ACE Stoßdämpfer GmbHとBurat & Klein Datentechnik GmbHは、ダイナミックパラメータの分野における工業用減衰技術を、顧客固有のプロジェクトで正確にテストできるようにするため、測定技術の分野で長年にわたって協力してきました。

ここでは、その成功した協力関係についてご紹介します。

自動化された多くの製造工程では、様々なタイプのダンパーが使用されています。小型ショックアブソーバーや工業用ショックアブソーバー、また安全用ショックアブソーバーは、生産性と安全性を向上させるために、減速用や質量力の正確な制動用の効率的で無電流の油圧コンポーネントとして特に適しています。ACEは、様々な用途に対応するために、自動調整タイプや調整可能タイプの機械要素を幅広く提供しており、設計者は、当社の標準部品で最も一般的な力の範囲をカバーすることができます。ACEはまた、オーバーラン保護やストップダンパーとして、非常停止用の可逆および不可逆ソリッドステート材料製のコンポーネントも提供しています。

まず減衰挙動をシミュレーションし、次に落下試験機で検証する

センサーとシミュレーションは、エンジニアが市場投入前に製品をテストしたい場合や、繊細なアプリケーションの場合、特定のアプリケーションに対するそれぞれのダンパータイプの実際の減衰挙動を事前に決定したい場合に役割を果たします。これは、オートメーション、ハンドリング、工作機械や回転テーブル上の非常に大きな質量力の減速などの特殊なケースに当てはまります。メーカーから指定された減衰曲線が、アプリケーションや顧客のプロジェクトチームにとって十分でない場合、ACEのコンサルティングエンジニアは、社内の試験設備を使って、設計からの理論的シミュレーションを標準コンポーネントで実際にチェックし、検証します。

スタビラス・グループの一員である専門家ブランドACEのドイツ本社、ランゲンフェルトでは、2台の落下試験機が使用されている。ひとつは、130kgから500kgまでの質量に対応し、最大落下高さは1500mmです。重力の法則に従って実施される落下試験では、最大衝撃速度は4.8m/s（v = √2*g*h）、運動エネルギーは約6000Nm（m*g*h）となります。第二の落下試験機は、質量3 kgから350 kg、最大落下高さ1500 mmまで対応し、最大約5.5 m/sの衝撃速度と最大約5,150 Nmの運動エネルギーが測定されます。ACEは、前述のダンピング技術部門の油圧式ダンパーに加え、油圧で作動する安全ショックアブソーバーのほか、TUBUS製品群のような可逆的なソリッドステートショックアブソーバー、アルミニウムやスチール製の不可逆的なソリッドステートショックアブソーバーなど、同社の安全製品のテストにもこの2つの落下試験機を使用しています。

最大限のエネルギー吸収に焦点

ACEの後者の世代の安全ダンパーは、クラッシュダンパーと呼ばれています。ランゲンフェルトの技術者たちは、市場に投入する前に、落下試験機でそれぞれのタイプについて広範な一連の試験を行います。彼らは、特殊なアルミニウムまたはスチールチューブで作られたダンパーを、主に事故発生時の最大可能エネルギー吸収量に関して検査します。特に、落下試験機を使用して、各新シリーズの個々のタイプの特定の減衰特性を記録することに注意を払っている。これにより、カタログ値をチェックし、検証し、それぞれの製品シリーズを販売することを承認することができる。例えば、エンジニアたちは、4つの新しい小型クラッシュ・ダンパーの最大エネルギー吸収量を調べた。これらは外径約20mmで、異なるストロークで市場に投入される。検証の成功以来、ACEは、100～約400Nmの低レンジのエネルギー吸収体の範囲を拡大し、安価で効果的な緊急停止ソリューションとして、より小さなフォーマットのシステム用クラッシュダンパーも提供できるようになりました。産業環境におけるこれらのソリッドステート・ダンパーの任務は、自動車技術におけるクランプル・ゾーンと類似しているため、最も過酷な負荷に対してテストされています。結局のところ、衝突が発生した場合、部品は衝撃エネルギーを即座に吸収し、衝撃の運動エネルギーを熱に変換して外部環境に放散するために、コンピューター・シミュレーションで事前に定義された方法で変形して折り畳まれる。このようにして、シングルユース・ダンパーは、98％という高く均一なエネルギー散逸によって、事故時に構造物を保護する。これらの安全エレメントには、日常運転時の長期安定性と緊急停止時の最大限の保護が求められるため、試験とシミュレーションは可能な限り現実に近い条件下で実施された。

水平リニア試験で検証された小型ショックアブソーバー

これらの重力ベースのテストオプションに加えて、ACEの別のテストベンチでは、たとえば垂直リニア軸の移動終了時にダンパーとその減速性能を調べる水平リニアテストも可能です。ここでは、ドライブが水平軸上で20kgから100kgの質量力を最大約3.5m/sの速度まで加速します。

高精度で摩擦のない車軸が、3つの車軸（X、Y、センターポール）の終端位置を小型のショックアブソーバーで固定するハンドリングシステムに取り付けられている実例では、ACEのエンジニアはまず、標準レンジからそれぞれの車軸に適したダンパータイプを選択します。感度の高い車軸には、衝突時に定義された最大力しか負荷がかからない可能性があるため、ACEは第2段階で、選択した小型ショックアブソーバーのそれぞれについて、シミュレーションソフトウェアを使用して具体的な理論設計を行います。個々の穴パターン、すなわちダンパー内部のスロットル穴の数と大きさは、力の進行、すなわち力-変位曲線を最適化するためにコンピュータ上でシミュレーションされます。その後、エンジニアは、テストベンチ上の直線試験で適切に準備された試験片を使用して直線軸上で測定を行うことにより、理論的シミュレーションを検証することができます。このような試験アプリケーションでは、可動質量を数グラムまで調整することができ、衝撃速度は、特定のケースごとに公差0.02 m/sでほぼ1対1に一致させることができます。試験片が試験に合格すれば、測定結果は必要な小シリーズの製造に使用されます。

測定技術がシミュレーションとテスト結果を検証

ACEのコンポーネントが垂直または水平の直線軸でテストされるかどうかにかかわらず、減衰トラベルはレーザー変位測定システムを使用して決定され、実際の支持力はすべてのテストベンチの力センサーを使用して決定されます。同社は、ボーデン湖畔のメッケンボイレンに本拠を置くBurat & Klein Datentechnik GmbHと協力している。センサーと変位変換器はMultiMessBOXと呼ばれる測定システムに接続され、それぞれのテストポイントに正確に適合され、各テストランで測定されたデータはBurat & Klein社によってプログラムされたMessMax®ソフトウェアを使って評価することができる。小型ショックアブソーバーのケースで説明したように、MessMax®は、実際の試験で測定された曲線とコンピュータ上で決定された理論曲線を重ね合わせることを可能にし、その結果、理論を実際に検証することができます。ACEの研究開発部門のエンジニア、Jörg Küchmannは次のようにコメントしている：「引用したアプリケーションでは、Burat & Klein社は、3つのパラメーターを比較し、必要に応じて結果を自動的にエクセルにエクスポートできる特別な評価ソフトウェアを提供してくれました。この場合、最大支持力、最大減衰距離、そしてエネルギー、つまり力-変位曲線下の面積が評価され、チェックされます。"

過去数年間、ACEはこの分野の測定技術と、顧客から依頼される検証の増加により得られた結果の評価において、豊富な経験を積んできました。シミュレーションでは、実際の測定結果と比較して、ごくわずかな誤差しか生じないことは注目に値します。ACEのシミュレーションは、Burat & Kleinの測定技術のおかげで、非常に正確なものとなっています。