ACE Stoßdämpfer GmbH en Burat & Klein Datentechnik GmbH werken al vele jaren samen op het gebied van meettechniek om industriële dempingstechniek op het gebied van dynamische parameters nauwkeurig te kunnen testen voor klantspecifieke projecten.
Hier geven ze inzicht in hun succesvolle samenwerking.
In veel geautomatiseerde productieprocessen worden verschillende soorten dempers gebruikt. Kleine en industriële schokdempers en veiligheidsschokdempers zijn bijzonder geschikt als efficiënte, stroomloze hydraulische componenten voor vertraging of voor het nauwkeurig afremmen van massakrachten om de productiviteit en veiligheid te verhogen. ACE levert een breed assortiment van deze machine-elementen in de vorm van zelfstellende en instelbare types voor een groot aantal toepassingen, waardoor ontwerpers de meest voorkomende krachtbereiken kunnen afdekken met de standaardcomponenten van het bedrijf. ACE biedt ook componenten gemaakt van omkeerbare en onomkeerbare solid-state materialen voor noodstops als overloopbeveiliging of als stopdempers.
Eerst dempingsgedrag simuleren, dan valideren op valtesters
Sensoren en simulaties spelen een rol wanneer ingenieurs de producten willen testen voordat ze op de markt komen of, in het geval van gevoelige toepassingen, het werkelijke dempingsgedrag van de respectieve dempertypes voor hun specifieke toepassing vooraf willen bepalen. Dit geldt in speciale gevallen voor automatisering, handling of de vertraging van buitengewoon hoge massakrachten op bewerkingsmachines of draaitafels. Als de door de fabrikant gespecificeerde dempingscurves niet voldoende zijn voor de toepassing en voor het projectteam van de klant, gebruiken de adviserende ingenieurs van ACE interne testfaciliteiten om de theoretische simulaties van de ontwerpen met standaardcomponenten in de praktijk te controleren en te valideren.
Er worden twee valtesters gebruikt in Langenfeld, het Duitse hoofdkantoor van het expertisemerk ACE, dat deel uitmaakt van de Stabilus Group. De eerste is geschikt voor massakrachten van 130 kg tot 500 kg met een maximale valhoogte van 1500 mm. De valproeven die worden uitgevoerd volgens de wetten van de zwaartekracht resulteren in maximale botssnelheden van 4,8 m/s (v = √2*g*h) en kinetische energieën van ongeveer 6000 Nm (m*g*h). De tweede valtester is geschikt voor massa's van 3 kg tot 350 kg met een maximale valhoogte tot 1500 mm, waarbij botssnelheden tot ongeveer 5,5 m/s en energieën tot ongeveer 5150 Nm worden gemeten. Naast de eerder genoemde hydraulische dempers van de divisie dempingstechnologie van het bedrijf, gebruikt ACE beide valtesters ook voor het testen van de veiligheidsproducten van het bedrijf, waaronder omkeerbare vaste lichamen naast de eveneens hydraulisch werkende veiligheidsschokdempers.Naast de hydraulische veiligheidsschokdempers omvatten deze ook omkeerbare vastestofschokdempers zoals die van de TUBUS-productfamilies en onomkeerbare vastestofschokdempers van aluminium en staal.
Focus op maximaal mogelijke energieabsorptie
De laatste generatie veiligheidskleppen van ACE worden crashdempers genoemd. Ontworpen als noodstopcomponenten voor eenmalig gebruik, voeren de ingenieurs in Langenfeld uitgebreide series tests uit op de valtesters van de respectievelijke typen voordat ze op de markt worden gebracht. Ze onderzoeken de dempers, die gemaakt zijn van speciale aluminium of stalen buizen, vooral op de maximaal mogelijke energieabsorptie bij een ongeval. Ze besteden bijzondere aandacht aan het registreren van de specifieke dempingskenmerken van de individuele types van elke nieuwe serie met behulp van valtesters. Zo kunnen ze de cataloguswaarden controleren en valideren en de respectieve productseries goedkeuren voor verkoop. De ingenieurs onderzochten bijvoorbeeld de maximale energieabsorptie van vier nieuwe, kleinere crashdempers. Deze hebben een buitendiameter van ongeveer 20 mm en worden met verschillende slagen op de markt gebracht. Sinds de succesvolle afronding van de validaties heeft ACE het assortiment energiedempers in het lagere bereik uitgebreid van 100 tot ca. 400 Nm en kan het de crashdempers ook aanbieden voor systemen in kleinere formaten als een goedkope en effectieve noodstopoplossing. Omdat de taak van deze solid-state dempers in een industriële omgeving vergelijkbaar is met die van kreukelzones in de voertuigtechnologie, zijn ze getest op de zwaarste belastingen. Immers, bij een botsing absorberen de onderdelen de botsingsenergie onmiddellijk en worden ze vervormd en gevouwen op een manier die vooraf in computersimulaties is gedefinieerd om de kinetische energie van de botsing om te zetten in warmte en af te voeren naar de buitenomgeving. Op deze manier beschermen de dempers voor eenmalig gebruik constructies bij een ongeluk door een hoge, gelijkmatige energieafvoer van 98 procent. Omdat deze veiligheidselementen een hoge stabiliteit op lange termijn moeten bieden bij dagelijks gebruik en maximale bescherming bij een noodstop, werden de tests en simulaties uitgevoerd onder omstandigheden die de werkelijkheid zo dicht mogelijk benaderden.
Kleine schokdempers onderzocht in horizontale lineaire tests
Naast deze op zwaartekracht gebaseerde testopties, waarbij dempers en hun vertragingsprestaties aan het einde van de verplaatsing van bijvoorbeeld verticale lineaire assen worden onderzocht, zijn op een andere testbank van ACE ook horizontale lineaire tests mogelijk. Hier versnelt de aandrijving massakrachten van 20 kg tot 100 kg op een horizontale as tot snelheden van ongeveer 3,5 m/s.
In een praktijkvoorbeeld waarin zeer nauwkeurige, wrijvingsvrije assen worden geïnstalleerd in een handlingsysteem dat in de eindposities in drie assen (X, Y, middenpool) wordt vastgezet door kleine schokdempers, selecteren de ingenieurs bij ACE eerst de juiste dempertypes voor de betreffende as uit het standaardassortiment. Omdat de zeer gevoelige assen alleen belast mogen worden met gedefinieerde maximale krachten in het geval van een crash, voert ACE in de tweede stap specifieke theoretische ontwerpen uit voor elk van de geselecteerde kleine schokdempers met behulp van simulatiesoftware. Elk individueel gatenpatroon, d.w.z. het aantal en de grootte van de smoorgaten in de demper, wordt op de computer gesimuleerd om het krachtverloop, d.w.z. de kracht-verplaatsingscurve, te optimaliseren. De ingenieurs kunnen dan de theoretische simulaties valideren door metingen uit te voeren op de lineaire as met behulp van goed voorbereide testmonsters in de lineaire tests op de testbank. In een dergelijke testtoepassing kan de bewegende massa tot op een paar gram worden ingesteld en kan de botssnelheid bijna één op één worden aangepast met een tolerantie van 0,02 m/s voor elk specifiek geval. Als de proefstukken de tests doorstaan, worden de meetresultaten gebruikt voor de productie van de vereiste kleine series.
Meettechnologie valideert simulatie en testresultaten
Of ACE-componenten nu worden getest in verticale of horizontale lineaire assen, de dempingsslag wordt bepaald met een laserverplaatsingsmeetsysteem en de werkelijke ondersteuningskracht met krachtsensoren op alle testbanken. Het bedrijf werkt samen met Burat & Klein Datentechnik GmbH, gevestigd in Meckenbeuren in het Bodenseegebied. Terwijl de sensoren en verplaatsingsopnemers zijn aangesloten op een meetsysteem genaamd MultiMessBOX, dat precies is aangepast aan het betreffende testpunt, kunnen de gegevens die bij elke test zijn bepaald, worden geëvalueerd met behulp van de MessMax® software die is geprogrammeerd door Burat & Klein. Zoals beschreven in het geval van de kleine schokdemper, maakt MessMax® het mogelijk om de curve die gemeten is in de echte test te superponeren met de theoretische curve die bepaald is op de computer en zo de theorie in de praktijk te valideren. Jörg Küchmann, ingenieur van de onderzoeks- en ontwikkelingsafdeling van ACE, licht toe: "In de genoemde toepassing was Burat & Klein in staat om ons speciale evaluatiesoftware aan te bieden waarmee we drie parameters kunnen vergelijken en de resultaten automatisch kunnen exporteren naar Excel. In dit geval worden de maximale steunkracht, de maximale dempingsafstand en ook de energie, d.w.z. het gebied onder de kracht-verplaatsingscurve, geëvalueerd en gecontroleerd."
In de afgelopen jaren heeft ACE veel ervaring opgedaan op dit gebied van meettechnologie en de evaluatie van de verkregen resultaten dankzij het toenemende aantal validaties waar klanten om vroegen. Opvallend is dat de simulaties slechts zeer kleine procentuele afwijkingen laten zien ten opzichte van de werkelijke meetresultaten in de praktijk. De simulaties van ACE zijn daarom ook zeer nauwkeurig dankzij de meettechnologie van Burat & Klein.
