ACE Stoßdämpfer GmbH och Burat & Klein Datentechnik GmbH har under många år samarbetat inom mätteknik för att kunna testa industriell dämpningsteknik med hög precision inom området dynamiska parametrar för kundspecifika projekt.

Här ger de en inblick i sitt framgångsrika samarbete.

Olika typer av dämpare används i många automatiserade tillverkningsprocesser. Små och industriella stötdämpare samt säkerhetsstötdämpare är särskilt lämpliga som effektiva, strömlösa hydrauliska komponenter för retardation eller för exakt bromsning av masskrafter för att öka produktiviteten och säkerheten. ACE erbjuder ett brett sortiment av dessa maskinelement i form av självjusterande och justerbara typer för en mängd olika applikationer, vilket gör det möjligt för konstruktörer att täcka de vanligaste kraftområdena med företagets standardkomponenter. ACE erbjuder också komponenter av reversibla och irreversibla solid state-material för nödstopp som överkörningsskydd eller som stoppdämpare.

Simulera först dämpningsbeteendet och validera sedan med fallprovare

Sensorer och simuleringar spelar en viktig roll när ingenjörer vill testa produkterna innan de lanseras på marknaden eller, när det gäller känsliga applikationer, i förväg vill fastställa det faktiska dämpningsbeteendet hos respektive spjälltyp för deras specifika applikation. Detta gäller i speciella fall inom automation, hantering eller inbromsning av extraordinärt höga massakrafter på verktygsmaskiner eller roterande bord. Om de dämpningskurvor som anges av tillverkaren inte är tillräckliga för applikationen och för kundens projektgrupp, använder ACE:s konsulterande ingenjörer interna testanläggningar för att kontrollera de teoretiska simuleringarna från konstruktionerna med standardkomponenter i praktiken och validera dem.

Två falltestare används i Langenfeld, det tyska huvudkontoret för expertvarumärket ACE, som ingår i Stabilus Group. Den första täcker massakrafter från 130 kg till 500 kg med en maximal fallhöjd på 1500 mm. Falltesterna som utförs enligt tyngdlagen resulterar i maximala islagshastigheter på 4,8 m/s (v = √2*g*h) och kinetiska energier på ca 6000 Nm (m*g*h). Den andra fallprovaren är lämplig för vikter från 3 kg till 350 kg med en maximal fallhöjd på upp till 1500 mm, varvid islagshastigheter på upp till ca 5,5 m/s och energier på upp till ca 5150 Nm mäts. Förutom de ovan nämnda hydrauliska dämparna från företagets division för dämpningsteknik använder ACE också båda fallprovarna för att testa företagets säkerhetsprodukter, som förutom säkerhetsstötdämparna, som också fungerar hydrauliskt, även omfattar reversibla fasta kroppar.Förutom de hydrauliska säkerhetsstötdämparna omfattar dessa även reversibla solid-state-stötdämpare, t.ex. från produktfamiljerna TUBUS, och irreversibla solid-state-stötdämpare av aluminium och stål.

Fokus på största möjliga energiabsorption

Den senare generationen av säkerhetsdämpare från ACE kallas för krockdämpare. De är utformade som nödstoppskomponenter för engångsbruk och ingenjörerna i Langenfeld utför omfattande testserier på fallprovare på respektive typ innan de lanseras på marknaden. De undersöker dämparna, som är tillverkade av speciella aluminium- eller stålrör, främst med avseende på maximal möjlig energiabsorption i händelse av en olycka. De ägnar särskild uppmärksamhet åt att registrera de specifika dämpningsegenskaperna hos de enskilda typerna i varje ny serie med hjälp av falltestare. Detta gör det möjligt för dem att kontrollera och validera katalogvärdena och godkänna respektive produktserie för försäljning. Ingenjörerna där undersökte t.ex. den maximala energiabsorptionen hos fyra nya, mindre krockdämpare. Dessa har en ytterdiameter på ca 20 mm och lanseras på marknaden med olika slaglängder. Sedan valideringarna slutförts med framgång har ACE utökat sortimentet av energiabsorbenter i det lägre området från 100 till ca 400 Nm och kan även erbjuda krockdämpare för system i mindre format som en billig och effektiv nödstoppslösning. Eftersom dessa solid-state-dämpare har samma uppgift i en industriell miljö som smulzoner inom fordonstekniken har de testats för de tuffaste belastningarna. Vid en krock absorberar ju komponenterna omedelbart krockenergin och deformeras och viks på ett sätt som definierats i förväg i datorsimuleringar för att omvandla den kinetiska krockenergin till värme och avleda den till den yttre miljön. På så sätt skyddar engångsdämparna konstruktioner i händelse av en olycka genom en hög och jämn energiavledning på 98 procent. Eftersom dessa säkerhetselement måste erbjuda hög långsiktig stabilitet i vardaglig drift och maximalt skydd vid nödstopp, utfördes testerna och simuleringarna under förhållanden som var så nära verkligheten som möjligt.

Små stötdämpare undersöks i horisontella linjära tester

Förutom dessa gravitationsbaserade testalternativ, där man till exempel undersöker dämpare och deras retardationsprestanda i slutet av rörelsen för vertikala linjära axlar, möjliggör en annan testbänk från ACE även horisontella linjära tester. Här accelererar drivenheten masskrafter på 20 kg till 100 kg på en horisontell axel till hastigheter på upp till ca 3,5 m/s.

I ett praktiskt exempel där friktionsfria axlar med hög precision monteras i ett hanteringssystem som säkras i ändlägena i tre axlar (X, Y, mittaxel) med små stötdämpare, väljer ingenjörerna på ACE först lämpliga dämpartyper för respektive axel från standardsortimentet. Eftersom de mycket känsliga axlarna endast får belastas med definierade maximala krafter i händelse av en krock, utför ACE i det andra steget specifika teoretiska konstruktioner för var och en av de utvalda små stötdämparna med hjälp av simuleringsprogram. Varje enskilt hålmönster, dvs. antalet och storleken på stryphålen inuti dämparen, simuleras i datorn för att optimera kraftutvecklingen, dvs. kraft-förskjutningskurvan. Ingenjörerna kan sedan validera de teoretiska simuleringarna genom att göra mätningar på den linjära axeln med hjälp av lämpligt förberedda provkroppar i de linjära testerna på testbänken. I en sådan testapplikation kan den rörliga massan justeras ner till några gram och slaghastigheten kan matchas nästan en till en med en tolerans på 0,02 m/s för varje specifikt fall. Om provkropparna klarar testerna används mätresultaten för att tillverka de små serier som krävs.

Mätteknik validerar simulerings- och testresultat

Oavsett om ACE-komponenterna testas i vertikala eller horisontella linjära axlar bestäms dämpningsrörelsen med hjälp av ett laserförskjutningsmätsystem och den faktiska stödkraften med hjälp av kraftsensorer på alla testbänkar. Företaget samarbetar med Burat & Klein Datentechnik GmbH, som är baserat i Meckenbeuren i Bodensjöområdet. Medan sensorerna och förskjutningsgivarna är anslutna till ett mätsystem som kallas MultiMessBOX, som är exakt anpassat till respektive testpunkt, kan de data som fastställs i varje testkörning utvärderas med hjälp av MessMax®-programvaran som programmerats av Burat & Klein. Som beskrivits i fallet med den lilla stötdämparen gör MessMax® det möjligt att överlagra den kurva som uppmätts i det verkliga testet med den teoretiska kurva som tagits fram i datorn och därmed validera teorin i praktiken. Jörg Küchmann, ingenjör från ACE:s forsknings- och utvecklingsavdelning, kommenterar: "I den citerade applikationen kunde Burat & Klein erbjuda oss en speciell utvärderingsprogramvara med vilken vi kan jämföra tre parametrar och automatiskt exportera resultaten till Excel efter behov. I det här fallet utvärderas och kontrolleras den maximala stödkraften, det maximala dämpningsavståndet och även energin, dvs. ytan under kraft-förskjutningskurvan."

Under de senaste åren har ACE skaffat sig stor erfarenhet inom detta område av mätteknik och utvärdering av de resultat som erhålls tack vare det ökande antalet valideringar som begärs av kunderna. Det är anmärkningsvärt att simuleringarna endast visar mycket små procentuella avvikelser jämfört med de faktiska mätresultaten i praktiken. ACE:s simuleringar är därför också mycket exakta tack vare Burat & Kleins mätteknik.