Dynamické zkoušení materiálů: Který pohon se hodí pro mé požadavky?
Ať už jde o šroub, umělý kyčelní kloub nebo součást vozidla, musí komponenty a materiály během své životnosti odolávat dynamickému zatížení. Klíčovou otázkou je, jak dlouho odolá materiál zatížení, než dojde k jeho selhání? Právě zde přicházejí na řadu dynamické zkoušky únavy materiálu. Ne všechny zkušební stroje jsou však stejné – zejména typ pohonu výrazně ovlivňuje nejen výsledky zkoušek, ale také provozní náklady a nároky na údržbu.
Servohydraulický pohon Video: Lomová pevnost Rezonanční systémy Video: Únavové zkoušení Lineární motor Elektromechanický pohon Krut Srovnávací tabulky Zkušební software Video testXpert RKontakt
Servohydraulický pohon: Tradiční řešení pro vysoké nároky
Pokud jde o maximální síly, vysokou flexibilitu a univerzální zkušební úkoly, jsou servohydraulické zkušební stroje považovány za standard. Pracují na základě hydraulických pohonů, které jsou řízeny přesnými servoventily. Zejména při zkouškách únavy materiálu s nízkým počtem cyklů (LCF), zkouškách lomové mechaniky nebo vysokorychlostních aplikacích – například při zkoušce tahem při vysokých rychlostech či zkouškách rázovým namáháním (např. dle norem ISO 6603-2 nebo ASTM D3763) – často neexistuje k hydraulice žádná alternativa.
Tento výkon má však svou cenu: Neustálé zásobování hydraulického agregátu stlačeným vzduchem klade vysoké nároky na spotřebou energie. Údržba systému je pracná, jelikož vyžaduje pravidelnou výměnu oleje, filtrů a hadic. Podceňovat nelze ani značnou hlučnost. Při správné údržbě však poskytují servohydraulické stroje po mnoho let konzistentní výsledky, a to i při silách nad 2 000 kN.
Rezonanční systémy: energetická účinnost a vysoká frekvence
Pokud jde o únavovou pevnost a zkoušky vysokocyklové únavy (HCF), představují rezonanční zkušební stroje, například Vibrophore, zajímavou alternativu. Na rozdíl od servohydraulických systémů je vlastní frekvence zkoušeného tělesa vyvolávána mechanickým systémem. Tímto způsobem vzniká požadované kmitání při minimální spotřebě energie. Ve skutečnosti je spotřeba energie u rezonančních systémů pouze asi dvě procenta ve srovnání s hydraulickými stroji. Požadavky na údržbu jsou rovněž minimální: žádná hydraulika, žádné chlazení, žádné pohyblivé ventily – a to při silách až 1 000 kN.
Normativně jsou rezonanční stroje vhodné zejména pro zkoušky S-N křivek podle DIN 50100, zkoušky lomové mechaniky podle ASTM E399 nebo ISO 12106 V kombinaci s mechanickým upínáním umožňují provádět i statické zkoušky. Pokud je tedy zapotřebí provádět pravidelně velké množství zkoušek vzorků pod konstantním zatížením, představuje v tomto případě Vibrophore z dlouhodobého hlediska výrazně výhodnější řešení.
Elektrodynamické systémy s lineárním motorem: Tichý a přesný provoz bez oleje
V prostředích náročných na čistotu a přesnost – například v medicínské technice nebo v elektronickém průmyslu – patří k rozhodujícím kritériím nízká hlučnost a bezolejový provoz. Elektrodynamické zkušební stroje s lineárním motorem (např. řada LTM ZwickRoell) tyto požadavky splňují. Vyznačují se tichým chodem (LTM 1/2/3 cca 46 dB(A) ve vzdálenosti 1 m), nepotřebují přívod provozních médií a vyžadují jen minimální údržbu. Současně umožňují přesné řízení i při malých silách do 10 kN a frekvencích nad 100 Hz.
Důležitou roli hrají zejména při zkouškách implantátů podle norem ISO 14801, ASTM F1717 nebo ISO 7206, tedy u produktů, na kterých se provádějí jak dynamické, tak i statické zkoušky. Rychlá a přesná odezva technologie lineárního motoru přináší výhody také při zkoušení nových materiálů, jako jsou biokompozity nebo plastové kompozity.
Elektromechanické zkušební servopohony: Zlatá střední cesta
Pro kompromis mezi vysoce výkonnou hydraulikou a citlivými elektromotory jsou v nabídce ZwickRoell také elektromechanické zkušební aktuátory, které nabízejí jak flexibilitu, tak i energetickou účinnost. Tyto systémy jsou obzvláště vhodné v případech, kde jsou zapotřebí střední síly (1 až 100 kN), například při zkoušení sedadel z pěnových nebo kompozitních materiálů. Elektromechanické systémy lze modulárně integrovat, nevyžadují provozní média a mají minimální nároky na údržbu.
Nezapomeňte na zatížení krutem
Ne každé zatížení je lineární. Zejména u implantátů nebo součástí vystavených rotačnímu namáhání se používají systémy pro zkoušky krutem. ZwickRoell nabízí pro tyto oblasti jak hydraulická, tak elektrodynamická řešení. Stroje LTM jsou ideální pro menší krouticí momenty (např. 10–100 Nm), zatímco servohydraulické systémy umožňují provádět zkoušky až do 2 500 Nm – v závislosti na konkrétním použití a požadavcích příslušné normy.
Přímé srovnání
Abyste se mohli snadno rozhodnout, který zkušební systém je pro vás ten pravý, nabízíme stručný přehled nejdůležitějších vlastností:
 Rezonanční systém (Vibrophore) |
| |||
|---|---|---|---|---|
| Rozsah zatížení/frekvence | 10 – 2 500 kN až 100 Hz | až 1 000 kN až 285 Hz | 1 – 10 kN až 100 (120) Hz | 1 – 100 kN cca 1 Hz |
| Krut | až 2 500 Nm | ./. | až 100 Nm | ./. |
| Posuv | až 400 mm | až 6 mm | až 60 mm | až 400 mm |
| Typické normy | ISO 12106, ASTM E606 | DIN 50100, ASTM E466 | ISO 14801, ASTM F1717 | Univerzálně použitelný |
| Oblasti použití | LCF, lom, rychlé zkoušky | HCF, únavová odolnost | Komponenty, fólie, implantáty | Kompozity, pěnové materiály |
| Provozní náklady | Vysoké (olej, údržba, energie) | Velmi nízké | Nízký | Nízký |
Příslušný zkušební software – testXpert R
Typickými oblastmi použití zkušebního softwaru testXpert R jsou únavové zkoušky a stanovení dynamických materiálových charakteristik. Mnoho aplikací, jako je lomová mechanika, únava, zkoušky šroubů nebo biomechanika, obsahuje standardní zkušební programy, ale nabízí také jednoduché programy pro únavové zkoušky a grafický editor bloků pro vlastní konfiguraci zkoušek.
Závěr
Výběr vhodného pohonu není jen technickým rozhodnutím – ovlivňuje provozní náklady, přesnost zkoušek, energetickou účinnost, a nakonec i konkurenceschopnost. Pokud chcete z dlouhodobého hlediska provádět své zkoušky ekonomicky, nelze se vyhnout detailnímu seznámení s technologií pohonů. ZwickRoell nabízí optimální řešení pro jakékoli požadavky – od vysoce výkonné hydraulické systémy po tiché lineární motory.
