Wippe: Mit Sicherheitsdämpfern am längeren Hebel

Im Swiss Science Center Technorama Winterthur können Besucher an einer Wippe spielerisch lernen, wie gut Hebel dabei helfen, mit wenig Aufwand viel Kraft zu erzeugen. Mit im Spiel: Stoßdämpfer von ACE.

An 500 Experimentierstationen können Besucher des Swiss Science Center Technorama Phänomene aus Natur und Technik hautnah erleben. Für eine Wippe, welche die Hebelkräfte unmittelbar erfahrbar macht, sollte am Drehpunkt eine geeignete Dämpfung gefunden werden. Das Konstruktionsteam aus Winterthur kooperierte für das Wippen-Projekt mit der Bibus AG und der ACE Stoßdämpfer GmbH. Über 360.000 Besucher zählte das Technorama im Jahr 2023 und wird als größter außerschulischer Lernort der Schweiz regelmäßig von Schulklassen genutzt. Eröffnet wurde es 1982.

Ein über 100-köpfiges Team weckt mit immer neuen Exponaten und Laborexperimenten die Neugier und Begeisterung für Naturwissenschaft und Technik. Das Museum ermöglicht unmittelbare Erfahrungen mit Hunderten von Phänomenen aus Natur und Technik. An den Experimentierstationen können die Besucher selbst Hand anlegen, um Naturphänomene mit allen Sinnen zu erleben und die Welt wortwörtlich zu begreifen.

Wippe macht Hebelkräfte spürbar

„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“, sagt Juliana Campos, Leiterin Kommunikation und Marketing im Technorama. In sieben Laboren können Besucher mit fachlicher Unterstützung selbst experimentieren.

Im Außenbereich gibt es unter anderem eine Wippe, auf der man buchstäblich am längeren Hebel sitzen kann. Durch die besondere Konstruktion kann eine Person damit bis zu drei andere Personen anheben – selbst wenn sie zusammen viel schwerer sind.

Die Person am längeren Hebel sitzt auf einem Sitzteller, der um bis zu 3 m verschiebbar ist. So können die Kräfte am eigenen Leib erfahren werden, die nötig sind um eine, zwei oder drei Personen am kürzeren Hebel im Gleichgewicht zu halten oder anzuheben. Bei diesem spielerischen Hebelexperiment geht es schon einmal lebhafter zu. Daher wollte das Team um Werkstattleiter Jürg Oppliger die Wippe möglichst sicher und langlebig konstruieren.

Dämpfung für ein besseres Wipperlebnis

Während der Erprobungsphase wurde die Konstruktion an den Drehpunkten zuerst mit Festkörperdämpfern ausgerüstet, um die auftretenden Kräfte an den beiden unterschiedlich langen Balken zu verzögern. Diese Dämpfung erwies sich allerdings 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 Wipperlebnis sanfter und für unsere Konstruktion nachhaltiger zu gestalten“, erzählt Simon Michel, verantwortlicher Techniker. In der Konstruktionszeichnung waren hydraulische Industriestoßdämpfer vorgesehen. Dass sie nicht zum Einsatz kamen, ist den hinzugezogenen Dämpfungsexperten der Bibus AG aus Fehraltorf im Züricher Oberland zu verdanken.

Die Schweizer Unternehmensgruppe ist ein Anbieter hydraulischer und pneumatischer Antriebs- und Steuerungssysteme und liefert auch komplette Anlagen. Für Sondermaschinen und spezielle Konstruktionen vertreibt das Unternehmen auch Komponenten namhafter Zulieferer, und zwar auch in kleinen Stückzahlen, wie sie hier für die Wippenkonstruktion benötigt wurden.

Bei Industriestoßdämpfern und ähnlichen Komponenten vertraut das Unternehmen seit Jahrzehnten auf Lösungen der ACE Stoßdämpfer GmbH. Michael Weber, Teamleiter der Abteilung Dämpfungstechnik bei Bibus, arbeitet dabei stets eng mit dem technischen Vertrieb von ACE zusammen.

„Reizvolle Applikation“

Christoph Berning aus dem technischen Vertrieb bei ACE sagt: „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 an der besonderen Konstruktion: Auf der einen Seite gibt es drei Sitze mit einem kurzen Hebelarm und auf der anderen einen Sitz mit einem langen Hebelarm, wobei die Länge des längeren Hebelarms durch Verschiebung des Sitztellers variiert werden kann. Eine exakte Berechnung der Dämpfung in den Drehpunkten war dadurch schwierig. Es gab zu viele Variablen.

Zusammen mit dem Konstruktionsteam in Winterthur sei man zu folgendem Ergebnis gekommen, wie Berning berichtet: Um die Konstruktion zu schützen sollte eine gewisse Dämpfung und somit ein Hauptteil des Energieabbaus erreicht werden. Für das Wipperlebnis und den Spaßfaktor sollte jedoch gleichzeitig genügend Energie im System erhalten bleiben.

Sicherer Spaß am langen und kurzen Hebel

Simon Michel konnte die vorgesehenen hydraulischen Sicherheitsstoßdämpfer durch Sicherheitsdämpfer aus dem Tubus-Programm von ACE ersetzen. Der Name verdankt sich dem rohrähnlichen Aufbau der Komponenten, die aus Co-Polyester Elastomer gefertigt werden. Insgesamt bietet das Unternehmen mehr als 150 verschiedene Grundtypen dieser Struktur- und Sicherheitsdämpfer in acht unterschiedlichen Familien für nahezu jeden Dämpfungszweck an.

Mit dem Grundtyp TC83-73-S fand sich hier im großen Baukasten von ACE schnell die optimale Dämpfungslösung. Mit einer Energieaufnahme von 1.940 Nm/Hub sowie einem Maximalhub von 73 mm erfüllt die Sicherheitskomponente im Swiss Science Center Technorama zuverlässig ihre Aufgaben und überzeugte das Konstruktionsteam.

„Die Besucher und unsere Hebelwippe sind jetzt durch die Komponenten prima geschützt“, sagt Werkstattleiter Jürg Opplige. „Den von uns konzipierten Wippwinkel von 7 Grad konnten wir mit den Tubus beibehalten, wobei der Kraftabbau weich und mit leichter werdendem Rückpralleffekt erfolgt.“ So ist für Spaß gesorgt, egal ob man am längeren oder kürzeren Hebel sitzt. Weiterer Vorteil: Die Tubus ließen sich – so Opplige – „auch montageseitig sehr leicht in die Konstruktion integrieren“.

Autor: Robert Timmerberg M. A., Fachjournalist (DFJV), Plus2 GmbH, Düsseldorf im Auftrag der ACE Stoßdämpfer GmbH, Langenfeld

 

Quelle: ACE Stoßdämpfer
Bild: Aufmacherbild und Bilder 01 bis 03: Swiss Science Center Technorama; Produktbild 04: ACE