1. Fail Safe Prinzip: Was verbindet die Industriebremse mit einem Gepäckwagen?
‚Fail‘ ist die englische Übersetzung für Versagen, Scheitern oder Ausfall – vor allem junge Leute assoziieren damit in erster Linie Internetvideos zu Stürzen und Unfällen. Damit unsere Bremsen nicht in einem solchen Fail-Video präsentiert werden können, sind sie nach dem Fail-Safe-Prinzip ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Bremsen das Moment aufbauen, sollte es zu einer Störung in der elektrischen Ansteuerung, einem Kabelbruch, einem Stromausfall oder ähnlichem kommen. Dies unterscheidet die industriellen Bremsen deutlich von den Funktionsbremsen z. B. an Fahrzeugen – hier greift auch ein Fail Safe Prinzip durch eine 2-Kreisigkeit, jedoch greift die Bremse nur bei einer aktiven Bedienung durch den Fahrer. Ausnahme: Bei Getränkeeinkaufs- oder Koffertransportwagen wird häufig auch das Fail Safe Prinzip angewendet, so dass die Bremse aktiv gelöst werden muss, wenn der Wagen bewegt werden soll.
2. Haltebremse mit Not-Stopp: Halten oder Stoppen – das ist hier die Frage
Halten und Stoppen ist doch das Gleiche, oder? Warum gibt es eine Haltebremse mit (Not)-Stopp Funktion? Dies liegt in der Feinheit der Wortwahl: Anhalten und Stoppen sind synonym zu verwenden und beschreiben den Vorgang der negativen Beschleunigung. Halten ist dagegen das Verharren in einer Position.
Das Wirkprinzip der Federkraftbremse, dass durch Druckfedern eine axiale Kraft auf die Reibbeläge aufgebracht wird und so ein Bremsmoment erzeugt wird, gibt es schon recht lange. Dabei wird die Bewegungsenergie des Motors und der zu bremsenden Last in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Bremsen bezeichnete man als Betriebsbremse.
In der heutigen Zeit übernimmt diese Anhaltefunktion häufig der Motor mit der dazugehörigen Steuerung. Die Bremse hat dann die Aufgabe die Massen in einer bestimmten Position zu halten. Eine Bremsung erfolgt nur noch aus sehr geringen Drehzahlen, um ein “Durchsacken” der Last zu verhindern oder zum Halten in einer Parkposition. Die Funktion der Betriebsbremse, eine bewegte Masse zu bremsen und anschließend zu halten, wird nur noch im Notfall, beispielsweise bei Defekten im Antriebssystem, benötigt.
3. Organische Reibbeläge: Das Herz der Federkraftbremse
Der organische Reibbelag ist das Herz der Federkraftbremse. Mit ihm steht und fällt deren sichere Funktion. Organische Reibbeläge bestehen aus einer Kohlenstoffverbindung – meist einem Kautschuk und/oder Kunstharz als Bindematrix sowie verschiedenen Zusatzstoffen, die die Lebensdauer und den Reibwert beeinflussen. Durch verschiedene Faktoren wie Drehzahl, Umgebungstemperatur, spezifischer Wärmeleistung und Schaltzeiten kann die Auswahl eines optimierten Reibbelages notwendig sein und durch Kenntnis der entsprechenden Einflussfaktoren können wir immer eine kundenoptimale Lösung ableiten und die passenden Reibbeläge anbieten.
Anorganische Reibbeläge hingegen bestehend häufig aus Sintermaterialien, Keramiken oder aus Stahl. Üblicherweise sind die Reibwerte bei solchen Reibbelägen niedriger als bei organischen Reibbelägen. Gerade in Applikation mit sehr hohen Drehzahlen und extremen Temperaturen finden diese Reibbeläge jedoch ihre Anwendung. Aufgrund des Herstellprozesses sind anorganische Reibbeläge meist teurer als organische und erfordern einen aufwändigeren Einlaufvorgang, um die optimale Bremswirkung zu erzielen.
4. Reibarbeit: Warum Reibung mehr als Verlustleistung ist
Jeder kennt Reibung bei der Arbeit – Konflikte und Diskussionen gibt es überall. Meistens ist Reibung nicht gewollt, weder zwischenmenschlich noch technisch, da Reibung zusätzliche Energie benötigt und häufig als Verlustleistung gesehen wird. In Lagerungen und Dichtungen wird durch unterschiedlichste Verfahren versucht, die Reibung zu optimieren, was bedeutet, dass man versucht die Reibung zu reduzieren. Reibung kann jedoch auch gewollt und hoch sein, z. B. bei beim Fahrzeugreifen, um Kurven zu fahren oder das Fahrzeug bremsen zu können. Der hohe Reibwert hilft, Bremsen kompakt und energieoptimiert auslegen zu können.
Reibarbeit ist die kurze Schreibweise der Reibungsarbeit und beschreibt die Arbeit, die durch Reibung verursacht wird. Die Reibarbeit, bei Bremsen auch Schaltarbeit genannt, findet statt, wenn aktiv aus der Bewegung abgebremst wird, nicht jedoch bei Verwendung als reine Haltebremse. Im Falle einer Federkraftbremse kann die Reibarbeit durch die Multiplikation der Federkraft, des Reibwertes und des zurückgelegten Reibweges ermittelt werden. Da bei der Reibung auch Verschleiß auftritt, ist nur eine begrenzte Anzahl von Bremsvorgängen möglich, bis die Bremse gewartet oder getauscht werden muss, was in den technischen Unterlagen der Bremsen wiederzufinden ist.
5. Lüftzeit: Hat hier nichts mit Corona zu tun
Spätestens seit der Covid-Pandemie hat ein jeder eine Vorstellung von Lüftzeiten - alle 20 Minuten fünf Minuten lüften. In Bezug auf Bremsen hat die Lüftzeit jedoch eine andere Bedeutung. Das Lüften einer Bremse bezeichnet den Vorgang des Öffnens oder des Trennens der Bremse. Das heißt, die Normalkraft, die auf die Bremse wirkt, wird so reduziert, dass ein nahezu reibungsfreies Verdrehen des Bremsrotors zum Magnetteil der Bremse ermöglich wird und z. B. der Motor frei drehen kann. Somit ist die Lüftzeit (Trennzeit) die Zeit (t2), bis die Bremse vollständig geöffnet ist.
Im Gegensatz dazu wird der Vorgang des Schließens auch als „Verknüpfen“ bezeichnet. Die Dauer des Schließvorgangs wird über die Verknüpfungszeit (t1) dargestellt. Diese setzt sich aus dem Ansprechverzug (t11 - Zeit vom Ausschalten des Stroms bis zum Bremsmomentanstieg), und der Anstiegszeit (t12 - Zeit vom Beginn des Drehmomentanstiegs bis zum Erreichen von 90 % des Nennmoments) zusammen.
6. Polrückstand: Garantiert auch an Ihrer Kühlschranktür zu finden
Häufig wird der Kühlschrank als magnetische Pinnwand verwendet – zum Aufhängen von Adresslisten, Einkaufszettel oder Flyern von Lieferdiensten. Der erste Pizza-Flyer lässt sich mit einem Magneten noch gut halten. Je mehr Flyer es werden, desto größer wird der Abstand und somit die wirksame Kraft des Magneten - bis die Flyer zu Boden fallen. Der Abstand – auch Rückstand genannt – bestimmt also die Anziehungskraft des Magneten.
Gleichermaßen wird das Arbeitsvermögen einer Federkraftbremse unter anderem durch die Größe des Außen- und Innenpols des Magnetkreises bestimmt. Durch die geometrische Gestaltung der Polflächen können die Lüft- und Verknüpfzeiten beeinflusst werden. Dabei spielt der Polrückstand – ein beabsichtigter Rückstand des Innenpoles gegenüber dem Außenpol – eine entscheidende Rolle. Mit diesem Polrückstand kann die Verknüpfzeit reduziert werden und dadurch ein schnellerer Aufbau des Bremsmomentes erzielt werden. Allerdings muss dabei berücksichtigt werden, dass durch diesen Polrückstand auch eine Verlängerung der Lüftzeit einhergeht.
7. Zahnzwischenring: Don’t call it Piercing!
Das Wort Zahnzwischenring verbindet man beim ersten Hören gerne mit dem „glänzenden“ Lächeln von Teenagern, einem Gerät zur Zahnreinigung oder einem Zahnarztinstrument.
Tatsächlich ist der Zahnzwischenring ein Alleinstellungsmerkmal aus dem Hause Kendrion INTORQ, welcher zur Reduzierung von Laufgeräuschen und zur Erhöhung der Lebensdauer von Verzahnungen, die in Bremsen zur Übertragung des Momentes von der Welle auf den Bremsrotor verwendet wird. Dieser dünnwandige, wellenförmige Ring wird zwischen Nabe und Rotor gesteckt, die üblicherweise über ein Zahnwellenprofil ausgeführt werden.
8. Brücke-Einweg-Gleichrichter: Kann die Spannung umwandeln oder abschneiden
Für den Betrieb mobiler, akkubetriebener Geräte, wie Smartphones, Notebooks oder Akkuschrauber, wird die typische Wechselspannung (230 V AC, 50 Hz) aus dem Stromnetz in eine Gleichspannung (beispielsweise 5 V DC) gewandelt. Auch unsere modernen Federkraftbremsen werden mit Gleichstrom betrieben. Die Stromversorgung im Industriebereich erfolgt über die öffentlichen Netze allerdings mit Wechselstrom. Es ist also erforderlich die vorhandene Wechselspannung umzuwandeln in eine nutzbare Gleichspannung. Diese Umwandlung erfolgt z. B. durch einen Brückengleichrichter, bei dem die Dioden entsprechend der Graetz-Schaltung angeordnet sind. Bei der Brückengleichrichtung wird der negative Teil des Wechselstromes in einen positiven Anteil umgewandelt. Im Gegensatz dazu wird auch ein Einweg-Gleichrichter verwendet, der den negativen Teil des Wechselstromes abschneidet. Die effektive Spannung bei der Brückengleichrichtung ist um das Doppelte höher als die effektive Spannung der Einweg-gleichrichtung. Eine Kombination aus diesen beiden Gleichrichtern ist der Brücke-Einweg-Gleichrichter. Mit Hilfe dieses Gleichrichters kann bei entsprechender Auslegung der Spulenspannung eine Übererregung oder eine Haltestromabsenkung realisiert werden.
9. Übererregung: Die Magie der Vorfreude – leider nur für kurze Zeit
Kurz vor Weihnachten oder auch vor dem anstehenden Geburtstag kennt man das Phänomen, dass Kinder sehr aufgeregt, quasi übererregt sind. Dieser Zustand dauert meist nur kurze Zeit: Sind die Geschenke verteilt, ist der Normalzustand schnell wieder erreicht. Auch bei Bremsen lässt sich eine temporäre Übererregung erzeugen, indem kurzfristig die Spannung erhöht wird. Durch diese Spannungserhöhung können stärkere Federn eingesetzt und somit ein höheres Reibmoment erzeugt werden. Danach kann die Spannung wieder auf den Bemessungswert abgesenkt und somit Energie gespart werden. Um eine Überhitzung der Bremse zu vermeiden, ist der Zustand der Übererregung immer nur für kurze Zeit möglich. Warum ist das möglich? Der Abstand zwischen dem Magnetgehäuse und der Ankerscheibe ist im eingefallenen Zustand groß und stört den Magnetfluss, daher wird ein großer Strom zur Überbrückung des Luftspaltes benötigt. Wenn die Ankerscheibe im gelüfteten Zustand am Magnetgehäuse anliegt, somit der Abstand sehr gering wird, kann der Strom abgesenkt und die Ankerscheibe dennoch sicher gehalten werden.
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Tobias ist seit 13 Jahren in der Antriebstechnik tätig. Er hat in Hannover Maschinenbau studiert und seine Doktorarbeit zum Thema "Tribologie von Dichtringen" geschrieben. Seine Leidenschaft gilt der Technologie und Innovation sowie grüner Energie.
In seiner Freizeit fährt Tobias gerne Mountainbike und wandert, verbringt Zeit mit seiner Familie, fotografiert und spielt Dart. Außerdem liebt er es, alte Dinge zu reparieren und ihnen ein neues Leben einzuhauchen.
Frank ist R&D-Ingenieur und Mitglied des Teams Platforms & Technologies bei Industrial Brakes. Er ist verantwortlich für die Entwicklung und Serienbetreuung von Federkraftbremsen sowie für deren ATEX-, UL- und CSA-Zertifizierung.
Er studierte Maschinenbau mit der Fachrichtung Konstruktionstechnik an der TU Dresden und hat anschließend in mehreren Firmen als Konstrukteur Berufserfahrung gesammelt. Seit 1994 ist er als Konstrukteur in der Entwicklung von Federkraftbremsen tätig - zunächst bei der Lenze AG und dann bei der INTORQ GmbH.
Frank ist ein echter Sportfan. Er fährt gerne Rad, wandert und segelt auch gerne. Außerdem interessiert ihn alles rund um Technik und vor allem Modelleisenbahn Konstruktion.