Společnosti ACE Stoßdämpfer GmbH a Burat & Klein Datentechnik GmbH již řadu let spolupracují v oblasti měřicí techniky, aby mohly přesně testovat průmyslovou tlumicí techniku v oblasti dynamických parametrů pro projekty specifické pro zákazníky.

V tomto článku přinášíme přehled jejich úspěšné spolupráce.

Různé typy tlumičů se používají v mnoha automatizovaných výrobních procesech. Malé a průmyslové tlumiče i bezpečnostní tlumiče jsou vhodné zejména jako účinné bezproudé hydraulické komponenty pro zpomalování nebo pro přesné brzdění hmotnostních sil s cílem zvýšit produktivitu a bezpečnost. Společnost ACE nabízí širokou škálu těchto strojních prvků v podobě samonastavitelných a nastavitelných typů pro nejrůznější aplikace, což konstruktérům umožňuje pokrýt nejběžnější rozsahy sil pomocí standardních komponent společnosti. ACE nabízí také komponenty z reverzibilních a ireverzibilních pevnolátkových materiálů pro nouzové zastavení jako ochranu proti přeběhnutí nebo jako tlumiče zastavení.

Nejprve simulujte chování tlumiče, poté ověřte na pádových testerech

Senzory a simulace hrají roli, když inženýři chtějí otestovat výrobky před uvedením na trh nebo v případě citlivých aplikací chtějí předem zjistit skutečné tlumicí chování příslušných typů tlumičů pro jejich konkrétní použití. To platí ve speciálních případech v automatizaci, manipulaci nebo při zpomalování mimořádně velkých hmotnostních sil na obráběcích strojích nebo otočných stolech. Pokud křivky tlumení udávané výrobcem nejsou pro danou aplikaci a pro projektový tým zákazníka dostatečné, využívají poradenští inženýři společnosti ACE vlastní testovací zařízení k ověření teoretických simulací z návrhů se standardními komponenty v praxi a jejich validaci.

V Langenfeldu, německém sídle odborné značky ACE, která je součástí skupiny Stabilus, se používají dva pádové testery. První z nich pokrývá hmotnostní síly od 130 kg do 500 kg s maximální výškou pádu 1500 mm. Výsledkem pádových zkoušek prováděných podle gravitačních zákonů je maximální rychlost nárazu 4,8 m/s (v = √2*g*h) a kinetická energie přibližně 6000 Nm (m*g*h). Druhý pádový tester je vhodný pro hmotnosti od 3 kg do 350 kg s maximální výškou pádu až 1500 mm, přičemž se měří nárazové rychlosti až do cca 5,5 m/s a energie až do cca 5150 Nm. Kromě výše zmíněných hydraulických tlumičů z divize tlumicí techniky společnosti ACE využívá oba pádové testery také k testování bezpečnostních produktů společnosti, mezi něž patří kromě bezpečnostních tlumičů, které rovněž fungují hydraulicky, také reverzibilní pevná tělesa. kromě hydraulických bezpečnostních tlumičů mezi ně patří také reverzibilní pevnolátkové tlumiče, například z produktových řad TUBUS, a ireverzibilní pevnolátkové tlumiče z hliníku a oceli.

Zaměření na maximální možnou absorpci energie

Poslední generace bezpečnostních tlumičů od společnosti ACE se označuje jako crash tlumiče. Jsou navrženy jako komponenty pro nouzové zastavení pro jednorázové použití a před jejich uvedením na trh provádějí inženýři v Langenfeldu rozsáhlé série testů příslušných typů na pádových testerech. Tlumiče, které jsou vyrobeny ze speciálních hliníkových nebo ocelových trubek, zkoumají především s ohledem na maximální možnou absorpci energie v případě nehody. Zvláštní pozornost věnují záznamu specifických tlumicích vlastností jednotlivých typů každé nové řady pomocí drop testerů. To jim umožňuje kontrolovat a ověřovat katalogové hodnoty a schvalovat příslušné řady výrobků k prodeji. Tamní inženýři například zkoumali maximální absorpci energie čtyř nových, menších tlumičů nárazu. Ty mají vnější průměr přibližně 20 mm a jsou uváděny na trh s různými zdvihy. Po úspěšném dokončení validace rozšířila společnost ACE nabídku tlumičů energie v nižším rozsahu od 100 do cca 400 Nm a může nabízet tlumiče nárazu i pro systémy menších formátů jako levné a účinné řešení nouzového zastavení. Vzhledem k tomu, že úloha těchto polovodičových tlumičů v průmyslovém prostředí je podobná úloze deformačních zón v automobilové technice, byly testovány na nejtěžší zatížení. Vždyť v případě nárazu komponenty okamžitě absorbují energii nárazu a jsou deformovány a složeny způsobem předem definovaným v počítačových simulacích, aby přeměnily kinetickou energii nárazu na teplo a odvedly ji do vnějšího prostředí. Tímto způsobem chrání jednorázové tlumiče konstrukce v případě nehody díky vysokému a rovnoměrnému rozptylu energie ve výši 98 %. Vzhledem k požadavku, aby tyto bezpečnostní prvky poskytovaly vysokou dlouhodobou stabilitu v každodenním provozu a maximální ochranu v případě nouzového zastavení, byly testy a simulace prováděny za podmínek, které se co nejvíce blížily realitě.

Malé tlumiče nárazů zkoumané při horizontálních lineárních zkouškách

Kromě těchto možností gravitačních zkoušek, které zkoumají tlumiče a jejich zpomalovací vlastnosti například na konci dráhy vertikálních lineárních os, umožňuje další zkušební stolice od společnosti ACE také horizontální lineární zkoušky. Zde pohon urychluje hmotnostní síly o hmotnosti 20 kg až 100 kg na horizontální ose na rychlost až cca 3,5 m/s.

V praktickém příkladu, kdy jsou v manipulačním systému instalovány vysoce přesné nápravy bez tření, které jsou ve třech osách (X, Y, středový pól) zajištěny v koncových polohách malými tlumiči, vyberou technici společnosti ACE nejprve ze standardní nabídky vhodné typy tlumičů pro příslušnou nápravu. Protože vysoce citlivé nápravy mohou být v případě havárie zatíženy pouze definovanými maximálními silami, provede společnost ACE ve druhém kroku specifické teoretické návrhy pro každý z vybraných malých tlumičů pomocí simulačního softwaru. Každý jednotlivý vzor otvorů, tj. počet a velikost škrtících otvorů uvnitř tlumiče, je simulován na počítači s cílem optimalizovat průběh síly, tj. křivku síla-posunutí. Teoretické simulace pak mohou konstruktéři ověřit měřením na lineární ose pomocí vhodně připravených zkušebních vzorků při lineárních zkouškách na zkušebně. V takové zkušební aplikaci lze pohyblivou hmotnost nastavit až na několik gramů a rychlost nárazu lze přizpůsobit téměř jedna ku jedné s tolerancí 0,02 m/s pro každý konkrétní případ. Pokud zkušební vzorky při zkouškách vyhoví, použijí se výsledky měření pro výrobu požadovaných malých sérií.

Měřicí technologie ověřuje výsledky simulací a zkoušek

Ať už se komponenty ACE testují ve vertikálních nebo horizontálních lineárních osách, dráha tlumení se určuje pomocí laserového systému měření posunutí a skutečná opěrná síla pomocí snímačů síly na všech zkušebních stolicích. Společnost spolupracuje se společností Burat & Klein Datentechnik GmbH se sídlem v Meckenbeurenu v oblasti Bodamského jezera. Zatímco snímače a snímače posunutí jsou připojeny k měřicímu systému MultiMessBOX, který je přesně přizpůsoben příslušnému zkušebnímu bodu, údaje zjištěné v každé zkušební jízdě lze vyhodnotit pomocí softwaru MessMax® naprogramovaného společností Burat & Klein. Jak bylo popsáno v případě malého tlumiče, MessMax® umožňuje superponovat křivku naměřenou při reálné zkoušce s teoretickou křivkou určenou na počítači a ověřit tak teorii v praxi. Jörg Küchmann, inženýr z oddělení výzkumu a vývoje společnosti ACE, k tomu říká: "V citované aplikaci nám společnost Burat & Klein dokázala nabídnout speciální vyhodnocovací software, s jehož pomocí můžeme porovnávat tři parametry a výsledky automaticky exportovat do Excelu podle potřeby. V tomto případě se vyhodnocuje a kontroluje maximální opěrná síla, maximální tlumicí vzdálenost a také energie, tj. plocha pod křivkou síla-posunutí."

V posledních několika letech získala společnost ACE díky rostoucímu počtu validací požadovaných zákazníky rozsáhlé zkušenosti v této oblasti měřicí techniky a vyhodnocování získaných výsledků. Je pozoruhodné, že simulace vykazují jen velmi malé procentuální odchylky ve srovnání se skutečnými výsledky měření v praxi. Simulace společnosti ACE jsou tedy velmi přesné i díky měřicí technologii společnosti Burat & Klein.