Professor Wilhelm Hannibal en zijn studenten aan de hogeschool in Zuid-Westfalen hebben een ambitieus doel: ze willen oliepompen optimaliseren zodat ze het brandstofverbruik van verbrandingsmotoren helpen verminderen. Terwijl ze talloze tests uitvoerden, veroorzaakte een testbank ongewenste trillingen. PLM-luchtveringselementen van ACE-schokdempers zorgden op meerdere plekken voor rust.
De opleiding Automotive aan de Hogeschool Südwestfalen biedt een brede, toepassingsgerichte, technische opleiding voor de auto-industrie op wetenschappelijke basis op de locatie Iserlohn. Het curriculum is specifiek gericht op de automobieltoeleveringsindustrie. Hoe nauw de toepassingen van de jonge academici aansluiten bij de praktijk, blijkt uit de ontwikkeling van energiezuinige aandrijfsystemen.
Volgens Sebastian Schütte, de onderzoeksassistent van prof. Hannibal, ligt een belangrijke sleutel in de oliepomp van de motor: "In de motorontwerpen van het verleden werkten oliepompen altijd onder volledige belasting, tegenwoordig zijn het gereguleerde eenheden. En als ze met een lager debiet kunnen worden gebruikt, is het ook mogelijk om hun stroomverbruik te verminderen.” Om dichter bij de optimale regeltoestand te komen, moesten de karakteristieken van de oliepompen worden vastgelegd en moesten verschillende regelstrategieën worden te vergelijken. Het team van de autoopleiding bouwde hiervoor een eigen testbank. Met een lengte van 2500 mm en een breedte van 900 mm woog de totale constructie 1500 kg, wat zeker overeenkomt met dat van een auto.
Trillingen in de kamer werden overgebracht naar een ander teststation
Eén op de testopstelling DC motor drijft de pompen aan met 300 tot 7000 tpm-1 bij. "Het was ons vanaf het begin duidelijk dat dit snelheidsbereik voldoende is om de constructie te laten trillen en dat we tegenmaatregelen moeten nemen om redelijke meetresultaten te krijgen", zegt Sebastian Schütte. Want naast het testen van de hydraulische, volumetrische en mechanische efficiëntie om het stromingsgedrag te controleren en te optimaliseren en om lekkages te voorkomen en wrijving te verminderen, ligt ook de regeltechniek op de testbank en daarmee de vraag welke regeltechniek het meest effectief werkt?
Om deze reden werd de testbank ingesteld op zes rubber-metaal isolatoren. Die zorgden voor minder trillingen, maar: "Het moest beter", zegt Schütte in een notendop. Vooral omdat de trillingen zelfs voldoende waren om een ander teststation in dezelfde ruimte te beïnvloeden.
Van theorie direct naar praktijk
De dempingsspecialist is niet alleen wereldleider op het gebied van industriële en kleine schokbrekers, maar heeft binnen enkele jaren ook een uitstekende reputatie opgebouwd in de trillingstechniek, waaronder het elimineren van ongewenste trillingen. Daarnaast geeft het bedrijf herhaaldelijk gratis trainingen bij bedrijven en is het ook aanwezig op universiteiten door beschikbaar te zijn voor de technische faculteiten voor demonstraties en lezingen uit de industrie.
Het lag dan ook voor de hand dat Sebastian Schütte contact opnam met Jörg Brinkmann, de medewerker bij ACE die verantwoordelijk is voor de lezingen op het gebied van onderwijs en training: “We hoorden van hem over de serie ‘Aceolator’. Achter de naam Aceolator gaat een breed scala aan producten schuil die worden aanbevolen als oplossing voor een breed scala aan problemen bij het verminderen van geluid of het elimineren van hinderlijke trillingen. Naast rubber-metaal isolatoren maken ook trillingsisolerende platen en laagfrequente luchtveerelementen deel uit van het portfolio van de firma Langenfeld.
DC-motor als allround talent voor talloze toepassingen
Deze laatste moet de tot dan toe gebruikte oplossingen van de Südwestfalen Hogeschool vervangen. Maar voordat dit kon gebeuren, bracht Jörg Brinkmann samen met zijn collega's Dieter Wohlschlegel, Engineering Manager bij ACE, en technisch adviseur Gregor Jandt een bezoek aan het academische team in Iserlohn om een daadwerkelijke beoordeling uit te voeren. Hiervoor gebruikten de drie een eigen meetkoffer en een externe meetsensor die was aangesloten op een tablet-pc. Op basis van de vastgestelde waarden heeft Dieter Wohlschlegel vervolgens in een volgende stap een ontwerp uitgevoerd voor zogenaamde PLM-luchtveerelementen.
Uitgebreid trillings- en trillingsisolatieportfolio
Net als alle luchtveerelementen bevinden de gebruikte PLM1 luchtveerelementen uit de Aceolator-serie zich in het laagfrequente bereik en worden gebruikt wanneer krachtige machines, meettafels of testapparatuur perfect moeten worden geïsoleerd.
Afhankelijk van de trillingsgraad en de omgeving zijn er drie verschillende productseries beschikbaar, bestaande uit laagfrequente luchtveerelementen, rubber-metaal isolatoren en trillingsisolerende platen. Ontwerpers kunnen er bijna alle uitdagingen op het gebied van trillingstechnologie en trillingsisolatie mee aan. Dat geldt volgens de fabrikant ook voor machines die later beveiligd moeten worden.
Door hun interne luchtkamer bieden deze laagfrequente elementen een aanzienlijk isolerend effect vanaf een frequentie van 5 Hz en hoger. De eigenfrequentie is 3 Hz in een optimaal belaste toestand, dit wordt bereikt wanneer de maximale belasting van de individuele luchtveerelementen zoveel mogelijk wordt benut. Voor toepassingen zoals die bij de Südwestfalen Hogeschool heeft ACE pneumatische luchtveerelementen met automatische niveauregelkleppen voor hoogteregeling.
In deze gevallen heeft elke hoofdisolator een regelklep die fungeert als lastvoeler en positiesensor. Er kan een willekeurig aantal parallelle luchtveren worden toegevoegd om het draagvermogen van het totale systeem te vergroten. Hierdoor kan de fabrikant de use cases nog verder uitbreiden. Naast toepassing op proefbanken zijn de luchtbalgen met name geschikt voor het zeer goed ontkoppelen van storende trillingen onder constructies met meetsystemen. Ze isoleren ook bijvoorbeeld hogesnelheidspersen of alle soorten productiesystemen tegen trillingen.
Beide testbanken werken nu naar behoren
De PLM's zijn uitgerust met een gevulkaniseerd schroefdraadinzetstuk, wat betekent dat de luchtveren zowel via een standaard bandventiel als via een pneumatische schroefverbinding met perslucht op druk kunnen worden gebracht. Speciale verbindingen zijn niet nodig met deze eenvoudig waterpas te stellen, innovatieve elementen. In het geval dat er geen niveauregelkleppen worden gebruikt, kan ook een regeleenheid worden geleverd om de druk en hoogte van de onderling verbonden luchtveren te regelen.
Kleine onderhoudsvrije glijlagers van kunststof reizen de wereld rond
In Iserlohn was dit echter niet nodig om tot het gewenste resultaat te komen. “Beide testbanken werken nu perfect. Dit betekent dat we ons werk nu nog beter kunnen voortzetten dan voorheen”, zegt Sebastian Schütte tevreden. Een belangrijke stap op weg naar nog energiezuinigere motoren is daarmee gezet voor het team van professor Wilhelm Hannibal aan de Südwestfalen Hogeschool.