 Cilindri ad alto rendimento per il controllo dinamico di componenti e materiali alla frequenza sinusoidale di 400 HzRelazione degli utente - Cilindro di prova Ratio-Test®DYNA-MESS ed Hänchen alla conquista di nuove frontierePer rispondere ai requisiti tecnologici più avanzati, i moderni componenti devono superare test sempre più complessi ed articolati. La DYNA-MESS Prüfsysteme GmbH si è specializzata nella costruzione di macchine per prove dinamiche di componenti e materiali. Con una vasta gamma di macchine per prove standard e speciali, l'azienda di Aquisgrana sfrutta coerentemente le possibilità offerte dalla moderna tecnica dei fluidi. Il fiore nell'occhiello di DYNA-MESS è una macchina per prove speciali su elastomeri che, grazie a cilindri idraulici di serie Hänchen, genera oscillazioni regolate alla frequenza di 400 Hz per effettuare test di prova per esempio su elementi di supporto ammortizzanti in gomma-metallo impiegati nell'industria automobilistica. L'idraulica è la tecnologia all'avanguardia"Con una forza nominale di 10 kN e una frequenza che va da 0 a 400 Hz, questi impianti di prova sono soggetti a sollecitazioni estreme", afferma il Dr. Ing. Marcus Jarchow, direttore della DYNA-MESS. "Sul mercato dell'idraulica è stato estremamente difficile trovare un cilindro idraulico di tale efficienza". Per l'impianto di prova è necessario che il comportamento stick slip del sistema idraulico sia ineccepibile. Per tali applicazione si impiegano normalmente cilindri con guida dello stelo montata su supporto idrostatico. Le complicazioni tecniche connesse a questa soluzione sono tuttavia notevoli. "Abbiamo chiesto ai vari offerenti le diverse soluzioni", continua il direttore della DYNA-MESS. "Quando abbiamo specificato le caratteristiche tecniche che avrebbe dovuto avere il cilindro, tutti hanno esitato ad eccezione della Hänchen Hydraulik. Un altro punto a favore sono stati gli impianti di prova interni dell'azienda e la possibilità di agire sulla base di un bagaglio esperienziale considerevole. I tecnici di Ostfildern (Stoccarda) hanno offerto cilindri da catalogo con l'adatta guarnizione a fessura anulare brevettata con un costo notevolmente inferiore rispetto ad azionamenti con guida dello stelo montata su un supporto idrostatico". Con la serie PZL, anche la Hänchen offre tuttavia questo tipo di cilindri high-end. La guarnizione flottante a fessura anulare PZRLa guarnizione flottante a fessura anulare brevettata della Hänchen consente l'impiego di cilindri di prova high-end della serie PZR a costi inferiori. Una bussola di acciaio si posiziona in essi attraverso una fessura doppia creando una luce di tenuta senza contatto di qualche centesimo di mm. Questo metodo funziona tuttavia solo con una precisione di produzione nel campo di qualche µm, in quanto, altrimenti, le perdite idrauliche sono eccessive. Questa serie PZR si differenzia solo per la stabilità alle forze laterali leggermente minore rispetto ad un cilindro con guida dello stelo montata su supporto idrostatico. Essa tuttavia comporta un vantaggio non indifferente in termini di costo. Grazie al loro attrito trascurabile, anche i cilindri PZR offrono la massima precisione di posizionamento e ripetitività, sono privi di stick slip ed idonei per corse estremamente lente e rapide e per percorsi estremamente piccoli dell'ordine di grandezza dei micrometri. Poiché nell'impianto di prova a 400 Hz della DYNA-MESS non vengono applicate forze laterali, la decisione presa è stata a favore di questo tipo di cilindri. 
Una periferica di tutto rispettoIl cilindro possiede uno speciale sistema induttivo di misura della corsa ed una capsula dinamometrica con uno spettro di frequenze naturali estremamente limitato con estensimetri. Entrambi i sensori generano segnali analogici di uscita che vengono digitalizzati con una risoluzione di 16 bit e campionati ad una frequenza maggiore di 25 kHz, fornendo al controllore i dati necessari che devono essere poi elaborati praticamente in tempo reale da una scheda di regolazione con un processore ad alta efficienza integrato. Per la programmazione, sono stati adottati moduli software DYNA-MESS ampiamente collaudati e che sono stati adattati alle particolari condizioni. Un PC costituisce la base dell'interfaccia applicativa Windows. Un'altra sfida di carattere tecnico interessa le valvole che devono operare ad una frequenza di regolazione pari a 16 kHz. Il circuito del fluido è dimensionato sulla pressione di 300 bar ed opera con una portata di 40 l/min. Grazie alla grande densità specifica delle forze, si ottiene un ingombro minimo. L'alta frequenza con il largo spettro di frequenze richiede infatti anche una struttura meccanica in grado di fornire prestazioni elevate: il telaio non deve possedere frequenze di risonanza nell'intera banda di frequenze. La messa in servizioLa messa in servizio è stata così un processo particolarmente lungo soprattutto a causa dell'adattamento ai diversi intervalli di frequenza. La frequenza è stata aumentata a decadi da 10, 20, 30 ... fino a 400 Hz. Durante questa fase è stato necessario minimizzare le risonanze. Allo stesso tempo è stato sintonizzato l'intero sistema di controllo rilevando i ritardi tra la reazione del processo e la sua esecuzione ed integrandoli nel sistema di gestione. Infine è stato regolato il grado di staticità e la forma della linea curva caratteristica. Si è quindi passati alla registrazione di precisione mediante una molla esente da attrito e da perdite, la quale misura la dinamica senza generare sfasamenti e consentendo quindi di eseguire le prove sui materiali sotto condizioni chiaramente definite. Dopo aver raggiunto la frequenza di 400 Hz, il gruppo di ricerca del Dr. Jarchow ha eseguito ulteriori prove fino alla frequenza di 1000 Hz. "Ci siamo molto meravigliati nel constatare l'efficienza del cilindro fino alla potenza nominale doppia corrispondente ad 800 Hz", afferma lo specialista dell'idraulica. "Solo al di sopra di questa frequenza sono stati raggiunti chiaramente i limiti di ciò che oggi è fattibile. Il cilindro idraulico ha superato di gran lunga le aspettative e tutto questo grazie all'impiego di un cilindro da catalogo ad un prezzo veramente favorevole". L'impianto è stato messo in servizio nel primo trimestre del 2002. L'impiego praticoCon il cilindro idraulico PZR della Hänchen si testano ora ammortizzatori per le sospensioni motore e cambio di un fornitore DaimlerChrysler; le prove riguardano la sollecitabilità, il comportamento di ammortizzazione e la durata. Questi componenti sono di materiale composito gomma-metallo con un'ammortizzazione idraulica passiva incorporata. L'elemento attenua le vibrazioni in un circuito chiuso contenente glicole. Il nuovo banco di prova permette ai tecnici di ottimizzare le caratteristiche di ammortizzazione. Con una prova di sweeping con un precarico regolato corrispondente al peso del motore o del cambio si rileva la frequenza alla quale l'ammortizzazione è massima. In questa prova la frequenza viene sovrapposta al precarico statico. L'obiettivo è quello di ottenere un'ammortizzazione ottimizzata nell'intera gamma di frequenza fino a 400 Hz.
"La nostra competenza ingegneristica, l'esperienza e la valutazione di fornitori unitamente alla capacità di sviluppare soluzioni di prova insieme al cliente sono stati aspetti decisivi", afferma il Dr. Jarchow, il cui gruppo di ricerca esegue tutti i calcoli, è responsabile di costruzione, software, sviluppo elettrico, controllo, configurazione e montaggio e che realizza l'intero sistema in collaborazione con i fornitori. "L'anello decisivo sono comunque i fornitori i cui prodotti soddisfano le alte esigenze della nostra azienda. Per questo lavoriamo insieme alla Hänchen-Hydraulik".
Jörg Beyer | | |
