Produktentwicklung Sicherheitsdämpfer in Physik-Experiment: Spürbare Hebelkräfte

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Sicherheitsdämpfer im Praxistest: Besucher des Swiss Science Center Technorama können an 500 Experimentierstationen Phänomene aus Natur und Technik hautnah erleben. Als für eine Wippe, die Hebelkräfte unmittelbar erfahrbar macht, am Drehpunkt die am besten geeignete Dämpfung zu finden war, kooperierte das Konstruktionsteam mit der Bibus AG und der ACE Stoßdämpfer GmbH.

Winterthur ist mit über 100.000 Einwohnern die sechstgrößte Stadt der Schweiz. Eine Sonderrolle spielt hier das Swiss Science Center Technorama, das mit rund 300.000 Besuchern pro Jahr über die Hälfte aller Museumsbesucher der Stadt verzeichnet. Im Science Center sorgt ein über 100-köpfiges Team, das seit 1982 mit immer wieder neuen Exponaten und Laboren die Neugierde und Begeisterung rund um Naturwissenschaft und Technik stimuliert, für Abwechslung und Inspiration. Das Museum ermöglicht unmittelbare Erfahrungen mit Hunderten von Phänomenen aus Natur und Technik, weil die Besucher an den Experimentierstationen Hand anlegen und Naturphänomene mit allen Sinnen erleben können.

Spürbare Hebelkräfte

„Die Mischung macht den Reiz aus. Neben interaktiven Ausstellungen zu Naturphänomenen gibt es spektakuläre Vorführungen, Demonstrationen sowie ein spannendes Workshop-Angebot zu Themenbereichen der Biologie, Chemie und Physik. In sieben Laboren können Sie mit fachlicher Unterstützung selbstständig experimentieren und sich davor oder danach, je nach Jahreszeit, nach Belieben in unserem Innen- und Außenbereich austoben“, erklärt Juliana Campos, Leiterin Kommunikation und Marketing im Technorama. 

Letztgenanntes ist im Sommerhalbjahr zum Beispiel an einem Exponat möglich, auf dem Besucherinnen und Besucher buchstäblich am längeren Hebel sitzen können. Es handelt sich dabei um eine besondere Konstruktion einer Wippe, an der eine Person bis zu drei andere anheben kann, selbst wenn diese zusammen viel schwerer sind. Um die Kräfte am eigenen Leib zu erfahren, kann die sich am längeren Hebel befindende Person einen um drei Meter verschiebbaren Sitzteller auf die entsprechend richtige Position ziehen und dann ein, zwei oder sogar drei am kürzeren Hebel sitzende, aber womöglich schwerere Gegenüber im Gleichgewicht oder weiter oben in Schach halten. Weil es dabei oft lebhaft zugeht, wollte das Team um Werkstattleiter Jürg Oppliger dieses Exponat möglichst sicher und langlebig konstruieren.

Der richtige Sicherheitsdämpfer

Während der Erprobungsphase rüstete Simon Michel als verantwortlicher Techniker die Konstruktion an den Drehpunkten zuerst mit Festkörperdämpfern aus, um die auftretenden Kräfte an den beiden unterschiedlich langen Balken zu verzögern. Dies entpuppte sich bezüglich der Dämpfung als ungenügend, was sich vor allem durch ein Aufschaukeln äußerte.

„An den Stützen stellten wir zu hohe Drehmomente in der Endlage fest und beschlossen, durch verbesserte Dämpfung das Wipp-Erlebnis für Besuchende sanfter und für unsere Konstruktion nachhaltiger zu gestalten“, blickt er zurück. Dass darauf die noch in der Konstruktionszeichnung zu sehenden hydraulischen Industriestoßdämpfer nicht zum Einsatz kamen, ist den Dämpfungsexperten der Bibus AG zu verdanken, die Simon Michel nach einer Internetrecherche einschaltete. Die Schweizer Unternehmensgruppe Bibus ist bekannt als Anbieter hydraulischer und pneumatischer Antriebs- und Steuerungssysteme sowie als Lieferant kompletter Anlagen. Dazu passend vertreibt das Unternehmen auch Komponenten namhafter Zulieferer und bietet diese für Sondermaschinen oder spezielle Konstruktionen wie im Falle des Swiss Science Center Technorama auch in kleinen Stückzahlen an.

Bei Industriestoßdämpfern und ähnlichen Komponenten vertraut das Unternehmen seit Jahrzehnten auf Lösungen der ACE Stoßdämpfer GmbH. Dabei arbeiten Michael Weber als Teamleiter der Abteilung Dämpfungstechnik bei der Bibus AG und seine Kollegen aus dem technischen Vertrieb von ACE in Langenfeld stets eng zusammen. In diesem Fall wurde Christoph Berning vom technischen Vertrieb bei ACE hinzugezogen. Er erinnert sich: „Wir finden diese Applikation reizvoll, weil die Zielgruppe der Kinder und Jugendlichen die Gesetzmäßigkeiten der Hebelwirkung spielerisch erforschen kann. Dieser Einsatzfall ist im Vergleich zu unserer sonstigen täglichen Arbeit auch von der Auslegung der Dämpfungselemente her unkonventionell gewesen.“ 

Das liegt daran, dass die Konstruktion auf der einen Seite drei Sitze mit einem kurzen Hebelarm und auf der anderen einen Sitz mit einem langen Hebelarm aufweist, wobei dieser vom Abstand her noch angepasst werden kann, um die Hebelarme zu verlängern oder zu verkürzen. So war eine exakte Berechnung der Dämpfung in den Drehpunkten schwierig. Christoph Berning berichtet, dass man deshalb mit dem Konstruktionsteam in Winterthur zu dem Ergebnis kam, eine gewisse Dämpfung und somit einen Hauptteil des Energieabbaus zu erreichen, um die Konstruktion zu schützen, gleichzeitig jedoch noch genügend Energie im System zu erhalten, um das Wipp-Erlebnis zu ermöglichen.

Sicherheitsdämpfer von ACE: Die Ideallösung

Daher konnte Simon Michel die vorgesehenen hydraulischen Sicherheitsstoßdämpfer realiter durch Sicherheitsdämpfer aus dem Tubus-Programm von ACE ersetzen. Dieses verdankt seinen Namen dem rohrähnlichen Aufbau der Komponenten, die aus Co-Polyester Elastomer gefertigt werden.

Mit einer Energieaufnahme von 1.940 Nm/Hub sowie einem Maximalhub von 73 mm erfüllt der Grundtyp TC83-73-S im Swiss Science Center Technorama zuverlässig seine Aufgaben: „Bibus und ACE haben den guten Eindruck, den wir bereits online erhielten, in der persönlichen Beratung und durch die gelieferten Sicherheitsdämpfer verfestigen können. Die Besucher und unsere Hebelwippe sind jetzt durch die Komponenten, die sich übrigens auch montageseitig sehr leicht in die bestehende Konstruktion integrieren ließen, prima geschützt. Den von uns konzipierten Wippwinkel von 7 Grad konnten wir mit Tubus beibehalten, wobei der Kraftabbau weich und mit leichter werdendem Rückpralleffekt erfolgt, sodass für Spaß gesorgt ist, egal, ob man am längeren oder kürzeren Hebel sitzt“, resümiert Jürg Oppliger.