Um industrielle Dämpfungstechnik im Bereich dynamischer Parameter präzise prüfen zu können, kooperieren zwei deutsche Unternehmen seit vielen Jahren erfolgreich im Messtechnikbereich und geben hier Einblicke in ihre Arbeit.
Robert Timmerberg, Fachjournalist (DFJV), plus2 GmbH, Düsseldorf
In der Automatisierung kommen verschiedene Arten von Dämpfern zum Einsatz. Dabei eignen sich Klein- und Industriestoßdämpfer sowie Sicherheitsstoßdämpfer ideal als effiziente, stromlos arbeitende hydraulische Komponenten zur Verzögerung oder für punktgenaues Abbremsen von Massenkräften zwecks Produktivitätssteigerung und Sicherheitserhöhung. Die ACE Stoßdämpfer GmbH stellt ein breites Spektrum dieser Maschinenelemente in Form selbsteinstellender und einstellbarer Typen zur Verfügung, sodass Konstrukteure schon mit den Standardkomponenten die gängigsten Kraftbereiche abdecken können.
Zudem bietet ACE Komponenten aus reversiblen und irreversiblen Festkörpermaterialien für den Not-Stopp, als Überfahrschutz oder als Anschlagdämpfer an.
Sensoren und Simulationen spielen eine Rolle, wenn Ingenieure die Produkte vor der Markteinführung testen oder bei sensiblen Anwendungen den Dämpfungsverlauf der jeweiligen Typen vorab genau ermitteln wollen. Sind die herstellerseitig genannten Dämpfungsverläufe für die Applikation und für das Projektteam des Kunden nicht ausreichend, greifen die Ingenieure von ACE auf eigene Testmöglichkeiten zurück, um die theoretischen Simulationen aus den Auslegungen mit Standardkomponenten in der Praxis zu überprüfen und diese zu validieren.
Neue Einwegdämpfer an Falltestern erprobt
In Langenfeld, der deutschen Zentrale der zur Stabilus-Gruppe gehörenden ACE Stoßdämpfer GmbH, kommen zwei Vertikal-Falltester zum Einsatz.
Der erste deckt Massenkräfte von 130 kg bis 500 kg bei einer maximalen Fallhöhe von 1500 mm ab. Bei den nach den Gesetzen der Schwerkraft durchgeführten Falltests ergeben sich maximale Aufprallgeschwindigkeiten von 4,8 m/s (v = √2*g*h) und kinetische Energien von ca. 6.000 Nm (m*g*h). Der zweite Falltester eignet sich für Massen von 3 kg bis 350 kg bei einer maximalen Fallhöhe bis zu ebenfalls 1.500 mm, wobei Aufprallgeschwindigkeiten von bis zu ca. 5,5 m/s und Energien bis zu ca. 5.150 Nm gemessen werden. Neben den genannten Klein- und Industriestoßdämpfern setzt ACE beide Falltester auch für die Erprobung von Sicherheitsprodukten ein, zu denen neben den ebenfalls hydraulisch arbeitenden Sicherheitsstoßdämpfern auch reversible Festkörperdämpfer wie jene aus den TUBUS-Produktfamilien und seit 2021 auch irreversible Festkörperdämpfer aus Aluminium und Stahl gehören.
Diese neue Generation der ACE Sicherheitsdämpfer wird als Crash Dämpfer bezeichnet. Als Not-Stopp-Komponenten für den Einmalgebrauch konzipiert, führen die Ingenieure in Langenfeld an den jeweiligen Typen vor ihrer Markteinführung ausgiebige Testreihen an den Falltestern durch. Dabei untersuchen sie die aus Aluminium- oder Stahlrohr gefertigten Dämpfer hinsichtlich maximaler Energieaufnahme im Havariefall. Ihr Augenmerk gilt der Aufzeichnung der Dämpfungskennlinien der einzelnen Typen jeder neuen Baureihe mit Hilfe der Falltester. Auf diese Weise überprüfen und validieren sie die Katalogwerte und geben die jeweiligen Produktserien für den Vertrieb frei. Weil die Aufgabe dieser Festkörperdämpfer im industriellen Umfeld der von Knautschzonen in der Fahrzeugtechnik ähnelt, werden sie auf härteste Belastungen geprüft. Denn die Komponenten nehmen bei einem Crash die aufprallende Energie augenblicklich auf und werden in einer vorab in Computersimulationen definierten Art und Weise verformt. So schützen die Einmaldämpfer bei einer Havarie durch hohen, gleichmäßigen Energieabbau von 98 Prozent. Aufgrund der Anforderung an diese Sicherheitselemente, große Langzeitstabilität im Alltagsbetrieb sowie maximalen Schutz im Not-Stopp-Fall zu bieten, fanden die Tests und Simulationen unter so realitätsnahen Umständen wie möglich statt.
Kleinstoßdämpfer in horizontalen Lineartests untersucht
Neben diesen schwerkraftbedingten Testmöglichkeiten von Dämpfern am Ende des Weges beispielsweise von vertikalen Linearachsen ermöglicht ein spezieller Prüfstand von ACE auch horizontale Lineartests. Dabei beschleunigt der Antrieb Massen von 20 kg bis 100 kg auf Geschwindigkeiten von bis zu ca. 3,5 m/s.
In einem Praxisbeispiel, bei dem hochpräzise, reibungsfreie Achsen in einem Handlingsystem verbaut werden, das in drei Achsen in den Endlagen durch Kleinstoßdämpfer abgesichert wird, wählen die Ingenieure von ACE zunächst die für die jeweilige Achse passenden Dämpfertypen aus dem Standardprogramm.
Weil die hochsensiblen Achsen nur mit fest definierten Maximalkräften im Crashfall belastet werden dürfen, führt man im zweiten Schritt jeweils konkrete theoretische Auslegungen für jeden der gewählten Kleinstoßdämpfer mit Hilfe einer Simulationssoftware durch. Dabei wird jedes einzelne Bohrbild, worunter die Anzahl und Größe der Drosselbohrungen im Dämpferinneren zu verstehen sind, am Computer simuliert, um den Kraftverlauf, also die Kraft-Weg-Kurve, zu optimieren. Im Anschluss daran können die Ingenieure mit entsprechend präparierten Prüflingen in den Lineartests am Prüfstand die theoretischen Simulationen per Messungen auf der Linearachse validieren. In einer solchen Testanwendung lassen sich die bewegte Masse bis auf wenige Gramm und die Aufprallgeschwindigkeit mit einer Toleranz von 0,02 m/s so gut wie 1:1 auf jeden Fall abstimmen. Bestehen die Prüflinge die Tests, werden die Messergebnisse für die Fertigung der jeweils benötigten Kleinserie übernommen.
Messtechnik validiert Simulations- und Testergebnisse
Ob Komponenten von ACE in vertikalen oder horizontalen Linearachsen getestet werden, auf den Prüfständen ermittelt das Unternehmen den Dämpfungsweg über ein Laser-Weg-Messsystem und die tatsächliche Stützkraft über Kraftsensoren. Hierbei kooperiert man seit 2004 mit der in Meckenbeuren im Bodenseekreis ansässigen Burat & Klein Datentechnik GmbH.
Während die verschiedenen Sensoren und Wegaufnehmer an einer der jeweiligen Prüfstelle genau angepassten Messanlage namens MultiMessBOX angeschlossen sind, lassen sich die in jedem Testlauf ermittelten Daten über die von Burat & Klein programmierte Software MessMax® auswerten.
Wie im Musterfall geschildert, ist es mittels MessMax® möglich, die beim Realtest gemessene Kurve mit der theoretisch am Rechner ermittelten übereinanderzulegen und auf diese Weise die Theorie in der Praxis zu validieren. Jörg Küchmann, Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei ACE, dazu: „In der angeführten Anwendung konnte Burat & Klein uns eine Auswertesoftware anbieten, mit der wir drei Parameter abgleichen können und die Ergebnisse automatisch in Excel exportieren. In diesem Fall werden die maximale Stützkraft, der maximale Dämpfungsweg und zusätzlich die Energie, also die Fläche unterhalb der Kraft-Weg-Kurve, ausgewertet und überprüft.“
Durch die immer häufiger von Kunden nachgefragten Validierungen konnte ACE vielschichtige Erfahrungen in diesem Bereich der Messtechnik und der Beurteilung der ermittelten Ergebnisse sammeln. Bemerkenswert ist dabei, dass die Simulationen mit den tatsächlichen Messergebnissen in der Praxis verglichen nur sehr geringe prozentuale Abweichungen aufweisen. Die Simulationen von ACE sind also auch dank der Messtechnik von Burat & Klein sehr genau.
Digitales Auswahl- und Beratungsangebot von ACE
Auf der ACE Homepage finden Konstrukteure neben einem kompletten Überblick über das Katalogprogramm von Tausenden von Maschinenelementen auch umfassende Konfigurations- und Berechnungsmöglichkeiten sowie einen Online-Shop.
Das digitale Auswahl- und Beratungsangebot von ACE spricht alle technischen Zielgruppen an und wird besonders außerhalb der klassischen Bürozeiten frequentiert. Ingenieure ermitteln bereits über diese Informationskanäle in der Regel die für die meisten Standardanwendungen passenden Komponenten für ihre Konstruktionen und schätzen zudem die CAD-Daten, die ACE in diversen Formaten bereit stellt.
ACE steht zudem nicht nur für Sonderfälle jederzeit mittels persönlicher Beratung, auch vor Ort, zur Verfügung und ist immer ansprechbar.
