Es kann vorkommen, dass Sie sicherstellen möchten, dass bestimmte Teile des Systems das richtige Verhalten in Bezug auf die Energieabsorption aufweisen und dass diese Teile auch mit Montagedetails ausgestattet sind, die zu einem guten Gummipuffer führen.

Im Allgemeinen wird ein Gummipuffer an Maschinen eingesetzt, wo er nach Erreichen des maximalen Hubs zur Dämpfung benötigt wird. In diesen Fällen kommt ein kleiner Gummipuffer zum Einsatz, da der Arbeitsbereich und die Einsatzzeit begrenzt sind. Zudem muss er die bewegte Masse abbremsen, die maximal wirkende Kraft begrenzen und gleichzeitig der wiederholten Beanspruchung standhalten. Daher ist die statische Belastbarkeit allein kein geeignetes Kriterium für die Anforderungen an einen solchen Gummipuffer.

Geformte Gummipuffer schützen Maschinenstopper, Förderanlagen, Türen, Wagen, bewegliche Baugruppen usw. Ihr Verhalten hängt von der Aufprallenergie, der Geschwindigkeit, der Temperatur, der Form und der Art der Montage ab. Ein lediglich nach Außendurchmesser ausgewähltes Bauteil kann entweder zu hart sein oder leicht zerdrückt werden.

Beginne mit Energie statt mit Gewicht.

Bei der Betrachtung der Kräfte am Kollisionspunkt stellt die Masse des Wagens nicht nur die Hauptquelle des Aufpralls dar, sondern trägt auch Energie in sich, die nur teilweise über eine begrenzte Strecke absorbiert werden kann und mit der der Stopper dann fertig werden muss, wie es in diesem Beispiel der Fall war.

Ein industrieller Stoßdämpfer muss einen präzise definierten maximalen Kompressionshub ermöglichen. Wird der Dämpfer bis zum vollständigen Einfedern zusammengedrückt, kann dies zu Kraftspitzen führen und somit den Aufprall auf den Rahmen oder die Befestigungselemente übertragen. Ist der Stoßdämpfer hingegen zu weich, kann sich das bewegliche Teil über die zulässigen Grenzen hinaus bewegen.

Die Häufigkeit der Ereignisse ist ein weiterer sehr wichtiger Faktor. Monatliche Notfallsituationen bieten ausreichend Zeit, damit die Ausrüstung abkühlen und die Teile geborgen werden können. Die wiederholten Stöße, die alle paar Sekunden auftreten, können jedoch zu einer kurzzeitigen Erhitzung des Gummis und einer Veränderung seiner Steifigkeit führen, was den nachfolgenden Kontakt beeinträchtigt.

Die Form bestimmt die Kraftkurve

Je nach Form des Stoßdämpfers ergeben sich unterschiedliche Verformungskurven. Eine bestimmte Form der Kontaktfläche kann zu einem allmählichen Anstieg der Kraft führen. Beispielsweise kann eine Aussparung oder eine sich verjüngende Wand den Federweg des Stoßdämpfers vergrößern, gleichzeitig aber die Belastung auf die Ecken oder dünnen Stellen des Stoßdämpfers konzentrieren.

Bei der Konstruktion von Gummipuffern sollten seitliche Bewegungen und Fehlausrichtungen berücksichtigt werden.

Eine außermittige Kollision kann den Befestigungsbolzen verbiegen oder das Gummi abscheren, ohne es zu komprimieren. Eine breite Kontaktfläche und ein bewegliches Führungselement tragen dazu bei, den Lastpfad aufrechtzuerhalten.

Die Herstellung individueller Gummipuffer kann das Aufkleben eines Metallstreifens, das Einsetzen von Metallelementen oder das Durchbohren des Blocks umfassen. Obwohl diese Techniken die Montage des Puffers erleichtern, können sie zur Bildung von Klebefugen, Korrosion und Spannungskonzentrationen führen.

Bei der Konstruktion sollte die Geometrie des Metalls auf die maximale Durchbiegung Rücksicht genommen werden.

Dynamische Steifigkeit ist nicht gleich statischer Steifigkeit

Das Verhalten von Gummi ist bei schneller Verformung im Allgemeinen steifer als bei langsamer Kompression. Die Hysterese, also der Energieverlust, wird teilweise in Wärme umgewandelt. Tatsächlich führt derselbe Mechanismus, der den Rückprall verringert, bei wiederholten Stößen auch zu einem Anstieg der Innentemperatur.

Trelleborg nennt den ANB-Puffer ein Produkt mit einem verklebten, zylindrischen Nitrilkautschukkörper, dessen hochhysteresehaltige Mischung laut Herstellerangaben die Bewegung von Geräten begrenzt. Die Produktpalette gibt verschiedene maximale Belastungen je nach Größe an und nennt Krane, Forstfahrzeuge und Materialumschlaggeräte als typische Anwendungsbereiche.

In diesem Katalogbeispiel sehen wir, dass die Tragfähigkeit eines Puffers nur unter Berücksichtigung seiner strukturellen Konstruktion angegeben wird. Er ist nicht in der Lage, eine andere Materialzusammensetzung oder Geometrie unter derselben Last zu tragen.

Sie sollten Tests an Gummipuffern unter Bedingungen durchführen, die mit der Geschwindigkeit, der Energie und der Montage der für den Puffer vorgesehenen Anwendung (dem endgültigen Verwendungszweck) übereinstimmen.

Bei der Materialauswahl geht es um ausreichend Energie und Rückgewinnung.

Mit der richtigen Art von Gummi, z. B. Naturkautschuk, lassen sich einige mechanische Anwendungen haltbarer und verschleißfester gestalten.

Bei Kontakt mit Mineralöl ist Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) eine gute Wahl, da er weniger empfindlich darauf reagiert. Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM) wird hingegen kaum durch Witterungseinflüsse und Sonneneinstrahlung beeinträchtigt. Abrasive Materialien führen zwar zu schnellem Verschleiß von Polyurethan, doch bei Einhaltung der Belastungsanforderungen ist eine längere Lebensdauer möglich.

Alle diese Optionen erfordern einen bestimmten Temperaturbereich und die Verwendung bestimmter Chemikalien. Das müssen Sie für jede einzelne Option herausfinden.

Härte ist nur eine Eigenschaft des verwendeten Materials.

Andere Faktoren wie Hysterese, Elastizitätsmodul, Druckverformungsrest, Reißfestigkeit und Beständigkeit gegen Alterung aufgrund von Wärmeeinwirkung bestimmen die Form bzw. die Kurve, der die Kraft folgt, und wie stark sich diese Kraft wieder erholt.

Zwei Gummiprodukte mit identischer Shore-A-Härte können unter Belastung unterschiedliches Verhalten zeigen.

Für die Konstruktion eines Gummipuffers muss die niedrigste zu erwartende Betriebstemperatur bekannt sein. Ein Material, das bei sehr niedrigen Temperaturen aushärtet, kann unter Umständen höhere Spitzenkräfte übertragen.

Im Gegenteil, eine geringe Zugfestigkeit in Verbindung mit einer kumulativen Wärmeerzeugung aufgrund geringer Scherfestigkeit bei hohen Temperaturen könnte für eine Verformung verantwortlich sein, die über die Grenzen hinausgeht.

Häufige Tests beantworten nur begrenzte Fragen

ASTM D575 misst das Druckverhalten unter festgelegten Prüfbedingungen. Es ermöglicht den Vergleich von Verbindungen oder liefert eine Referenz für ein kontrolliertes Last-Verformungs-Verhalten. Eine Standardprobe bildet die sich ändernde Kontaktfläche, den Einsatz oder die Aufprallgeschwindigkeit des Puffers nicht nach.

ASTM D395 bewertet den Druckverformungsrest nach einer definierten Kompressions- und Erholungsphase. Es hilft beim Vergleich der Erholungstendenz, kann aber die vollständige Rückkehr eines geformten Puffers nach Tausenden von Hochgeschwindigkeitseinschlägen nicht vorhersagen.

ASTM D624 misst die Reißfestigkeit unter definierter Probengeometrie. Es kann bei zusammengesetzten Prüfverfahren eingesetzt werden, bei denen Rissbildung ein Risiko darstellt. Die Norm selbst weist darauf hin, dass das Ergebnis nicht unbedingt direkt mit der Gebrauchsleistung korreliert.

Eine abgeschlossene Puffervalidierungssequenz

Prüfen Sie die Abmessungen, die Formoberfläche und die Position des Einsatzes. Messen Sie die anfängliche Kraft-Verformungs-Kurve langsam, um den Zustand des Bauteils zu ermitteln. Stellen Sie sicher, dass der Puffer genügend Spielraum zur Verformung hat, ohne scharfe Kanten zu berühren oder Material am Rahmen einzuklemmen.

Führen Sie Aufpralltests mit der repräsentativen bewegten Masse, Geschwindigkeit und Ausrichtung durch. Messen Sie Durchbiegung, Rückprall und maximale Kraft, sofern dies aufgrund des Anlagenrisikos erforderlich ist. Beginnen Sie unterhalb des maximalen Ereignisses und steigern Sie die Belastung schrittweise in einem kontrollierten Testplan mit geeigneten Schutzvorrichtungen.

Zur industriellen Stoßdämpfung wird das Bauteil mit der erwarteten Ereignisfrequenz und Temperatur zyklisch belastet. Oberflächentemperatur und bleibende Höhenänderung werden überwacht. Die Stoßmessung wird nach der Konditionierung wiederholt, um eine Abweichung in der Kraftkurve zu erkennen.

Prüfen Sie nach dem Zyklus die Gummi-Metall-Verbindung, Falten- oder Ausbeulungsbereiche, die Kontaktfläche und die Befestigungselemente. Risse, gelöste Einsätze oder dauerhafte Schieflage können auf eine außermittige Belastung hinweisen. Die Abnahmekriterien sollten sowohl den Freiraum der Ausrüstung als auch den Zustand des Puffers berücksichtigen.

Für die Entwicklung benötigte Informationen

Geben Sie die bewegte Masse, die Aufprallgeschwindigkeit, gegebenenfalls die Fallhöhe, die maximal zulässige Auslenkung und die Ereignishäufigkeit an. Ergänzen Sie die Angaben um Temperatur, Öle, Witterungseinflüsse, zulässige Spitzenkräfte, Montageraum und die Folgen eines versagenden Stopps.

Bei maßgefertigten Gummipuffern sollten Sie den Kontaktwinkel, die Befestigungsdetails und jegliche seitliche Bewegung angeben. Fotos oder ein Ausschnitt der Baugruppe können Kollisionen und Probleme im Lastverlauf aufzeigen, die eine Pufferzeichnung allein nicht erkennen lässt.

Zusammenarbeit mit Yida

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. entwickelt kundenspezifische Formteile aus Elastomer und Gummi-Metall-Verbindungen. Für Gummipuffer prüft Yida die Herstellbarkeit, die Materialmischung, die Geometrie der Einsätze und die kritischen Abmessungen im Hinblick auf die Belastungsanforderungen des Kunden.

Geformte Gummipuffer sollten durch Tests des fertigen Teils in repräsentativen Anlagen geprüft werden. Sind Energie, Hub und Ereignisfrequenz definiert, kann der Prüfplan die tatsächlichen Anforderungen der Anlage messen, anstatt sich auf einen generischen Härtewert zu stützen.