ACE Stoßdämpfer GmbH og Burat & Klein Datentechnik GmbH har i mange år samarbeidet innen måleteknikk for å kunne teste industriell dempingsteknologi med høy presisjon når det gjelder dynamiske parametere i kundespesifikke prosjekter.

Her gir de et innblikk i sitt vellykkede samarbeid.

Ulike typer dempere brukes i mange automatiserte produksjonsprosesser. Små og industrielle støtdempere samt sikkerhetsdempere egner seg spesielt godt som effektive, strømløse hydrauliske komponenter for retardasjon eller for presis bremsing av massekrefter for å øke produktiviteten og sikkerheten. ACE tilbyr et bredt utvalg av disse maskinelementene i form av selvjusterende og justerbare typer for en lang rekke bruksområder, noe som gjør det mulig for konstruktører å dekke de vanligste kraftområdene med selskapets standardkomponenter. ACE tilbyr også komponenter i reversible og irreversible solid-state-materialer for nødstopp som overkjøringsbeskyttelse eller som stoppdempere.

Simuler først dempingsegenskapene, og valider deretter på falltestere

Sensorer og simuleringer spiller en rolle når ingeniører ønsker å teste produktene før markedslansering eller, når det gjelder sensitive bruksområder, ønsker å bestemme den faktiske dempingsoppførselen til de respektive spjeldtypene for deres spesifikke bruksområde på forhånd. Dette gjelder i spesielle tilfeller innen automatisering, håndtering eller nedbremsing av ekstraordinært høye massekrefter på verktøymaskiner eller roterende bord. Hvis dempningskurvene som er spesifisert av produsenten, ikke er tilstrekkelige for bruksområdet og for kundens prosjektteam, bruker ACEs rådgivende ingeniører interne testanlegg til å kontrollere de teoretiske simuleringene fra designene med standardkomponenter i praksis og validere dem.

To falltestere brukes i Langenfeld, det tyske hovedkvarteret til ekspertmerket ACE, som er en del av Stabilus Group. Den første dekker massekrefter fra 130 kg til 500 kg med en maksimal fallhøyde på 1500 mm. Falltestene som utføres i henhold til tyngdelovene, resulterer i maksimale anslagshastigheter på 4,8 m/s (v = √2*g*h) og kinetiske energier på ca. 6000 Nm (m*g*h). Den andre falltesteren er egnet for masser fra 3 kg til 350 kg med en maksimal fallhøyde på opptil 1500 mm, og her måles kollisjonshastigheter på opptil ca. 5,5 m/s og energier på opptil ca. 5150 Nm. I tillegg til de nevnte hydrauliske demperne fra selskapets avdeling for dempingsteknologi, bruker ACE også begge falltesterne til å teste selskapets sikkerhetsprodukter, som omfatter reversible faste karosserier i tillegg til sikkerhetsstøtdemperne, som også fungerer hydraulisk.i tillegg til de hydrauliske sikkerhetsstøtdemperne omfatter disse også reversible solid-state-støtdempere som dem fra TUBUS-produktfamiliene og irreversible solid-state-støtdempere laget av aluminium og stål.

Fokus på maksimal mulig energiabsorpsjon

Den siste generasjonen av sikkerhetsdempere fra ACE kalles kollisjonsdempere. De er konstruert som nødstoppkomponenter til engangsbruk, og ingeniørene i Langenfeld gjennomfører omfattende testserier med de respektive typene på falltestere før de lanseres på markedet. De undersøker demperne, som er laget av spesielle aluminium- eller stålrør, først og fremst med tanke på maksimal mulig energiabsorpsjon i tilfelle en ulykke. De legger særlig vekt på å registrere de spesifikke dempingsegenskapene til de enkelte typene i hver nye serie ved hjelp av falltestere. På denne måten kan de kontrollere og validere katalogverdiene og godkjenne de respektive produktseriene for salg. Ingeniørene der undersøkte for eksempel den maksimale energiabsorpsjonen til fire nye, mindre kollisjonsdempere. Disse har en utvendig diameter på ca. 20 mm og lanseres på markedet med forskjellige slaglengder. Etter at valideringene ble vellykket gjennomført, har ACE utvidet utvalget av energiabsorbenter i det nedre området fra 100 til ca. 400 Nm, og kan også tilby kollisjonsdempere for systemer i mindre formater som en billig og effektiv nødstoppløsning. Fordi oppgaven til disse solid state-demperne i et industrielt miljø ligner på den som gjelder for deformasjonssoner i kjøretøyteknologi, er de testet for de tøffeste belastninger. Ved en kollisjon absorberer komponentene umiddelbart energien fra sammenstøtet og deformeres og brettes på en måte som er definert på forhånd i datasimuleringer, slik at den kinetiske energien fra sammenstøtet omdannes til varme og slippes ut i omgivelsene. På denne måten beskytter engangsdemperne konstruksjoner i tilfelle en ulykke ved hjelp av høy, jevn energispredning på 98 prosent. På grunn av kravet om at disse sikkerhetselementene skal gi høy langtidsstabilitet i daglig drift og maksimal beskyttelse i tilfelle nødstopp, ble testene og simuleringene utført under forhold som lå så nær virkeligheten som mulig.

Små støtdempere undersøkt i horisontale, lineære tester

I tillegg til disse tyngdekraftsbaserte testalternativene, der man for eksempel undersøker dempere og deres retardasjonsytelse ved slutten av bevegelsen til vertikale lineære akser, muliggjør en annen testbenk fra ACE også horisontale lineære tester. Her akselererer drivenheten massekrefter fra 20 kg til 100 kg på en horisontal akse til hastigheter på opptil ca. 3,5 m/s.

I et praktisk eksempel der friksjonsfrie aksler med høy presisjon er installert i et håndteringssystem som er sikret i endeposisjonene i tre aksler (X, Y, midtpol) med små støtdempere, velger ingeniørene hos ACE først de passende dempertypene for den respektive akselen fra standardutvalget. Fordi de svært følsomme akslene bare kan belastes med definerte maksimale krefter i tilfelle en kollisjon, utfører ACE i det andre trinnet spesifikke teoretiske konstruksjoner for hver av de utvalgte små støtdemperne ved hjelp av simuleringsprogramvare. Hvert enkelt hullmønster, det vil si antall og størrelse på gasshullene inne i demperen, simuleres på datamaskinen for å optimalisere kraftforløpet, det vil si kraft-forskyvningskurven. Ingeniørene kan deretter validere de teoretiske simuleringene ved å foreta målinger på den lineære aksen ved hjelp av passende forberedte prøveemner i de lineære testene på testbenken. I en slik testapplikasjon kan den bevegelige massen justeres ned til noen få gram, og slaghastigheten kan tilpasses nesten én-til-én med en toleranse på 0,02 m/s for hvert enkelt tilfelle. Hvis prøveemnene består testene, brukes måleresultatene til å produsere de nødvendige små seriene.

Måleteknologi validerer simulerings- og testresultater

Enten ACE-komponentene testes i vertikale eller horisontale lineære akser, bestemmes dempebevegelsen ved hjelp av et laserbasert forskyvningsmålesystem og den faktiske støttekraften ved hjelp av kraftsensorer på alle testbenkene. Selskapet samarbeider med Burat & Klein Datentechnik GmbH, som holder til i Meckenbeuren ved Bodensjøen. Mens sensorene og forskyvningsgiverne er koblet til et målesystem kalt MultiMessBOX, som er nøyaktig tilpasset det respektive testpunktet, kan dataene som bestemmes i hver testkjøring, evalueres ved hjelp av MessMax®-programvaren som er programmert av Burat & Klein. Som beskrevet i tilfellet med den lille støtdemperen, gjør MessMax® det mulig å legge kurven som er målt i den virkelige testen, over den teoretiske kurven som er bestemt på datamaskinen, og dermed validere teorien i praksis. Jörg Küchmann, ingeniør fra ACEs forsknings- og utviklingsavdeling, kommenterer: "I den nevnte applikasjonen kunne Burat & Klein tilby oss en spesiell evalueringsprogramvare som vi kan bruke til å sammenligne tre parametere og automatisk eksportere resultatene til Excel etter behov. I dette tilfellet evalueres og kontrolleres den maksimale støttekraften, den maksimale dempingsavstanden og også energien, det vil si arealet under kraft-forskyvningskurven."

I løpet av de siste årene har ACE opparbeidet seg omfattende erfaring på dette området innen måleteknologi og evaluering av de oppnådde resultatene, takket være det økende antallet valideringer som kundene har bedt om. Det er bemerkelsesverdig at simuleringene bare viser svært små prosentvise avvik sammenlignet med de faktiske måleresultatene i praksis. ACEs simuleringer er derfor også svært nøyaktige takket være Burat & Kleins måleteknologi.