Leiser Bremsen mit gedämpfter Verzahnung

Federdruckbremsen heben die Bremswirkung der Federkraft durch ein elektromagnetischen Feld auf. Das heißt, dass sie im stromlosen Zustand geschlossen ist und beim Anlegen einer Spannung öffnet. Die Verbindung zur Welle des Motors übernimmt meist eine zentral angeordnete Nabe, die auf der Motorwelle befestigt ist. Im bestromten Zustand, also bei geöffneter Bremse, dreht der Bremsenrotor mit der Nabe mit. Und genau dabei kann es durch mechanisches Spiel in der integrierten Passverzahnung zwischen Motorwelle und Rotor der Bremse zu störenden Geräuschen kommen.

Verstärkt werden sie oft noch durch Resonanzen bei Rampenfahrten oder in unterschiedlichen Drehzahlbereichen, durch Rastmomente der Motorpole oder rückwirkende Schwingungseinkopplungen von einem Getriebe. Zunehmender Verschleiß der Verzahnung führt zu größerem Verdrehspiel und damit auch zu einem höheren Geräuschpegel.

Befinden sich Menschen in unmittelbarer Nähe der Bremse, ist dieses Geräusch besonders störend. Lärmsensible Anwendungen finden sich quer durch alle Branchen: etwa in der Fördertechnik bei handgeführten Staplern, Regalbediengeräten, an Transportbändern oder Warenein- und Warenausgabestationen; aber auch in der Medizintechnik bei höhenverstellbaren OP-Tischen oder C-Bogen-Röntgengerät. Unangenehm sind die rasselnden Umlaufgeräusche der Bremse vor allem auch bei Personenaufzügen oder Rolltreppen, wo sie bei Nutzern zusätzlich das Vertrauen in die Technik gefährden.

Um diese Geräusche zu reduzieren, gibt es vier Möglichkeiten:

Bei der ersten Variante mit einem O-Ring aus NBR-Gummi, sollte bedacht werden, dass dieser vor allem bei höheren Temperaturen schnell verschleißt. Dadurch entsteht zwar kein Sicherheitsrisiko, weil in der Passverzahnung dann Alu auf Stahl läuft, aber das störende Rasseln ist wieder zu hören.

Die vorgespannte Verzahnung über elastische Zähne, ist weniger verschleißanfällig. Allerdings funktioniert sie nur bei Kunststoffnaben und eignet sich ebenfalls nur für eingeschränkte Temperaturbereiche.

Um Verzahnungsgeräsche bei Monoblock-Rotoren in Servomotoren zu dämpfen, nutzt Kendrion vor allem die Druckstück-Variante. Die Bremsen dieser Servo-Line-Baureihe decken Drehmomente von 0,3 bis 30 Nm ab. In ihre Nabe wird ein federgelagertes Druckstück integriert, das die Verzahnung vorspannt. Die Feder unter dem Druckstück ist langzeitstabil und annähernd ohne Verschleiß.

Druckstück und Feder bestehen aus Stahl. Dadurch ist die Lösung sehr temperaturbeständig. Da sich die Verzahnungsgeometrie durch das Druckstück nicht ändert, bleibt die Drehmomentübertragung unbeeinträchtigt, die axiale Bewegung der Reibscheibe ist gegeben und es entsteht kein zusätzlicher Montageaufwand.

Federdruckbremsen mit Drehmomenten von 2,5 bis 1.500 Nm sind für leistungsstarke Drehstromantriebe oder den Aufzugbetrieb ausgelegt. Für sie bietet sich die Geräuschdämpfung mit einem Zahnzwischenring an. Dieser ist direkt im Aluminium-Reibbelagträger verbaut. Das dünnwandige Material ist extrem widerstandsfähig und legt sich zwischen die Zahnflanken. Dadurch verhindert es, dass Metall auf Metall läuft. Die Nabe mit Außenverzahnung nach DIN 5480 bleibt dabei im Serienmaß.

Beim innenverzahnten Rotor ist die Verzahnung etwas größer ausgelegt. Der Zahnzwischenring wird in die Rotorverzahnung geschoben, verrastet und wird durch Einschieben der Nabe zusätzlich verblockt. Die Innenverzahnung entspricht dann wieder den Abmessungen, die zur Außenverzahnung der Serien-Nabe passen.

Das Verdrehspiel ist ähnlich wie bei einer ungedämpften Ausführung. Durch das Aufschieben des Zahnzwischenrings entsteht ein Blattfedereffekt, also eine leichte Vorspannung. Der Rotor wird dadurch auch bei unrundem Lauf gedämpft mitgenommen. Ebenfalls werden die Anregung von Schwingungen im Aluminium-Rotor verhindert, der Rotorlauf in der Bremse erzeugt keine störenden Geräusche. Zusätzlicher Montageaufwand entsteht bei dieser Lösung ebenfalls nicht.

Der Zahnzwischenring reduziert aber nicht nur die rasselnden Geräusche, sondern erhöht auch die Lebensdauer. Wenn beim Bremsen ein hohes Moment gegeben ist, legen sich die Flanken der Verzahnung flächig über den Zahnzwischenring an. Dabei wird durch die elastische Zwischenschicht die Flächenpressung deutlich gleichmäßiger, was wiederum den Verschleiß der Verzahnung stark verringert. Die Lebensdauer steigt, und zwar beträchtlich: Statt der sonst üblichen 1 bis 3 Mio. Lastwechsel erreichen Federdruckbremsen mit Zahnzwischenring 10 bis 15 Mio. Lastwechsel. In einer typischen Fördertechnik-Anwendung kann eine Bremse mit Zahnzwischenring statt einem halben Jahr bis zu fünf Jahre zuverlässig arbeiten.