Kompaktes Klemmen und Bremsen für Pneumatikzylinder

Mit der Serie CBPS führt die Zimmer Group Klemm- und Bremselemente für Pneumatikzylinder ein, die Kolbenstangen nicht nur statisch halten, sondern auch bewegte Lasten kontrolliert abbremsen können. Die Baureihe richtet sich insbesondere an Maschinenbau-, Automatisierungs- und Handhabungsanwendungen, bei denen vertikale oder anderweitig bewegte Lasten bei Druckverlust oder Maschinenstillstand gesichert werden müssen.

Kontrolliertes Bremsen bei Energieausfall
Ein wesentlicher Unterschied gegenüber rein statischen Klemmelementen liegt in der Kombination aus Klemm- und Bremsfunktion. Die Elemente sind energielos geschlossen und nutzen einen Federenergiespeicher. Fällt die pneumatische Energieversorgung aus, kann das Element dadurch schließen, die Bewegung der Kolbenstange abbremsen und anschließend die Last halten.

Dieses Funktionsprinzip ist insbesondere bei vertikalen Achsen relevant, da eine bewegte Last bei einem Druckabfall nicht allein durch eine statische Haltefunktion abgesichert werden sollte. Nach Angaben der Zimmer Group beträgt die Haltekraft der CBPS-Elemente mindestens das Doppelte der Kraft des jeweils eingesetzten Pneumatikzylinders.

Je nach Baugröße unterscheiden sich die verfügbaren Haltekräfte. Die veröffentlichten technischen Daten nennen beispielsweise 1.360 N für die Baugröße CBPS2040, 2.120 N für CBPS2050, 3.360 N für CBPS2063 und 5.420 N für CBPS2080.

Normschnittstellen vereinfachen die Maschinenintegration
Die Klemmelemente können direkt mit Standardzylindern nach DIN EN ISO 15552 sowie Kompaktzylindern nach DIN EN ISO 21287 kombiniert werden. Damit lässt sich die Sicherheitstechnik sowohl bei neuen Maschinenkonstruktionen als auch bei der Nachrüstung bestehender pneumatischer Achsen berücksichtigen, ohne eine vollständig proprietäre Zylinderschnittstelle vorauszusetzen.

Für Kolbenstangen und Wellen sind die Toleranzklassen f8, g8 und h7 vorgesehen. Ein integrierter Abstreifer schützt den Klemmmechanismus vor Verunreinigungen und unterstützt damit den Einsatz unter typischen industriellen Umgebungsbedingungen.

Der zulässige Betriebstemperaturbereich reicht von -10 °C bis +70 °C. Der pneumatische Betriebsdruck liegt laut den veröffentlichten technischen Daten zwischen 4 und 6,5 bar.

Zustandsüberwachung für die Maschinensteuerung
Für die Integration in automatisierte Maschinen kann der geöffnete beziehungsweise geschlossene Zustand des Klemmelements optional über Magnetfeldsensoren erfasst werden. Dafür stehen C- und T-Nuten zur Verfügung.

Die Steuerung kann dadurch überwachen, ob die Klemmung tatsächlich geöffnet oder geschlossen ist, bevor nachfolgende Maschinenbewegungen freigegeben werden. Diese Rückmeldung ist insbesondere bei sicherheitsgerichteten Abläufen und automatisierten Handhabungsprozessen relevant.

Die veröffentlichten technischen Daten zeigen außerdem kurze Schaltzeiten. Je nach Baugröße liegen die Öffnungszeiten beispielsweise zwischen 0,035 und 0,065 Sekunden; die Schließzeiten reichen bei den betrachteten Varianten von 0,035 bis 0,08 Sekunden.

Auslegung für statisches Klemmen und dynamisches Bremsen
Für die Serie gibt die Zimmer Group eine Lebensdauer von fünf Millionen statischen Klemmzyklen an. Zusätzlich ist die Konstruktion laut Produktankündigung für bis zu 2.000 dynamische Bremszyklen ausgelegt.

Die Unterscheidung zwischen statischen Klemmzyklen und dynamischen Bremsvorgängen ist technisch relevant: Beim statischen Klemmen wird eine bereits stillstehende Kolbenstange gehalten, während beim dynamischen Bremsen Bewegungsenergie über den Klemmmechanismus aufgenommen werden muss. Deshalb ist die zulässige Zahl dynamischer Bremsvorgänge deutlich geringer als die Zahl der statischen Schaltzyklen.

Die Baureihe ist nach Angaben des Herstellers nach DIN EN ISO 13849-1/-2 für sicherheitsrelevante Anwendungen ausgelegt. Damit adressiert sie Maschinenkonzepte, bei denen pneumatische Bewegungen im Rahmen einer sicherheitsbezogenen Steuerungsfunktion kontrolliert gestoppt beziehungsweise gegen unbeabsichtigtes Absinken gesichert werden müssen.

Einsatz in vertikalen und bewegten Pneumatikachsen
Typische Einsatzfelder liegen in Montage- und Handhabungsanlagen, automatisierten Produktionsmaschinen sowie Maschinenachsen, bei denen pneumatische Zylinder Lasten vertikal oder in anderen sicherheitskritischen Bewegungsrichtungen verfahren.

Durch die Kombination von Bremsen, anschließendem Halten und elektrischer Zustandsabfrage kann ein einzelnes mechanisches Element mehrere Aufgaben innerhalb des Sicherheitskonzepts einer pneumatischen Achse übernehmen. Die standardisierten Zylinderschnittstellen sind dabei insbesondere für Maschinenbauer relevant, die Sicherheitsfunktionen ergänzen möchten, ohne das gesamte pneumatische Antriebskonzept neu auszulegen.

Zusätzlicher Kontext:
Diese Sektion beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren.

Klemm- und Verriegelungssysteme für Pneumatikzylinder sind auch von anderen Herstellern verfügbar. Ein objektiver Vergleich erfordert jedoch eine Unterscheidung zwischen statischen Verriegelungen und Komponenten, die bewegte Kolbenstangen tatsächlich abbremsen dürfen.

Als vergleichbares Konzept bietet SMC beispielsweise ISO-15552-Zylinder der Baureihe CP96 mit Verriegelungseinheit an. Für eine veröffentlichte CP96-Ausführung mit 80-mm-Kolbendurchmesser nennt SMC eine maximale statische Haltekraft von 3.920 N, einen Mindestbetriebsdruck der Verriegelung von 0,3 MPa und eine Stoppgenauigkeit von ±1,0 mm. Die Verriegelung wirkt in beide Bewegungsrichtungen.

Die CBPS-Serie verfolgt dagegen einen modularen Ansatz als separates Klemm- und Bremselement für standardisierte Pneumatikzylinder. Für die veröffentlichten CBPS-Baugrößen reichen die Haltekräfte beispielsweise von 1.360 bis 5.420 N. Zusätzlich gibt Zimmer für die einzelnen Varianten eine Positioniergenauigkeit von ±0,100 mm und einen B10d-Wert von fünf Millionen Zyklen an.

Die Werte sind nicht unmittelbar als Leistungsrangfolge zu interpretieren, da Zylindergröße, Kolbenstangendurchmesser, zulässige Last, Betriebsdruck und die Definition des jeweiligen Brems- beziehungsweise Verriegelungsvorgangs unterschiedlich sind. Für die konstruktive Auswahl sind daher insbesondere Haltekraft, zulässige dynamische Bremsenergie, Schaltzeit, Zylinderschnittstelle und die sicherheitstechnischen Kennwerte der konkreten Baugröße maßgeblich.

Bearbeitet von Sucithra Mani, Induportals-Redakteurin – mit KI-Unterstützung adaptiert.

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