에너지 소비없이 안전하게 클램핑하기

부하를 받는 상태에서 위치를 유지하는 방법은 다양하다. 안전과 함께 최대한 높은 효율을 원한다면, 유체 회로를 압력 하에서 고정적인 상태로 만들거나 시스템의 압력을 없는 클램핑이 해답이다. 수 개월 동안 에너지를 사용하지 않고 안전하게 고정할 수 있다.

 

외르크 바이어(Jörg Beyer): 프리랜서 저널리스트.

Herbert Hänchen GmbH & Co. KG(이하 헤르베르트 핸헨)의 특허 받은 클램핑 유닛 ‘Ratio-Clamp’는 에너지 공급 없이 둥근 바를 무한정 고정하고 상태를 유지한다. 클램핑 유닛은 DIN EN ISO 13849-1에 의거하여 EGUV 테스트를 마쳤으며, 외부 힘이나 부하로부터 안전 요소로 작용한다. 정전이나 시스템 작동이 멈추었을 경우, 기계 자체 또는 공구를 보호하기 위해 축을 특정 위치에 고정해야 한다. 프로세스의 일부이거나 에너지 절감을 위해 축을 일시적으로 고정해야 할 경우에도 클램핑 유닛을 사용한다. 클램핑 유닛 Ratio-Clamp는 생산 공정 중 에너지 사용 없이 축을 고정 또는 로킹하거나, 다이내믹한 시험 사례에서 둥근 바를 일시적으로 구속하고, 시험 프로세스 중 역동적인 테스트 액추에이터를 안전하게 고정할 경우 사용한다. 대부분의 기계나 시스템 엔지니어링, 금속 및 플라스틱 산업, 공작 기계 및 건설 기계와 같은 많은 응용사례에서 적용이 가능하다.

마찰 결합 원리에 따른 작동 방식

테스트 벤치에 사용된 클램핑 유닛: 인가되는 압력 없이도 헥사포드를 안전하게 무기한 고정하기 위해, 모든 유압 실린더에 플랜지 연결된 클램핑 유닛 Ratio-Clamp를 사용한다.

Ratio-Clamp는 마찰 결합 원리에 따라 작동한다. 압력이 없는 출발 상태에서는 Ratio-Clamp가 바를 블로킹한다. 유압 해제 압력을 통해 로킹 피스톤이 표준 스프링 힘에 대항하여 클램핑 유닛이 잠금 해제된다. 이때 전환 상태는 잠금 해제와 잠금 상태 두 가지 모드이다. 클램핑 슬리브는 직접 하우징에 연결되고 클램핑 유닛 고정부에 연결되어, 클램핑 후 슬립이나 유격이 발생하지 않는다. Herbert Hänchen 제품은 브레이크로 설계되지는 않았지만, 공칭 부하를 초과할 때에 바를 손상 없이 이동할 수 있다. 이동 속도 최대 1m/s, 압력 피스톤 씰 최대 2m/s인 표준 버전 Servocop으로 씰을 적용한 기본 디자인은 단단한 표면을 가진 모든 둥근 바에 사용할 수 있다. 클램핑은 바 정지 시에 이루어진다. 최대 잠금해제 압력은 160bar이고, 허용되는 작동 온도는 -30 ~ 80°C이다. 표준 매체는 광유이며, 주문 시 HFC 또는 Skydrol 등 다른 매체도 가능하다. 이 클램핑 유닛은 방향과 상관없이 하중을 견딜 수 있다.

 

유체 회로를 정적 상태로 전환한다

많은 시스템, 기계 장치들은 부하나 힘을 받는 상태에서 인가되는 역압을 이용하여 위치를 유지한다. 역압은 차단 밸브를 통해 이루어지며 온도, 매체의 압축 능력 또는 누출 등과 같은 외부 영향으로 인해 부하가 떨어질 수 있는 단점이 있다. 대안으로 위치나 부하를 통제된 방식으로 홀딩할 수 있지만, 이는 지속적으로 밸브와 스로틀을 통해 유체 회로 내에서 에너지를 소비함을 의미하며, 압력이 열로 변환된다. Ratio-Clamp를 통한 클램핑은 압력을 받는 상태에서 유체 회로를 정적 상태로 전환하거나 오랫동안 클램핑하는 경우에 시스템의 압력을 제거할 수 있다. 이때 시간적인 제한은 없으며, 장치를 수 개월 동안 에너지를 소비 없이 준비 상태로 고정할 수 있고, 복귀 스트로크가 필요 없으며 압력 형성을 통해 바로 해제할 수 있다.

이러한 특성은 DIN EIN ISO 13849-1에 의거하여 외부 힘이나 부하에 의한 위험을 고려해야 하는 다음과 같은 경우에도 이용할 수 있다.

■ 압력 에너지의 변동, 손실, 재인가 시 클램핑 유닛이 축방향으로 부하를 받는 모든 유형의 둥근 바를 억제한다.

■ 에너지가 없는 상태에서 외부 힘에 의해 위험이 발생할 수 있는 경우 클램핑을 체크 밸브에 대한 대안으로 사용할 수 있다.

■ 부하를 받는 상태에서 이중으로 안전을 보장하기 위해 드라이브가 중력을 받을 때에 클램핑을 추가의 안전 요소로서 이용한다. 화물이 떨어지면 사람을 위험에 처하게 하는 고공 홀딩 장치가 한 예시이다.

■ 실린더 내부에 누출이 있거나 라인 단선 시에 위치를 고정해야 하는 경우에, 클램핑은 고정 요소가 될 수도 있다.

이 클램핑 유닛은 다양한 방식으로 시스템 구성 요소로 사용할 수 있다. 개별 요소로서 둥근 바와 연결하여 사용하거나 또는 유압 실린더와 연결할 수 있다. Herbert Hänchen은 수십 년 전부터 고품질 유압 실린더 제조사로 알려져 있고, 다양한 솔루션이 원스톱으로 가능하다. 사용자는 제품 컨피규레이터 HäKo에서 실린더와 Ratio-Clamp로 구성된 시스템 유닛을 선택하고, 이를 바로 장착 가능한 전체 요소로 구입할 수 있다. 여기서 모든 장착 크기와 인터페이스가 가장 적합하게 맞추어진다.

 클램핑 유닛은 표준 실린더나 타사 브랜드와 조합 가능하다

클램핑 유닛은 표준 실린더 또는 타사 제품과도 조합할 수 있다. 또한 클램핑 상태(잠금 해제 또는 잠금)을 나타내는 근접 스위치를 통합할 수 있다. 적합한 유압 제어 블록도 Ratio-Clamp 솔루션의 일부가 될 수 있다. 이 제어 블록은 논리적이고 기능적인 제어를 보장하고 회로 복잡성을 줄인다. Ratio-Clamp의 원리는 수십 년 동안 입증되었다. 이를 토대로 새로운 디자인과 시리즈가 있고, 안전 또는 에너지 효율성과 같은 새로운 요건에 중점을 두었다. 구성 기준은 클램핑 유닛을 풀 때에 필요한 잠금해제 압력인데, 압력이 높고 낮은 경우에 대비해 다양한 버전이 제공된다.

클램핑에 제시되는 새로운 요건

헤르베르트 핸헨 대변인인 타냐 핸헨이 Ratio-Clamp를 설명하고 있다.

잠그는 방법에도 여러 가지가 있다. 표준 사양에서는 바가 스프링에 저장된 에너지를 통해 정해진 힘으로 클램핑된다. 바는 에너지가 공급 없이 무한하게 홀딩될 수 있다. 이 원리는 안전 기능에 필요하다. 그러나 고기능성 유지력이 필요한 경우, 클램핑 장치를 유압식으로 잠글 수 있고 잠금 해제도 유압을 통해 이루어진다. 마지막으로 씰링 조합을 선택하면 기술적 가능성을 확장할 수 있다. 계단식 링, 그루브 링, 스크래퍼로 구성되는 Servocop 구조인 경우, 바에 기본 씰이 인접한다. 바의 최대 속도는 1m/s이다. 특히 민감한 적용 사례인 경우, Herbert Hänchen이 압축 피스톤 씰을 적용한 디자인을 제공하며, 이 디자인에서는 압력을 받는 씰이 바에 접촉하지 않는다. 잠금 해제 압력과 상관없이 미끄럼 마찰이 작고 일정하다. 최대 바 속도는 2m/s이다.

Ratio-Clamp는 끊임없는 개발과 새로운 목표 설정을 통해 새로운 응용 분야를 계속 열어가고 있다. 또한 인터넷 컨피규레이터 HäKo의 가용성은 에너지 효율성을 최적화하기 위한 새로운 방법과 응용 분야에서 안전 구성 요소에 대한 수요와 같은 새로운 자극을 제공하고 있다.