Anwenderbericht : Wie Messtechnik die Dämpfungstechnik bei ACE unterstützt

In vielen automatisierten Fertigungsprozessen kommen Klein- und Industriestoßdämpfer als effiziente, stromlos arbeitende hydraulische Komponenten bei der Verzögerung oder dem punktgenauen Abbremsen von Massenkräften zwecks Produktivitätssteigerung und Sicherheitserhöhung zum Einsatz. Die ACE Stoßdämpfer GmbH stellt für verschiedenste Anwendungen ein breites Spektrum dieser Maschinenelemente in Form von selbsteinstellenden und einstellbaren Typen zur Verfügung, sodass Konstrukteure bereits mit den Standardkomponenten des Unternehmens die gängigsten Kraftbereiche abdecken können.

Sensoren und Simulationen spielen dann eine Rolle, wenn Ingenieure bei besonders sensiblen Anwendungen den konkreten, tatsächlichen Dämpfungsverlauf der jeweiligen Stoßdämpfertypen von ACE für ihre spezifische Anwendung vorab ganz genau ermitteln wollen. Dies trifft in Spezialfällen in den Bereichen Automatisierung und Handling sowie bei der Verzögerung von außerordentlich hohen Massenkräften an Werkzeugmaschinen oder Drehtischen zu. Sind die herstellerseitig genannten Dämpfungsverläufe für die Applikation und für das Projektteam des Kunden nicht ausreichend, greifen die Ingenieure von ACE auf hauseigene Testmöglichkeiten zurück, um die theoretischen Simulationen aus den Auslegungen mit Standardkomponenten in der Praxis zu überprüfen und diese zu validieren.

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In Langenfeld, der deutschen Zentrale der zur Stabilus-Gruppe gehörenden ACE Stoßdämpfer GmbH, kommen zwei 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. 6000 Nm (m*g*h). 

Der zweite Falltester eignet sich für Massen von 3 kg bis 350 kg bei einer maximalen Fallhöhe bis zu ebenfalls 1500 mm, wobei Aufprallgeschwindigkeiten von bis zu ca. 5,5 m/s und Energien bis zu ca. 5150 Nm gemessen werden. Neben diesen schwerkraftbedingten Testmöglichkeiten von Stoßdämpfern am Ende des Weges von vertikalen Linearachsen, ermöglicht ein spezieller Prüfstand 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 (X, Y, Center Pole) 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 ACE 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 eins zu eins auf jeden spezifischen Fall abstimmen. Bestehen die Prüflinge die Tests, werden die Messergebnisse für die Fertigung der jeweils benötigten Kleinserie übernommen.

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Ob Komponenten von ACE in vertikalen oder horizontalen Linearachsen getestet werden, bei allen 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, Ingenieur aus der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von ACE, dazu: „In der angeführten Anwendung konnte Burat & Klein uns eine spezielle Auswertesoftware anbieten, mit der wir drei Parameter abgleichen können und die Ergebnisse automatisch nach Wunsch 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 über die letzten Jahre 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.