Zwick Prüfung der Schwingfestigkeit von Werkstoffen

Autor / Redakteur: Peter Stipp und Markus Semrau / M.A. Frauke Finus

Der Einsatz von elektromagnetischen Hochfrequenzpulsatoren ist eine wirtschaftliche Lösung zur Bestimmung der Schwingfestigkeit von Werkstoffen. Durch den geringen Energieverbrauch und den nahezu wartungsfreien Antrieb sind sie eine effiziente Alternative zu servohydraulischen Prüfmaschinen.

Firmen zum Thema

Bruchmechanische Untersuchung an einer CT-Probe in einem Hochtemperatur-Ofen.
Bruchmechanische Untersuchung an einer CT-Probe in einem Hochtemperatur-Ofen.
(Bild: Zwick)

Dynamisch beanspruchte Komponenten im Maschinen- und Anlagenbau unterliegen im Laufe ihrer Lebensdauer nicht nur stark schwankenden sondern häufig auch periodischen Belastungen. Das gleiche gilt für Kurbelwellen, Pleuel und Steuerketten in Kfz-Motoren sowie Antriebsketten von Motorrädern. Eine zentrale Größe in Bezug auf die Sicherheit ist die Betriebsfestigkeit. Sie resultiert aus unterschiedlichen Faktoren. Einer von ihnen ist die mechanische Eigenschaft der verbauten Werkstoffe. Die Ermittlung der Materialeigenschaften dynamisch beanspruchter Komponenten erfolgt meist über einen Dauerschwingversuch nach DIN 50100 (Wöhlerkurve), im Zug-, Druck-, Schwell- und Wechsellastbereich. Hinzu kommen bruchmechanische Untersuchungen an CT-(Compact Tension) und SEB-Proben (Single Edge Bending). Prüfungen im erweiterten Temperaturbereich und flüssigen Medien sowie dynamische Torsions- und Biegeversuche ergänzen die Prüfpalette.

Elektromagnetischer Hochfrequenzpulsator bis 1.000 kN

Die Zwick GmbH & Co. KG, Hersteller von Prüfmaschinen für die Werkstoffprüfung, bietet mit seinen elektromagnetischen Hochfrequenzpulsatoren eine wirtschaftliche Prüflösung zur Bestimmung der Schwingfestigkeit im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich von Werkstoffen an. Zudem sind sie deutlich umweltfreundlicher als konventionelle servohydraulische Prüfsysteme, denn der elektromagnetische Antrieb ermöglicht trotz geringer Energiezufuhr eine große Kraftamplitude. Die hierzu aufgewendete Energie beträgt nur etwa 2 % des Bedarfs einer servohydraulischen Prüfanlage. Auch die Installation ist deutlich einfacher. Hochfrequenzpulsatoren benötigen kein Öl, keine Kühlwasserversorgung und keine kostspieligen, komplexen Wartungsmaßnahmen. Auf Grund des elektromagnetischen Antriebs sind die Systeme außerdem nahezu verschleißfrei und deutlich leiser als vergleichbare Unwuchtsysteme.

Bildergalerie

Die von Zwick angebotenen Hochfrequenzpulsatoren stehen in sechs Baureihen mit Prüfkräften von 5 bis 1.000 kN zur Verfügung. Prüffrequenzen bis 300 Hz (150 Hz beim Vibrophore 1000) gewährleisten kurze Prüfzeiten und damit einen hohen Probendurchsatz. Das Unternehmen ist der einzige Hersteller, der einen Hochfrequenzpulsator bis 1.000 kN mit elektromagnetischem Antrieb anbietet. Zentrales Merkmal des neu entwickelten Vibrophore 1000 ist das Lastrahmenkonzept. Der extrem steife Lastrahmen besteht aus vier Säulen und besitzt dadurch gute Führungseigenschaften. Die geregelte Mittelkraft auf den Prüfling wird über das Verfahren der oberen Traverse und zwei Antriebsspindeln aufgebracht; die dynamische Last über den separat geregelten elektromagnetischen Antrieb. Der Frequenzbereich von 35 bis 150 Hz (acht Frequenzstufen) erfolgt über das Aktivieren/Deaktivieren von Gewichten. Die Bedienung ist komfortabel und einfach, da die Prüfvorschriften der von Zwick entwickelten Prüfsoftware Test Xpert genau an die Prüfaufgaben angepasst sind.

Die Bruchzähigkeit KIC kann bestimmt werden

Prüfbedingungen, Prüfkräfte und Anzahl der Lastwechsel werden bestimmt durch Werksnormen. Eine der zentralen Prüfungen ist die Bestimmung der Bruchzähigkeit KIC. Sie ist ein wichtiger Kennwert für metallische Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie dem Flugzeug- und Automobilbau sowie dem Kraftwerksbau. Die Bruchzähigkeit KIC beschreibt den Wert, bei der ein bereits vorhandener Anriss einer normierten Probe unter zunehmender Last zu einem plötzlichen Bruch führt.

(ID:42875478)