Torna alla panoramica

Banco di prova servoidraulico Hydrosprint - Prova d'urto idraulica e controllo d'urto nell'industria automobilistica

Relazione degli utente - Cilindro di prova Ratio-Test®

Servocop® Prova d'urto a 500 m/s² con esatta regolazione

In quale urto interviene un airbag? Questo compito concreto ha condotto l'ing. Wolfram Tessendorf, amministratore della Lade GmbH di Wuppertal, allo sviluppo di una macchina idraulica per prove d'urto di impiego universale. "Per un'esatta serie di prove e molte prove d'urto a norme DIN IEC 62, una prova di caduta non basta": questo era il compito. "Con Hydrosprint abbiamo pertanto sviluppato un sistema relativamente economico che consente anche a piccole aziende e laboratori di eseguire prove d'urto e di documentare i loro risultati. Il presupposto decisivo per il posto di prova è stato l'abbinamento della precisione idraulica ed elettronica". Il componente idraulico fondamentale è un cilindro Servocop® della Hänchen.

Il banco di prova servoidraulico Hydrosprint della Lade dimostra la potenza dei moderni sistemi idraulici

In quale urto interviene un airbag? Questo compito concreto ha condotto l'ing. Wolfram Tessendorf, amministratore della Lade GmbH di Wuppertal, allo sviluppo di una macchina idraulica per prove d'urto di impiego universale. "Per un'esatta serie di prove e molte prove d'urto a norme DIN IEC 62, una prova di caduta non basta": ecco come il vestfaliano schizza il compito. "Con Hydrosprint abbiamo pertanto sviluppato un sistema relativamente economico che consente anche a piccole aziende e laboratori di eseguire prove d'urto e di documentare i loro risultati. Il presupposto decisivo per il posto di prova è stato l'abbinamento della precisione idraulica ed elettronica". Il componente idraulico fondamentale è pertanto un cilindro Servocop® della Hänchen, un processore elettronico di segnale a 33 MHz, il quale esegue anche calcoli complessi in un ciclo.

Il sistema

In base alla suddivisione in sistema meccanico ed elaborazione dati, il banco di prova è composto da due unità: l'unità di controllo con i gruppi processore di segnale, PLC e PC industriale ed il carrello di prova. Il suo componente fondamentale è un cilindro di serie Hänchen leggermente modificato di modello Servocop® con un diametro dello stantuffo di 50 mm, un diametro dell'asta dello stantuffo di 40 mm ed una corsa di 500 mm con fissaggio a flangia, raccordi maggiorati e scarico dell'olio di perdita. Servocop® è un modello ad attrito particolarmente basso in cui si può fornire in pratica qualsiasi cilindro di serie. La Lade ha installato su questo cilindro uno speciale blocco di controllo, due accumulatori e valvole. Il cilindro catapulta aziona un carrello con aste di guida montate su cuscinetti a sfera. Sensori elettronici, ammortizzatori per stati eccezionali ed una fondazione fissa di cemento armato completano la struttura. Il carrello con una piastra di serraggio quadrata con lato di 500 mm può portare masse fino a 100 kg ed accelerarle fino alla velocità di 500 m/s per 11 ms. Ciò corrisponde a 50 g, cioè a 50 volte l'accelerazione di gravità della terra. L'accelerazione può essere regolata con una risoluzione di 1 m/s, cioè 0,2%, come anche il tempo di prova.

Il sistema idraulico

I requisiti posti al sistema idraulico erano alti: "Il cilindro catapulta deve reagire con precisione e nel contempo generare l'alta accelerazione", dice l'ingegnere idraulico di Wuppertal, il quale si propone di iniziare dove altri terminano per quanto riguarda la velocità e la precisione. L'argomento decisivo per l'impiego del cilindro Hänchen è stato il rapporto tra prezzo e prestazioni: "Per l'impiego nel sistema Hydrosprint abbiamo potuto utilizzare un cilindro di serie modificato". Un cilindro standard a basso stick slip di modello Servocop® è stato dovuto solo equipaggiare con raccordi maggiorati per le alte quantità di fluido e con uno scarico dell'olio di perdita. Su questo argomento, Hans-Dieter Fabrowsky, ex direttore vendite della Hänchen Hydraulik GmbH di Ostfildern afferma: "Possiamo coprire molti settori con cilindri da catalogo, per i quali i nostri concorrenti devono ricorrere a strutture speciali. Questi cilindri standard non si differenziano tecnicamente da cilindri speciali simili che possiamo naturalmente anche fornire in caso di necessità. Ma anche se è necessario apportare modifiche al prodotto da catalogo, un cilindro da catalogo modificato è molto più economico di una costruzione singola".

Valvole, blocco di controllo ed accumulatore

Anche la mandata di fluido ha costituito una sfida, in quanto durante la prova ne occorre garantire una portata di circa l/min. Qui l'ufficio di ingegneria di Wuppertal ha mostrato le sue particolari capacità: è stato sviluppato un proprio blocco di controllo ed un accumulatore per l'impulso di prova ed un accumulatore ausiliario per stabilizzare la pressione sono stati montati direttamente sul blocco. Per il posizionamento e l'avvicinamento del carrello di prova, sul lato dello stantuffo è stata installata una servovalvola collegata in parallelo ad una valvola booster di modello Cartrige per la fase di prova vera e propria. Insieme al processore di segnale, questo componente forma il circuito di regolazione.

Lo svolgimento della prova

Lo svolgimento vero e proprio della prova avviene al rientro dello stantuffo, in quanto il lato dell'anello è a disposizione per la rapida accelerazione ed il lato dello stantuffo per l'alta forza di decelerazione all'istante dell'urto di prova. Prima dell'inizio della prova, lo stantuffo viene pertanto portato in posizione estratta e quindi il carrello in una posizione iniziale qualsiasi dipendente dai parametri della prova. Poi si monta la macchina di prova generando una pressione assegnata nell'accumulatore idraulico sul lato dell'anello. Il valore della pressione viene determinato dal calcolatore e dipende dalla lunghezza della corsa prevista del carrello e dalla massa dell'oggetto da sottoporre a prova. La catapulta di prova può essere tenuta nello stato montato per un tempo lungo a piacere, in quanto il regolatore di posizione genera una contropressione equivalente attraverso il lato dello stantuffo del cilindro. All'abilitazione della valvola booster, il carrello viene portato alla velocità di prova, in modo da poter attivare l'urto di prova vero e proprio con frenatura regolata: poiché le valvole sono altamente dinamiche e chiudono molto rapidamente, il carrello può essere arrestato su un tratto brevissimo, applicando l'alta accelerazione negativa di prova: la decelerazione massima è notevolmente superiore all'accelerazione iniziale, in quanto la forza di frenata viene generata dalla pressione agente sulla grande superficie dello stantuffo del cilindro. Durante la prova, l'andamento temporale dell'accelerazione e del percorso viene rilevato da sensori e memorizzato nel calcolatore. Per complete analisi dei movimenti sono così a disposizione record di dati che possono essere rappresentati dall'unità di calcolo in maniera sovrapposta o sull'asse del tempo. In questo modo si può produrre una completa documentazione delle prove.

L'elaborazione dei dati

L'elaborazione dei dati riveste il ruolo decisivo: è composta dal PLC come unità di controllo centrale, dal processore di segnale come regolatore e, per la programmazione della macchina e l'analisi dei dati, da un PC industriale. Conformemente alla filosofia di sicurezza della Lade GmbH, il PLC è responsabile di tutte le funzioni importanti per la sicurezza, come il controllo delle valvole e delle pompe e per la funzione di arresto di emergenza. Coordina anche i diversi processi di controllo ricevendo i parametri dal processore di segnale, il quale, con i suoi 33 MHz, possiede una frequenza di clock di uso corrente. È tuttavia decisivo il fatto che, grazie al suo potente record di comando elaborato in un singolo ciclo temporale, calcola una completa trasformata veloce di Fourier, offrendo quindi una potenza di calcolo molto maggiore di un processore standard operante ad una maggiore frequenza di clock. Analizza i dati trasmessi dai sensori di misura dell'accelerazione e dello spostamento ed esegue un costante confronto tra valori nominali ed effettivi con una risoluzione temporale di 0,02 ms. Oltre ad una comoda interfaccia di utente per il banco di prova, il PC industriale offre un sistema completo per l'analisi della prova. Con il programma Dasylab integrato nel sistema, le analisi possono essere virtualizzate in funzione di diversi parametri.

Il produttore

"Sia il dimensionamento del sistema idraulico e la scelta delle valvole e dei blocchi di controllo sia l'elaborazione dei dati necessitano di alti requisiti", afferma Tessendorf. "Con la nostra competenza doppia, abbiamo potuto sviluppare una soluzione che offre un nuovo rapporto tra prezzo e prestazioni per la precisa prova d'urto. Con la Hänchen abbiamo trovato un partner per l'idraulica che copre i nostri requisiti già con il programma di serie". Un ulteriore e decisivo punto positivo che ha mantenuto le spese di sviluppo entro limiti accettabili è stata l'esperienza derivante dalla costruzione di macchine speciali. "Da molti anni possediamo la necessaria routine per sviluppare macchine prevalentemente sulla base di simulazioni", afferma lo specialista in tecnica di controllo.

I compiti

Tramite requisiti di qualità sempre maggiori, Tessendorf vede buone possibilità sul mercato per il nuovo prodotto. In lista si trovano prodotti per la sicurezza, dispositivi tecnici nel settore dei carichi elevati e potenziali applicazioni come i sensori per airbag indicati all'inizio. Serie di prove con valori intervallati di accelerazione sono altrettanto possibili delle prove a carico di durata. "Con un banco per prove d'urto in questa classe di prezzo vogliamo rendere i nostri clienti indipendenti da impianti di prova del costo di milioni di Euro o che possono essere finanziati solo da grandi aziende o da laboratori di prova", afferma Tessendorf.

Jörg Beyer

Torna alla panoramica