Aufrufe
vor 2 Wochen

Der Betriebsleiter 4/2018

Der Betriebsleiter 4/2018

FERTIGUNGSTECHNIK

FERTIGUNGSTECHNIK Ziehen, drücken, biegen, … Welches Materialprüfsystem ist das passende? LIVE@ 01 Die servohydraulische Prüfmaschine HB3500 ist für große Bauteile ausgelegt Mechanische Prüfungen von Bauteilen und Komponenten spielen eine zentrale Rolle in der Produktentwicklung und Qualitätssicherung. Angefangen von der klassischen Zug- und Druckprüfung reichen sie über die Messung der Biege- und Torsionsfestigkeit bis hin zur Ermüdungsprüfung – auch bei hohen und tiefen Temperaturen. Welche Prüfmaschine für welche Anwendung? Diese Frage wird nachfolgend beantwortet. Welche Prüfmaschine eingesetzt wird, hängt unter anderem davon ab, ob es sich um eine statische und/oder dynamische Prüfung handelt und welcher Kraftund Frequenzbereich benötigt wird. Mit vier unterschiedlichen Technologien, einem Belastungsbereich von 0,5 bis 2500 kN und Frequenzen von 1 bis 285 Hz bietet das Unternehmen Zwick Roell ein Portfolio an, das die meisten Anforderungen der Industrie abdeckt. Servohydraulische Prüfmaschinen Autor: Dr. Peter Stipp, awikom gmbh Die Bestimmung der Materialermüdung und Lebensdauer ist die Aufgabe dynamischer Prüfmaschinen. Als Ermüdung bezeichnet man die Alterung eines Materials unter wiederholter oder wechselnder Belastung, deren Intensität nicht ausreicht, um ein Versagen des Materials durch einen einzelnen Belastungsschritt zu erreichen. Das breiteste Anwendungsfeld zur Prüfung der Materialermüdung bieten servohydraulische Prüfmaschinen. Die von Zwick Roell angebotenen Systeme reichen von 5 bis 2 500 kN, der Frequenzbereich bis 100 Hz. Die Lastrahmen wurden extra für die besonderen Anforderungen verschiedener Verfahren der Ermüdungsprüfung konzipiert. Zu nennen sind hier beispielsweise Wöhlerversuch (Dauerschwingversuch), Bruchmechanik und Low Cycle Fatigue (LCF). Typische Anwendungen für servohydraulische Prüfmaschinen sind LCF- Versuche. Hierbei wird das Material bei einer meist erhöhten Temperatur zyklisch bis zu einer geringen plastischen Verformung hin belastet. Das Material der Probe hält bei dieser Belastungsart nur wenige tausend Lastwechsel aus. Dabei sind die Prüfmaschine bzw. der Regler besonders gefordert, da sich beim Übergang von der elastischen zur plastischen Verformung die Steifigkeit der Probe dramatisch ändert und der Regler sehr schnell reagieren muss, um z.B. eine präzise Messung der Dehnungszunahme zu garantieren. Hierzu stehen bei Zwick Roell berührende und berührungslose Längenänderungsaufnehmer zur Verfügung. Sie erlauben eine hochpräzise Dehnungsmessung und erfassen Verformungen in elastischen und plastischen Bereichen während des gesamten Zugversuches bis zum Probenbruch. Elektromechanische und elektrodynamische Systeme Elektromechanische Prüfsysteme (EM) haben im Vergleich zu servohydraulischen Systemen zwar den Vorteil, dass sie keine Materialeigenschaften von Metallen, Kunststoffen und Composites sind ausschlaggebend für die Qualität von Bauteilen und Komponenten. Um ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Sicherheit bei statischen und dynamischen Untersuchungen zu erreichen, ist es essentiell die richtige Prüftechnologie mit dem passenden Kraft- und Frequenzbereich auszuwählen. hydraulischen Anschlüsse benötigen, sie sind aber primär für rein statische Prüfanwendungen wie klassische Zug-, Druckund Biegeversuche ausgelegt. Dafür bieten sie einen nahezu wartungsfreien AC- Antrieb mit den Vorteilen einer digitalen Steuerung. Das Resultat, insbesondere bei Zugversuchen, ist ein hohes Maß an Kontrolle und Präzision bei der Dehnraten-Messung. Zudem sorgt ein innovatives Motorfeedback-System für ausgezeichnete Gleichlaufeigenschaften, auch bei geringen Geschwindigkeiten. Die Kräfte der EM-Maschinen von Zwick Roell liegen mit 0,2 bis 2 500 kN in einem ähnlichen Bereich wie servohydraulische Lösungen, der Frequenzbereich bis 1 Hz liegt aber deutlich tiefer. EM-Prüfmaschinen sind mit einem biegesteifen Hohlprofil mit Führungszylinder und einer langen, präzisen Traversenführung ausgestattet. Das minimiert unerwünschte mechanische Einflüsse auf die Probe. Eine weitere ölfreie Alternative ist die rein elektrisch betriebene LTM-Reihe mit Linearmotor. Die Kräfte der Prüfmaschinen liegen mit 5 und 10 kN zwar deutlich tiefer 12 Der Betriebsleiter 4/2018

als die der EM- und servohydraulischen Lösungen, erreichen mit 100 Hz aber hohe Frequenzen. Die Positioniergenauigkeit liegt bei +/-2 μm, der Kolbenhub bei 60 mm. Dank des breiten Geschwindigkeitsbereichs mit Werten von 1 mm/min bis 1,5 m/s lassen sich bei Bedarf auch langsame statische Material- und Bauteilprüfungen durchführen. Gerade bei geringen Geschwindigkeiten bietet der patentierte elektrodynamische Antrieb eine besonders hohe Laufruhe. Hinzu kommt eine geringe Reibung durch die gleitgelagerte Kolbenstange, was Stick/ Slip-Effekte minimiert und die Prüfergebnisse bei geringen Amplituden verbessert. Dank des ölfreien Antriebs ist die neue Entwicklung auch für den Einsatz in der Medizintechnik geeignet. Typische Beispiele sind Ermüdungsprüfungen von Hüftgelenk-, Knie- und Zahnimplantaten. Für Komfort und Sicherheit sorgen die motorisch verstellbare und elektrisch überwachte Klemmung der Traverse. Der sichere Einrichtbetrieb nach EN 60204-1 reduziert die Geschwindigkeit auf 10 mm/s. Eine Standardkühlung über die Umgebungsluft ist integriert. Magnet-Resonanz- Prüfmaschinen Für dynamische Untersuchungen mit Frequenzen deutlich über 100 Hz sind die Magnet-Resonanz-Prüfmaschinen von Zwick Roell ausgelegt, bekannt auch als Hochfrequenzpulsatoren oder Vibrophore. Ihre Kräfte reichen von 50 bis 1 000 kN, der Frequenzbereich von 30 bis 285 Hz. Sie sind speziell für starre Metall- oder Keramikproben entwickelt und können unter Belastung auch Spannungszyklen mit geringer Amplitude induzieren, die denen in Flugzeuganwendungen ähnlich sind. Die neuen Vibrophore verwenden einen Elektroantrieb für die kontrollierte statische Belastung und einen Magnet-Resonanz- Antrieb für die kontrollierte dynamische Belastung. Das ermöglicht sowohl dynamische HCF-Auswertungen als auch rein statische Prüfungen. Mit bis zu acht Frequenzschritten können die Prüfungen auch Änderungen wie den teilweisen Drehmomentverlust durch Temperatureffekte simulieren oder eine zusätzliche Systemdämpfung bieten, falls die Erwärmung des Bauteils während der Prüfung ein Problem darstellt. Magnet-Resonanz-Prüfmaschinen sind besonders zuverlässig und wartungsarm, da nur wenige Teile einem mechanischen Verschleiß ausgesetzt sind. Zudem verbrauchen sie lediglich 2 % der Energie und nur 20 bis 40 % der Zeit, die eine servohydraulische Maschine für die gleiche Anzahl von Zyklen benötigt. Diese schnelle Prüffähigkeit ist besonders relevant in einer Produktionsumgebung, in der mehrere Proben jedes Loses erfolgreich geprüft werden müssen, bevor das Los zur Benutzung freigegeben werden kann. Hannover Messe: Halle 27, Stand H75 www.zwick.de Im Fokus Effizienz Sicherheit Nachhaltigkeit 02 Ermüdungsprüfung an einer Kette mit einem Vibrophore 100 03 Dank des ölfreien Antriebs ist die elektrodynamische Prüfmaschine LTM 10 kN auch für den Einsatz in der Medizintechnik geeignet Wir machen Ihre Maschine sicher. Mit der PROTECT PSC1. ■ ■ ■ ■ Programmierbare, modulare Sicherheitssteuerung Flexible und skalierbare Applikationsanpassung Feldbusanbindung via integriertes Kommunikationsinterface Sichere Achsüberwachung von bis zu 12 Achsen www.schmersal.com 02 03