ACE Stoßdämpfer GmbH et Burat & Klein Datentechnik GmbH coopèrent depuis de nombreuses années dans le domaine de la technique de mesure afin de pouvoir tester avec précision la technique d'amortissement industrielle dans le domaine des paramètres dynamiques pour des projets spécifiques aux clients.
Ils donnent ici un aperçu de leur coopération fructueuse.
Différents types d'amortisseurs sont utilisés dans de nombreux processus de fabrication automatisés. Les petits amortisseurs, les amortisseurs industriels et les amortisseurs de sécurité sont particulièrement adaptés en tant que composants hydrauliques efficaces et sans courant pour la décélération ou le freinage précis des forces de masse afin d'augmenter la productivité et la sécurité. ACE propose une large gamme de ces éléments de machine sous la forme de types autoréglables et réglables pour une grande variété d'applications, ce qui permet aux concepteurs de couvrir les plages de force les plus courantes avec les composants standard de l'entreprise. ACE propose également des composants en matériaux solides réversibles et irréversibles pour les arrêts d'urgence, comme protection contre le dépassement ou comme amortisseurs d'arrêt.
Simuler d'abord le comportement de l'amortissement, puis le valider sur des testeurs de chute
Les capteurs et les simulations jouent un rôle lorsque les ingénieurs veulent tester les produits avant leur lancement sur le marché ou, dans le cas d'applications sensibles, veulent déterminer à l'avance le comportement d'amortissement réel des différents types d'amortisseurs pour leur application spécifique. C'est le cas notamment dans les domaines de l'automatisation, de la manutention ou de la décélération de forces de masse extraordinairement élevées sur des machines-outils ou des tables rotatives. Si les courbes d'amortissement spécifiées par le fabricant ne sont pas suffisantes pour l'application et pour l'équipe de projet du client, les ingénieurs-conseils d'ACE utilisent des installations d'essai internes pour vérifier les simulations théoriques des conceptions avec des composants standard dans la pratique et les valider.
Deux testeurs de chute sont utilisés à Langenfeld, le siège allemand de la marque experte ACE, qui fait partie du groupe Stabilus. Le premier couvre les forces de masse de 130 kg à 500 kg avec une hauteur de chute maximale de 1500 mm. Les essais de chute effectués selon les lois de la gravité donnent des vitesses d'impact maximales de 4,8 m/s (v = √2*g*h) et des énergies cinétiques d'environ 6000 Nm (m*g*h). Le second appareil d'essai de chute convient pour des masses de 3 kg à 350 kg avec une hauteur de chute maximale de 1500 mm, ce qui permet de mesurer des vitesses d'impact allant jusqu'à environ 5,5 m/s et des énergies allant jusqu'à environ 5150 Nm. Outre les amortisseurs hydrauliques susmentionnés de la division des techniques d'amortissement de l'entreprise, ACE utilise également les deux testeurs de chute pour tester les produits de sécurité de l'entreprise, qui comprennent des corps fixes réversibles en plus des amortisseurs de sécurité, qui fonctionnent également de manière hydraulique.En plus des amortisseurs de sécurité hydrauliques, ceux-ci comprennent également des amortisseurs solides réversibles tels que ceux des familles de produits TUBUS et des amortisseurs solides irréversibles fabriqués en aluminium et en acier.
L'accent est mis sur une absorption maximale de l'énergie
La dernière génération d'amortisseurs de sécurité d'ACE est appelée amortisseurs de collision. Conçus comme des composants d'arrêt d'urgence à usage unique, les ingénieurs de Langenfeld effectuent des séries de tests approfondis sur les différents types d'amortisseurs sur des testeurs de chute avant leur lancement sur le marché. Ils examinent les amortisseurs, qui sont fabriqués à partir de tubes spéciaux en aluminium ou en acier, principalement du point de vue de l'absorption maximale d'énergie possible en cas d'accident. Ils accordent une attention particulière à l'enregistrement des caractéristiques d'amortissement spécifiques des différents types de chaque nouvelle série à l'aide de testeurs de chute. Cela leur permet de vérifier et de valider les valeurs du catalogue et d'approuver la vente des différentes séries de produits. Par exemple, les ingénieurs ont examiné l'absorption maximale d'énergie de quatre nouveaux amortisseurs de chocs plus petits. Ceux-ci ont un diamètre extérieur d'environ 20 mm et sont lancés sur le marché avec des courses différentes. Depuis que les validations ont été menées à bien, ACE a élargi sa gamme d'absorbeurs d'énergie dans la plage inférieure de 100 à environ 400 Nm et peut également proposer les amortisseurs de collision pour les systèmes dans des formats plus petits comme solution d'arrêt d'urgence peu coûteuse et efficace. Comme la tâche de ces amortisseurs à semi-conducteurs dans un environnement industriel est similaire à celle des zones de déformation dans la technologie automobile, ils ont été testés pour les charges les plus sévères. En effet, en cas de collision, les composants absorbent immédiatement l'énergie d'impact et sont déformés et pliés d'une manière définie à l'avance dans des simulations informatiques afin de convertir l'énergie cinétique d'impact en chaleur et de la dissiper dans l'environnement extérieur. Les amortisseurs à usage unique protègent ainsi les structures en cas d'accident grâce à une dissipation d'énergie élevée et uniforme de 98 %. Comme ces éléments de sécurité doivent offrir une grande stabilité à long terme en fonctionnement quotidien et une protection maximale en cas d'arrêt d'urgence, les essais et les simulations ont été réalisés dans des conditions aussi proches que possible de la réalité.
Petits amortisseurs examinés lors d'essais linéaires horizontaux
Outre ces options d'essai basées sur la gravité, qui permettent d'examiner les amortisseurs et leurs performances de décélération en fin de course des axes linéaires verticaux, par exemple, un autre banc d'essai d'ACE permet également d'effectuer des essais linéaires horizontaux. Ici, l'entraînement accélère des forces de masse de 20 kg à 100 kg sur un axe horizontal à des vitesses allant jusqu'à environ 3,5 m/s.
Dans un exemple pratique où des essieux de haute précision et sans frottement sont installés dans un système de manutention qui est fixé dans les positions finales de trois essieux (X, Y, pôle central) par de petits amortisseurs, les ingénieurs d'ACE sélectionnent d'abord les types d'amortisseurs appropriés pour l'essieu respectif dans la gamme standard. Étant donné que les essieux très sensibles ne peuvent être chargés qu'avec des forces maximales définies en cas de collision, ACE réalise dans un deuxième temps des conceptions théoriques spécifiques pour chacun des petits amortisseurs sélectionnés à l'aide d'un logiciel de simulation. Chaque schéma de trous, c'est-à-dire le nombre et la taille des trous d'étranglement à l'intérieur de l'amortisseur, est simulé sur ordinateur afin d'optimiser la progression de la force, c'est-à-dire la courbe force-déplacement. Les ingénieurs peuvent ensuite valider les simulations théoriques en effectuant des mesures sur l'axe linéaire à l'aide d'éprouvettes préparées de manière appropriée lors des essais linéaires sur le banc d'essai. Dans une telle application d'essai, la masse mobile peut être ajustée jusqu'à quelques grammes et la vitesse d'impact peut être adaptée pratiquement à l'identique avec une tolérance de 0,02 m/s pour chaque cas spécifique. Si les éprouvettes passent les tests avec succès, les résultats des mesures sont utilisés pour la production des petites séries requises.
La technologie de mesure valide les résultats des simulations et des essais
Que les composants ACE soient testés sur des axes linéaires verticaux ou horizontaux, la course d'amortissement est déterminée à l'aide d'un système de mesure de déplacement laser et la force d'appui réelle à l'aide de capteurs de force sur tous les bancs d'essai. L'entreprise collabore avec Burat & Klein Datentechnik GmbH, dont le siège se trouve à Meckenbeuren, dans la région du lac de Constance. Tandis que les capteurs et les capteurs de déplacement sont connectés à un système de mesure appelé MultiMessBOX, qui est précisément adapté au point d'essai respectif, les données déterminées lors de chaque essai peuvent être évaluées à l'aide du logiciel MessMax® programmé par Burat & Klein. Comme décrit dans le cas du petit amortisseur, MessMax® permet de superposer la courbe mesurée lors de l'essai réel avec la courbe théorique déterminée sur ordinateur et de valider ainsi la théorie dans la pratique. Jörg Küchmann, ingénieur du département recherche et développement d'ACE, commente : "Dans l'application citée, Burat & Klein a pu nous proposer un logiciel d'évaluation spécial qui nous permet de comparer trois paramètres et d'exporter automatiquement les résultats vers Excel si nécessaire. Dans ce cas, la force d'appui maximale, la distance d'amortissement maximale et l'énergie, c'est-à-dire l'aire sous la courbe force-déplacement, sont évaluées et contrôlées."
Au cours des dernières années, ACE a acquis une grande expérience dans ce domaine de la technologie de mesure et de l'évaluation des résultats obtenus grâce au nombre croissant de validations demandées par les clients. Il est remarquable que les simulations ne présentent que de très faibles pourcentages d'écart par rapport aux résultats de mesure réels dans la pratique. Les simulations du CAE sont donc également très précises grâce à la technologie de mesure de Burat & Klein.
