlhülsen dann nicht mehr in die Bohrungen gesteckt werden, womit eine Montage des Stoppers an dieser Gehäuseseite unmöglich wird. Bild 5: Versuchsergebnisse des Nachtests 6. Fazit Aus den oben beschriebenen Ergebnissen lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: 1. Stahlhülsen besser geeignet als Kunststoff-Formstücke (Zentrierstopfen) Die Befestigungssätze mit Stahlhülsen als Formschluss-Elemente (Varianten 1 und 2) haben in beiden Tests deutlich bessere Ergebnisse gezeigt als die Varianten ohne derartige formschlussgebende Elemente bzw. als die Variante mit Kunststoff-Zentrierstopfen (Variante 8). Für Standard-Anwendungen ist daher den Stahlhülsen der Vorzug zu geben. 2. Stahl-Formstücke verringern Verdrehung deutlich Die Stahl-Formstücke (Varianten 3 und 4) verringern die Verdrehung/Verschiebung deutlich. Bei schwierigen Einsatzbedingungen (Profile mit Wölbung, hohe Geschwindigkeiten oder Palettenmassen, manuelle Arbeitsplätze mit undefinierten Kräften) ist daher diesen Lösungen der Vorzug zu geben. Die Variante 3 bietet gegenüber der Variante 4 den Vorteil, dass die Formstücke unabhängig voneinander je Schraube verwendet werden können. Damit muss nicht für jeden denkbaren Abstand zwischen den Befestigungsschrauben (d.h. für verschiedene Stoppergehäuse) ein separates (einteiliges) Formstück hergestellt werden. Die Variante 7 (Asutec) ist nicht empfehlenswert. 6

8 3. Hammermuttern und Nutensteine sind ungeeignet Hammermuttern und Nutensteine (Varianten 1, 5 und 6) sind generell weniger empfehlenswert, das sie bereits bei einem Anzugsmoment von 20 Nm zur Verformung neigen. 7. Autor Stefan Jacob ist Geschäftsführer bei der Wörner Automatisierungstechnik GmbH und dort u. a. verantwortlich für Produktentwicklung, Fertigung und Montage. 8. Firmenprofil Die Wörner Automatisierungstechnik GmbH zählt zu den international führenden Anbietern für Vereinzelungslösungen in der Automatisierungstechnik. Den Grundstein für das Unternehmen legte Helmut Wörner im Jahr 1965, heute steht der Wörner-Stopper weltweit als Synonym für Präzision und Langlebigkeit. Zum Produktportfolio zählt eine große Bandbreite an Standardkomponenten, darüber hinaus werden aber auch maßgeschneiderte Lösungen realisiert. Über ein weltweites Netzwerk unterhält Wörner Geschäftsbeziehungen zu internationalen Vertriebspartnern. Der Wörner-Stopper. Das Original. 9. Kontaktdaten Wörner Automatisierungstechnik GmbH Rechbergstraße 50 D Denkendorf Tel: Fax: sales@woerner-gmbh.com 7