 | | Servohydraulischer Hydrosprint-Prüfstand - hydraulischer Schocktest und Schockprüfung in der AutomobilindustrieAnwenderbericht - Testzylinder Ratio-Test®Servocop® Schocktest 500 m/s² exakt geregeltBei welchem Aufprall löst ein Airbag aus? Diese konkrete Aufgabenstellung führte Dipl.-Ing. Wolfram Tessendorf, Geschäftsführer der Lade GmbH in Wuppertal, zur Entwicklung einer universell einsetzbaren hydraulischen Schockprüfmaschine. "Für eine exakte Prüfreihe und für viele Schockprüfungen nach DIN IEC 62 reicht ein Falltest nicht aus", so die Aufgabenstellung. "So haben wir mit Hydrosprint ein vergleichsweise preisgünstiges System entwickelt, das es auch kleineren Unternehmen und Labors erlaubt, geregelte Schocktests durchzuführen und Prüfergebnisse zu dokumentieren. Die entscheidende Voraussetzung für den Testplatz war dabei die Verknüpfung von hydraulischer und elektronischer Präzision." Hydraulisches Kernstück ist ein Servocop®-Zylinder von Hänchen. Servohydraulischer Hydrosprint-Prüfstand von Lade demonstriert Leistungsfähigkeit moderner Hydraulik Bei welchem Aufprall löst ein Airbag aus? Diese konkrete Aufgabenstellung führte Dipl.-Ing. Wolfram Tessendorf, Geschäftsführer der Lade GmbH in Wuppertal, zur Entwicklung einer universell einsetzbaren hydraulischen Schockprüfmaschine. "Für eine exakte Prüfreihe und für viele Schockprüfungen nach DIN IEC 62 reicht ein Falltest nicht", so skizziert der Westfale die Aufgabenstellung. "So haben wir mit Hydrosprint ein vergleichsweise preisgünstiges System entwickelt, das es auch kleineren Unternehmen und Labors erlaubt, geregelte Schocktests durchzuführen und Prüfergebnisse zu dokumentieren. Die entscheidende Voraussetzung für den Testplatz war dabei die Verknüpfung von hydraulischer und elektronischer Präzision." Hydraulisches Kernstück ist deshalb ein Servocop®-Zylinder von Hänchen, ein elektronischer 33 MHz-Signalprozessor, der auch komplexe Berechnungen in einem Zyklus durchführt. Das SystemEntsprechend der Aufteilung in Mechanik und Datenverarbeitung besteht der Prüfstand aus zwei Einheiten: der Steuereinheit mit den Baugruppen Signalprozessor, SPS und Industrie-PC sowie dem Prüfschlitten. Dessen Kernstück ist ein leicht modifizierter Hänchen Serienzylinder in Servocop®-Ausführung mit einem Kolbendurchmesser von 50 mm, einem Kolbenstangendurchmesser von 40 mm und 500 mm Hub mit Flanschbefestigung, vergrößerten Anschlüssen und Leckölabführung. Servocop® ist eine besonders reibungsarme Ausführung, in der praktisch jeder Serien-Zylinder geliefert werden kann. Dieser Zylinder wurde von Lade mit speziellem Steuerblock, zwei Speichern und Ventilen versehen. Der Katapultzylinder betätigt einen Schlitten mit kugelgelagerten Führungsstangen. Elektronische Sensoren, Stoßdämpfer für Ausnahmezustände und ein festes Stahlbeton-Fundament ergänzen die Konstruktion. Der Schlitten mit einer quadratischen Aufspannplatte von 500 mm Kantenlänge kann Massen bis zu 100 kg aufnehmen und diese für bis zu 11 ms einer Beschleunigung von bis zu 500 m/s aussetzen. Das entspricht 50g, dem Fünfzigfachen der erdspezifischen Fallbeschleunigung. Dabei lässt sich die getestete Beschleunigung mit einer Auflösung von 1 m/s, also 0,2%, ebenso einstellen wie die Prüfzeit. Die HydraulikDie Anforderungen an die Hydraulik waren hoch: "Der Katapult-Zylinder muss präzise reagieren und trotzdem die hohe Beschleunigung ermöglichen", so der Wuppertaler Hydraulik-Ingenieur, der sich selbst den Maßstab setzt, bei Geschwindigkeit und Präzision da anzufangen, wo andere aufhören. Entscheidendes Argument für den Einsatz des Hänchen Zylinders war das Preis-Leistungsverhältnis: "Für den Einsatz im Hydrosprint-System konnten wir einen modifizierten Serienzylinder einsetzen." Ein stick-slip-armer Standard-Zylinder in Servocop®-Ausführung musste nur noch mit vergrößerten Anschlüssen für die hohen Fluidmengen und Leckölabführung ausgerüstet werden. Dazu Hans-Dieter Fabrowsky, ehemaliger Vertriebsleiter der Hänchen Hydraulik GmbH in Ostfildern: "Wir können viele Bereiche noch mit Katalog-Zylindern abdecken, bei denen Mitbewerber schon auf Sonderkonstruktionen zurückgreifen müssen. Dabei unterscheiden sich diese Standard-Zylinder technisch nicht von vergleichbaren Sonder-Zylindern, die wir bei Bedarf natürlich auch liefern können. Aber selbst wenn noch Modifikationen am Katalogprodukt vorgenommen werden müssen, ist ein modifizierter Katalog-Zylinder weit kostengünstiger als eine Einzelkonstruktion." Ventile, Steuerblock und SpeicherAuch die Fluidzufuhr stellte eine Herausforderung dar, muss doch während des Prüfablaufs ein Fluiddurchsatz etwa 600 l/min ermöglicht werden. Hier hat das Wuppertaler Ingenieurbüro seine besondere Stärken: Ein eigener Steuerblock wurde entwickelt, ein Speicher für den Prüfstoß und ein Hilfsspeicher zur Druckstabilisierung direkt am Block montiert. Für das Positionieren und Anfahren des Prüfschlittens wurde kolbenseitig ein Servoventil angeschlossen, das parallel zu einem Boosterventil in Cartrige-Bauweise für den eigentlichen Prüfvorgang geschaltet wird. Es bildet in Verbindung mit dem Signalprozessor den Regelkreis. Der PrüfablaufDer eigentliche Prüfablauf findet beim Einfahren des Kolbens statt, da so die Ringseite für die schnelle Beschleunigung und die Kolbenseite für die hohe Bremskraft beim eigentlichen Prüfschock zur Verfügung steht. Deshalb wird der Kolben vor Beginn des Prüfablaufs in eine ausgefahrene Position und damit der Schlitten mit Prüfling in eine beliebige, von den Prüfvorgaben abhängige, Startposition gebracht. Anschließend wird die Prüfmaschine gespannt, indem im Hydraulikspeicher auf der Ringseite ein vorgegebener Druck aufgebaut wird. Die Höhe des Drucks wird vom Rechner bestimmt und richtet sich nach der Länge des vorgesehenen Schlittenhubs und nach der Masse des Prüflings. Das Prüfkatapult kann beliebig lange in gespanntem Zustand gehalten werden, da der Lageregler über die Kolbenseite des Zylinders einen passenden Gegendruck aufbaut. Durch die Freigabe des Boosterventils wird der Schlitten jetzt auf Prüfgeschwindigkeit gebracht, damit der eigentliche Prüfschock beim geregelten Abbremsen ausgelöst werden kann: Da die Ventile hochdynamisch sind und sehr schnell schließen, kann der Schlitten auf kürzester Strecke angehalten und die sehr hohe negative Prüfbeschleunigung aufgebracht werden: Die maximale Bremsbeschleunigung liegt deutlich über der Startbeschleunigung, da die Bremskraft durch Druck auf der großen Zylinderkolben-Oberfläche erzeugt wird. Während des gesamten Schusses wird der zeitliche Verlauf von Beschleunigung und Weg über entsprechende Sensoren erfasst und im Rechner gespeichert. Für komplette Bewegungsanalysen stehen so entsprechende Datensätze zur Verfügung und können von der Rechnereinheit übereinander oder auf der Zeitachse dargestellt werden. Damit ergibt sich eine umfassende Versuchsdokumentation. Die DatenverarbeitungDabei spielt die Datenverarbeitung die entscheidende Rolle: Sie besteht aus der SPS als zentraler Steuereinheit, dem Signalprozessor als Regler und für die Programmierung der Maschine und die Auswertung der Daten aus einem Industrie-PC. Die SPS ist gemäß der Sicherheitsphilosophie der Lade GmbH für alle sicherheitsrelevanten Funktionen wie Ventil- und Pumpensteuerung sowie für die Notaus-Funktion verantwortlich. Sie koordiniert die verschiedenen Steuerungsvorgänge und erhält ihre Vorgaben von dem Signalprozessor. Dieser hat mit 33 MHz eine gängige Taktfrequenz. Entscheidend ist aber, dass er durch seinen mächtigen Befehlssatz in einem einzigen Taktzyklus eine komplette Fast-Fourier-Transformation abarbeitet und damit eine weit höhere Rechenleistung bietet, als ein wesentlich schneller getakteter Standardprozessor. Er wertet die Daten der Beschleunigungs- und Wegmess-Sensoren aus und führt den ständigen Soll-Ist-Vergleich mit einer Auflösung von 0,02 ms durch. Der Industrie-PC bietet neben einer komfortablen Bedienoberfläche für den Prüfstand ein komplettes System zur Auswertung der Tests. Mit dem integrierten Programm Dasylab können Auswertungen nach vielfältigen Vorgaben visualisiert werden. Der Hersteller"Sowohl die Auslegung der Hydraulik, die Auswahl von Ventilen und Steuerblöcken als auch die Datenverarbeitung stellten hohe Anforderungen", so Tessendorf. "Hier konnten wir durch unsere doppelte Kompetenz eine Lösung entwickeln, die ein neues Preis-Leistungsverhältnis für die präzise Schockprüfung bietet. Mit Hänchen haben wir für die Hydraulik einen Partner gefunden, der unsere Anforderungen bereits mit dem Serienprogramm abdeckt." Ein weiteres entscheidendes Plus, das die Entwicklungskosten in verantwortbaren Grenzen hielt, war die Erfahrung aus dem Sondermaschinenbau. "Wir haben seit vielen Jahren die nötige Routine, um Maschinen überwiegend auf der Basis von Simulationen zu entwickeln", so der Regelungstechnik-Spezialist. Die AufgabenDurch immer höhere Qualitätsansprüche sieht Tessendorf gute Marktchancen für das neue Produkt. Dabei stehen Sicherheitsprodukte, technische Einrichtungen im Hochlastbereich ebenso auf der Liste potentieller Anwendungen wie die eingangs erwähnten Airbag-Sensoren. Testreihen mit gestaffelten Beschleunigungswerten sind dabei ebenso möglich wie Dauerbelastungstests. "Mit einem Schockprüfstand dieser Preisklasse wollen wir unsere Kunden unabhängig machen von millionenschweren Testeinrichtungen, die nur Großunternehmen oder teure Testlabors finanzieren können", so Tessendorf.
Jörg Beyer | | |
|
