 Fréquence sinusoïdale de 400 Hz pour vérin hydrauliqueRapport d'application - Vérin hydraulique pour bancs d'essais Ratio-Test®Avec Hänchen, DYNA-MESS conquiert de nouveaux territoiresDe nos jours, les standards de qualité élevés forcent les fabricants à soumettre leurs composants à des tests de plus en plus variés et pertinents. La société DYNA-MESS Prüfsysteme GmbH s'est spécialisée en machines d'essais dynamiques des composants et des matériaux. Cette entreprise, située à Aix-la-Chapelle, utilise de manière conséquente les techniques modernes des fluides pour sa gamme variée de machines d'essai standard et spéciales. Le produit vedette est une machine d'essai spéciale pour élastomères, qui réalise à l'aide de vérins hydrauliques standard de Hänchen des vibrations régulées à une fréquence de 400 Hz afin de tester, par exemple, des éléments d'amortissement faits de caoutchouc et de métal pour l'industrie automobile. L'hydraulique: Une technologie de pointe"Ces installations d'essai subissent des sollicitations extrêmes en raison de la force nominale donnée de 10 kN et des fréquences situées entre 0 et 400 Hz," explique Markus Jarchow, Dr Ing., directeur-gérant de DYNA-MESS. "Sur le marché de l'hydraulique, nous avons eu beaucoup de mal à trouver un cylindre capable de fournir ces performances". En effet, les machines d'essai nécessitent un équipement hydraulique présentant un comportement "stick-slip" irréprochable. Généralement, on utilise pour de telles applications des vérins munis d'un guidage de tige de piston à palier hydrostatique. Cependant, cette solution implique un travail technique énorme. "Nous nous sommes donc informés sur les solutions disponibles sur le marché," poursuit Markus Jarchow. "Lorsque nous avons indiqué les exigences techniques, tous ont hésité, sauf Hänchen Hydraulik. De plus, les machines d'essai utilisées par Hänchen et leur longue expérience dans le domaine nous ont finalement convaincus. Enfin, les hydrauliciens d'Ostfildern, près de Stuttgart, nous ont proposé des cylindres standard équipés de joints flottants à fente annulaire brevetés, qui étaient considérablement moins chers que les entraînements avec guidages de tige de piston à palier hydrostatique". Hänchen propose cependant aussi ce type de vérins "high-end" avec sa gamme PLZ. Le joint flottant a fente annulaire PZRLe joint flottant à fente annulaire breveté de Hänchen permet la mise en oeuvre de vérins d'essai "high-end" abordables de la série PRZ. Une douille d'acier se positionne à l'intérieur de ces vérins via une fente d'étranglement, et crée ainsi un jeu d'étanchéité inférieur à 1/100 mm. Cependant, ce procédé est efficace seulement si la précision de production est de quelques µm, sinon les fuites entraînent une trop grande perte hydraulique. La différence des vérins de cette série PZR par rapport aux vérins avec guidage de tige de piston à palier hydrostatique réside uniquement dans le fait qu'ils absorbent légèrement moins de forces latérales – ils présentent cependant un net avantage financier. En raison de leur friction négligeable, les vérins PZR fournissent également une grande précision de positionnement et de répétition, ils ne présentent pas de "stick-slip" et conviennent aux mouvements très lents et très rapides ainsi qu'aux courses extrêmes petites de quelques µm. Comme les machines d'essai à 400 Hz de DYNA-MESS n'engendrent aucune force latérale, le choix s'est porté sur ces vérins. 
Une peripherie de classeLe vérin est équipé d'un système spécial de mesure de position à capteurs inductifs et d'une unité de mesure de force avec extensiomètre ne présentant pratiquement pas de fréquence propre. Les deux capteurs délivrent des signaux de sortie analogues qui sont ensuite numérisés avec une résolution de 16 bits et analysés à plus de 20 kHz. Ils fournissent à la commande les données nécessaires, qui doivent être traitées presque en simultané par une carte de régulation dotée d'un processeur puissant. Pour la programmation, les modules logiciel éprouvés de DYNA-MESS ont été adaptés aux conditions particulières. Un PC constitue la base de l'interface utilisateur Windows. Un autre défi technique a été posé au niveau des soupapes, qui doivent fonctionner avec une fréquence de régulation de 16 Hz. Le circuit de fluide est conçu pour 300 bars et son débit est de 40 l/min. En raison de cette grande densité de force, on a pu obtenir une construction compacte. De plus, des exigences considérables sont posées à la structure mécanique par la fréquence élevée et le large spectre de fréquence : le châssis ne doit présenter aucune résonance propre pour toute la bande de fréquence. La mise en serviceComme il était nécessaire d'effectuer le réglage pour les différentes plages de fréquence, la mise en service fut un processus laborieux. La fréquence fut augmentée en pas de 10 Hz, en commençant à 10, 20, 30... pour finalement atteindre 400 Hz. Tout au long de cette opération, il fallait continuellement minimiser les résonances. Simultanément, la commande complète a dû être adaptée. Pour ce faire, on a procédé de la manière suivante : les retards introduits par le temps de propagation entre la réaction du processeur et l'exécution par le système hydraulique furent enregistrés et entrés dans la commande. Enfin, on optimisa les qualités de réglage et les courbes. Le réglage de précision fut ensuite réalisé à l'aide d'un ressort exempt de friction et de perte, permettant de mesurer la dynamique sans décalage de phases et, ainsi, d'effectuer les essais de matériaux dans des conditions définies de manière précise. Une fois les 400 Hz atteints, l'équipe du Dr Jarchow décida d'effectuer d'autres essais, jusqu'à une fréquence de 1000 Hz. "Nous avons été surpris de voir les performances possibles, qui ont atteint le double de la valeur nominale, c'est-à-dire 800 Hz," explique le spécialiste de l'hydraulique. "Ce n'est qu'après avoir dépassé cette fréquence que les limites du possible ont été clairement atteintes. Le vérin hydraulique a largement surpassé les exigences qui lui étaient posées, et cela par la mise en oeuvre d'un vérin standard, à un prix vraiment bas". L'installation achevée a été mise en service au cours du premier trimestre 2002. L'utilisation pratiqueCe vérin hydraulique PZR de Hänchen est actuellement utilisé chez un fournisseur de DaimlerChrysler pour tester la limite de charge, le comportement d'amortissement et la durabilité des amortisseurs de vibration pour suspensions de moteur et de boîte de vitesses. Ces éléments sont faits d'un composite caoutchouc-métal, dans lequel un dispositif d'amortissement hydraulique passif est intercalé. À l'intérieur, les vibrations sont amorties dans un circuit fermé de glycol. Ce nouveau banc d'essai a permis aux concepteurs d'optimiser les propriétés d'amortissement. Par des tests par balayage, pour lesquels une précharge correspondant au poids du moteur ou de la boîte de vitesses est réglée, on détermine à quelle fréquence l'amortissement est le plus élevée. Pour cela, la fréquence est superposée à la précharge statique. Ceci permet de trouver l'amortissement idéal pour l'ensemble du spectre de fréquence allant jusqu'à 400 Hz.
"Ici, notre compétence d'ingénierie, l'expérience et l'évaluation des fournisseurs ainsi que la collaboration avec le client pour le développement de solutions test furent des facteurs déterminants," souligne le Dr Jarchow, dont l'équipe effectue tous les calculs et est responsable de la construction, des logiciels, du développement des systèmes électriques, du contrôle, de la configuration et du montage, ainsi que de la réalisation du système complet en collaboration avec les fournisseurs. "Dans ce processus, les fournisseurs jouent un rôle crucial, car leurs produits répondent aux exigences élevées de notre société. C'est notamment la raison pour laquelle nous travaillons avec Hänchen Hydraulik".
Jörg Beyer | 
