 | | Banc d'essai servohydraulique Hydrosprint - Test et contrôle de résistance aux chocs dans l'industrie automobileRapport d'application - Vérins hydrauliques pour bancs d'essais Ratio-Test®
Servocop® Tests de résistance aux chocs à 500 m/s2, avec un réglage précisQuelle est la force de collision nécessaire pour activer un airbag ? Cette question a conduit l'ingénieur diplômé Wolfram Tessendorf, gérant de Lade GmbH à Wuppertal, au développement d'une machine hydraulique capable de tester la résistance aux chocs et d'emploi universel. "Un test de chute est insuffisant pour obtenir des résultats d'essai fiables et, dans de nombreux cas aussi, inapte à répondre aux exigences de la norme DIN IEC 62." Telle était la nature du problème. "Le système Hydrosprint que nous avons conçu est un équipement relativement économique qui donne également à des entreprises et laboratoires de petite taille les moyens d'effectuer des tests de résistance contrôlés, avec une documentation des résultats. L'exploitation combinée de la précision hydraulique et électronique était une condition essentielle pour ce poste d'essai." L'unité hydraulique se base sur un vérin Servocop® de Hänchen. Le banc d'essai servohydraulique Hydrosprint de Lade démontre la performance de systèmes hydrauliques modernesQuelle est la force de collision nécessaire pour activer un airbag ? Cette question a conduit l'ingénieur diplômé Wolfram Tessendorf, gérant de Lade GmbH à Wuppertal, au développement d'une machine hydraulique capable de tester la résistance aux chocs et d'emploi universel. "Un test de chute est insuffisant pour obtenir des résultats d'essai fiables et, dans de nombreux cas aussi, inapte à répondre aux exigences de la norme DIN IEC 62." C'est ainsi que le Westphalien décrit le problème. "Le système Hydrosprint que nous avons conçu est un équipement relativement économique qui donne également à des entreprises et laboratoires de petite taille les moyens d'effectuer des tests de résistance contrôlés, avec une documentation des résultats. L'exploitation combinée de la précision hydraulique et électronique était une condition essentielle pour le poste d'essai." Les pièces maîtresses du système sont un vérin Servocop® de Hänchen, un processeur de signal électronique 33 MHz effectuant des calculs complexes dans un seul cycle. Le systèmeConformément à sa nature hybride, le banc d'essai est constitué d'un système mécanique et d'un module de traitement de données, soit d'une part le bloc de commande avec le processeur de signal, l'API et le PC industriel et d'autre part le chariot de contrôle. L'élément de base de ce dernier est un vérin de série Hänchen légèrement modifié en version Servocop® avec un diamètre de piston de 50 mm, un diamètre de tige de 40 mm, possédant une course de 500 mm et une fixation par bride, des raccords agrandis et un conduit d'évacuation pour l'huile de fuite. Pratiquement tout vérin de série peut être livré en version Servocop®, une construction caractérisée par des frottements particulièrement faibles. Lade a pourvu ce vérin d'un bloc de commande spécial, de deux réservoirs et de soupapes. Le vérin catapulteur actionne un chariot guidé par des tiges à roulement à billes. L'installation est complétée par des capteurs électroniques, des amortisseurs activés en cas d'urgence et un socle solide en béton armé. Constitué d'une plaque carrée avec des faces de 500 mm, le chariot supporte des masses de jusqu'à 100 kg qu'il peut soumettre durant 11 ms à une accélération de jusqu'à 500 m/s. Ceci correspond à 50 g, soit 50 fois la force de gravité terrestre. L'accélération testée peut être réglée avec une résolution de 1 m/s, soit 0,2 %, tout comme le temps d'essai. L'hydrauliqueDe hautes exigences s'appliquaient à l'unité hydraulique : "Le vérin catapulteur doit réagir avec précision tout en permettant de fortes accélérations", explique l'ingénieur en hydraulique de Wuppertal qui étudie avec prédilection des applications de vitesse et de précision fuies par d'autres. Le rapport qualité/prix du vérin de Hänchen a été le critère de choix décisif : "Nous avons pu intégrer un vérin de série modifié dans le système Hydrosprint." Il a simplement fallu munir le vérin standard Servocop® à faible effet stick-slip de raccords plus larges acceptant de grands volumes de fluide et d'un conduit pour évacuer l'huile de fuite. A cet égard, Hans-Dieter Fabrowsky, ex-responsable des ventes chez Hänchen Hydraulik GmbH à Ostfildern, précise : "Nos vérins catalogue couvrent de nombreuses applications pour lesquelles les concurrents doivent déjà faire appel à des constructions spéciales. Sur le plan technique, ces vérins standard ne se différencient pas des modèles spéciaux comparables que nous livrons bien sûr aussi sur demande. Même si le produit catalogue nécessite des modifications, un vérin standard modifié sera toujours beaucoup plus économique qu'une fabrication spécifique." Soupapes, bloc de commande et réservoirsVu le débit exigé pour le contrôle, environ 600 l/min, l'alimentation en fluide a, elle aussi, constitué un défi. Et les compétences clés du bureau d'études de Wuppertal résident justement dans ce domaine : les ingénieurs ont conçu le bloc de commande en prévoyant le montage direct d'un réservoir pour les chocs du test et d'un deuxième, destiné à réguler la pression. Le positionnement et le déplacement du chariot sont assurés côté piston par une servovalve dont la commutation s'effectue parallèlement à celle d'une valve booster de type cartouche durant la véritable phase de contrôle. Elle forme le circuit de réglage avec le processeur de signal. Le déroulement de l'essaiL'essai proprement dit s'effectue lorsque le piston rentre, le côté anneau étant utilisé pour l'accélération rapide et le côté piston pour la grande force de freinage appliquée au moment du choc. C'est pourquoi le piston est sorti avant le début du contrôle, ce qui amène le chariot muni de l'objet à tester dans une position de départ dépendant des spécifications de l'essai. Par le biais de la pression qui est générée dans le réservoir hydraulique côté anneau conformément à la valeur prescrite, la machine de contrôle est ensuite tendue. La force de pression est déterminée par l'ordinateur et dépend de la course de chariot prévue ainsi que de la masse de l'objet. La catapulte d'essai peut être maintenue tendue pendant une durée quelconque, le régulateur de position appliquant du côté piston du vérin une contre-pression adéquate. Lorsque la valve booster s'ouvre, le chariot est alors amené à la vitesse nécessaire à l'application du choc pendant le freinage contrôlé : comme les soupapes sont hautement dynamiques et se caractérisent par une fermeture très rapide, le chariot peut être arrêté sur une distance très courte et l'accélération négative atteindre une très grande valeur. L'accélération maximale par freinage est nettement plus élevée que l'accélération initiale, la force de freinage étant créée par application d'une pression sur la grande surface de piston. Pendant la projection, des capteurs saisissent l'accélération et la distance parcourue en fonction du temps et transmettent ces informations à l'ordinateur. Ces données permettent d'effectuer des analyses de mouvement complètes dont l'ordinateur peut fournir une représentation superposée ou déployée sur l'axe du temps. On dispose ainsi d'une documentation de contrôle exhaustive. Le traitement des donnéesLe traitement des données joue à cet égard un rôle crucial : le système est constitué d'un API agissant comme unité de commande centrale, d'un processeur de signal à fonction régulatrice et d'un PC industriel avec lequel la machine est programmée et les données évaluées. Conformément aux normes de sécurité de Lade GmbH, l'API surveille toutes les fonctions ayant une incidence sur la sécurité, comme la commande des soupapes et de la pompe ou l'arrêt d'urgence. Il coordonne les différentes phases de commande en s'appuyant sur les données livrées par le processeur de signal. Celui-ci est cadencé à 33 MHz, une fréquence courante. Le point essentiel est que, à travers son jeu d'instructions étendu, il arrive à traiter une approximation de Fourier complète et se montre ainsi considérablement plus puissant qu'un processeur standard doté d'une cadence nettement supérieure. Il évalue les données des capteurs d'accélération/de déplacement et effectue la comparaison des valeurs réelles-théoriques avec une résolution de 0,02 ms. Outre l'interface utilisateur conviviale, le PC industriel présente des fonctions d'évaluation étendues. Le programme Dasylab permet de visualiser les résultats avec une grande variété de paramètres. Le fabricant"Tant la conception de l'hydraulique, le choix des soupapes et des blocs de commande que le système de traitement de données ont posé de hautes exigences", explique Tessendorf. "Grâce à notre double compétence, il nous a été possible de développer une solution offrant un nouveau rapport rendement/prix dans l'exécution de tests de résistance aux chocs précis. Avec Hänchen, nous avons trouvé un hydraulicien dont la gamme standard remplit déjà nos besoins." Autre avantage de poids, ayant eu un effet bénéfique sur les frais de développement : l'expérience dans le domaine de la construction mécanique spéciale. "Nous avons depuis de nombreuses années la routine nécessaire pour être en mesure de développer des machines principalement à partir de simulations", indique le spécialiste du réglage. Les tâchesTessendorf estime que la commercialisation du nouveau produit tirera profit de l'aiguisement des exigences de qualité. Les produits de sécurité, les installations techniques à fortes sollicitations s'inscrivent dans le domaine d'applications de la machine au même titre que les capteurs d'airbag mentionnés dans cet article. On pourra effectuer des séries d'essai avec des accélérations échelonnées ou des tests à charge constante. "En proposant à nos clients un banc d'essai de résistance aux chocs à ce prix, nous souhaitons les rendre indépendants d'un matériel de plusieurs millions de marks que seuls les grands laboratoires ou entreprises arrivent à financer", indique Tessendorf.
Jörg Beyer | | |
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