Hochfrequenzpulsatoren zur Bestimmung der Zeit- und Langzeitfestigkeit

Hochfrequenzpulsatoren, auch Resonanzprüfmaschinen genannt, nutzte man bauartbedingt bislang ausschließlich als dynamische Material-Prüfmaschine, um die Schwingfestigkeit von Werkstoffen und Bauteilen im Zeit- und Langzeitfestigkeitsbereich, beispielsweise im Dauerschwingversuch nach der Norm DIN 50100 (Wöhlerkurve), im Zug-, Druck-, Schwell- und Wechsellastbereich zu bestimmen.

Die neue Generation von ZwickRoell Hochfrequenzpulsatoren der Baureihe Vibrophore können erstmalig sowohl dynamische als auch als vollwertige statische Material-Prüfmaschinen eingesetzt werden - und das bei Prüfkräften von bis zu 1000 kN.

Typische Anwendungsbeispiele der Resonanzprüfmaschinen sind Materialermüdungsversuche und Lebensdauerversuche an Normproben und Bauteilen (beispielsweise Pleuel, Kurbelwellen und Schrauben) und Produktions- und Qualitätskontrolle von Bauteilen, die während ihrer Lebensdauer einer schwingenden Belastung ausgesetzt sind, wie zum Beispiel Beton- und Bewehrungsstähle sowie quasi-statische Zug-/ Druckversuche, Untersuchungen der Bruchmechanik an CT- und SEB-Proben.

Hochfrequenzpulsator (Resonanzprüfmaschine) 250 kN zur Bestimmung der Zeit- und Langzeitfestigkeit (LLF)

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Die wesentlichen Vorteile und Merkmale

Vorteile & Mermale

  • Optimale Verhältnisse in Bezug auf die exakte Ausrichtung der Prüfachsen dank des steifen
    4-Säulen-Lastrahmen
    - Vermeidung von mechanischen Einflüssen auf die Probe
    - Präzise Messergebnisse
  • Sicheres Prüfen von kurzen, wie auch langen Proben. Ermöglicht durch den großen Traversen-Verfahrweg
  • Ergonomisches  Arbeiten auf Grund des niedrigen Aufspanntisches
  • Wiederholbarer und genauer Probenwechsel bei definierten Einspannlängen, durch das integrierte Traversenwegmesssystem
  • Minimale Wartungskosten, da keine Verschleißteile
  • Einfache Installation ohne zusätzliche Infrastruktur, wie zum Beispiel Hydraulik, Kühlwasser oder Druckluft

"Two in One"

"two in one" - Der Vibrophore ist eine vollwertige dynamische und statische Prüfmaschine in Einem 

Dynamische Prüfungen mit dem Vibrophore

Die Funktionsweise des ZwickRoell Vibrophores basiert auf dem Prinzip eines mechanischen Resonators mit elektromagnetischem Antrieb. Die Mittelkraft wird über Verschiebung der oberen Traverse über den Spindelantrieb aufgebracht. Die dynamische Last wird durch ein im Vollresonanzbetrieb arbeitendes Schwingsystem erzeugt. Dadurch sind bei ausreichend steifen Proben Prüffrequenzen von bis zu 285 Hz möglich. Beide Antriebe, der des dynamischen und der des statischen Anteils, werden separat voneinander geregelt und angesteuert, wodurch jegliche Spannungsverhältnisse (R-Verhältnisse) möglich sind. Versuche können sowohl kraft-, weg- als auch dehnungsgeregelt durchgeführt werden.

Statische Prüfungen mit dem Vibrophore

Durch eine mechanische Klemmung der Schwingtraverse und dem Einsatz der Prüfsoftware testXpert III wird der Vibrophore zu einer vollwertigen statischen Material-Prüfmaschine.

Die großflächigen mechanischen Verbindungen und die solide Bauteildimensionierung sorgen für eine hohe Maschinensteifigkeit. In Kombination mit der präzisen Traversenführung werden unerwünschte mechanische Einflüsse auf die Probe minimiert. Durch den Einsatz von entsprechenden Zusatzvorrichtungen sind sowohl statische als auch dynamische Prüfungen unter verschiedenen Umweltbedingungen (Temperatur, aggressive Medien) bzw. Torsions- und Biegeversuche möglich. Durch den Verzicht der Zentralspindel maximiert der neue Vibrophore die Arbeitsraumvariabilität. Somit sind Prüfungen von sowohl sehr kurzen Proben als auch sehr großen Bauteilen möglich.

Vorteile des "two in one"-Prinzips

  • Kurze Versuchszeiten und ein hoher Probendurchsatz bei dynamischen Versuchen auf Grund von hohen Prüffrequenzen
  • Minimaler Energiebedarf dank des Resonanzprinzips (ca. 2% des Energiebedarfs einer servohydraulischen Prüfmaschine)

Technischer Überblick

Überblick

Die Vibrophores stehen in 7 Baugrößen zur Verfügung:

  • Vibrophore 25
  • Vibrophore 50
  • Vibrophore 100
  • Vibrophore 250
  • Vibrophore 500
  • Vibrophore 600
  • Vibrophore 1000

25 kN

Fmax

25

kN

Mittellast max.

±25

kN

Kraftamplitude max.

±12,5

kN

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

6 (±3)

mm

Prüffrequenzbereich[1]

35 ... 300

Hz

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 170

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

600

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

±2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

2375

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

693

mm

H2 - Höhe Prüfraum

1200

mm

H5 - Höhe Prüfraum inklusive Kraftmessdose

1100

mm

B2 - Breite

890

mm

T3 - Tiefe

645

mm

T2 - Tiefe Sockel

482

mm

Gewicht ca.[4]

1900

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

1200

mm

Arbeitsraumtiefe

482

mm

Breite freier Säulendurchgang

610[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

1099

mm

Artikel-Nr.

Vibrophore 25 inklusive testControl II

1050926

Optional: Two in one für statische Versuche

1028357

Optional: Schwingwegmessung

1033236
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

50 kN

Fmax

50

kN

Mittellast max.

±50

kN

Kraftamplitude max.

±25

kN

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

6 (±3)

mm

Prüffrequenzbereich[1]

35 ... 300

Hz

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 170

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

600

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

±2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

2375

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

693

mm

H2 - Höhe Prüfraum

1200

mm

H5 - Höhe Prüfraum inklusive Kraftmessdose

1100

mm

B2 - Breite

890

mm

T3 - Tiefe

645

mm

T2 - Tiefe Sockel

482

mm

Gewicht ca.[4]

1900

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

1200

mm

Arbeitsraumtiefe

482

mm

Breite freier Säulendurchgang

610[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

1099

mm

Artikel-Nr.

Vibrophore 50 inklusive testControl II

1023099

Optional: Two in one für statische Versuche

1028360

Optional: Schwingwegmessung

1033326
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

100 kN

Beschreibung

Wert

Fmax

100

kN

Mittellast max.

±100

kN

Kraftamplitude max.

±50

kN

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

6 (±3)

mm

Prüffrequenzbereich[1]

30 ... 285

Hz

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 380

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

600

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

±2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

2565

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

794

mm

H2 - Höhe Prüfraum

1200

mm

H5 - Höhe Prüfraum inklusive Kraftmessdose

1007

mm

B2 - Breite

1094

mm

T3 - Tiefe

770

mm

T2 - Tiefe Sockel

553

mm

Gewicht ca.[4]

3200

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

1200

mm

Arbeitsraumtiefe

550

mm

Breite freier Säulendurchgang

626[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

977,5

mm

Artikel-Nr.

Vibrophore 100 inklusive testControl II

084142

Optional: Two in one für statische Versuche

1009579

Optional: Schwingwegmessung

1001259
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

250 kN

Beschreibung

Wert

Fmax

250

kN

Mittellast max.

±250

kN

Kraftamplitude max.

±125

kN

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

6 (±3)

mm

Prüffrequenzbereich[1]

30 ... 285

Hz

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 380

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

600

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

±2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

2565

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

794

mm

H2 - Höhe Prüfraum

1200

mm

H5 - Höhe Prüfraum inkl. Kraftmessdose

915

mm

B2 - Breite

1094

mm

T3 - Tiefe

770

mm

T2 - Tiefe Sockel

553

mm

Gewicht ca.[4]

3200

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

1200

mm

Arbeitsraumtiefe

550

mm

Breite freier Säulendurchgang

626[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

925

mm

Artikel-Nr.

Vibrophore 250 inklusive testControl II

1001253

Optional: Two in one für statische Versuche

1009581

Optional: Schwingwegmessung

1001259
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

500 kN

Fmax

500

kN

Mittellast max.

± 500

kN

Kraftamplitude max.

± 250

kN

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

4 (± 2)

mm

Prüffrequenzbereich[1]

35 ... 285

Hz

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 960

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

250

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

± 2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

3465

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

930

mm

H2 - Höhe Prüfraum

1680

mm

H5 - Höhe Prüfraum inkl. Kraftmessdose

1347

mm

B2 - Breite

1220

mm

T2 - Tiefe

1369

mm

Gewicht ca.[4]

9000

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

1700

mm

Arbeitsraumtiefe

640

mm

Breite freier Säulendurchgang

780[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

1700

mm

Artikel-Nr.

Vibrophore 500 inklusive testControl II

1011633

Optional: Two in one für statische Versuche

1012275

Optional: Schwingwegmessung

1012273
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

600 kN

Fmax

± 600

kN

Mittellast max.

± 600

kN

Kraftamplitude max.

± 300

kN

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

4 (± 2)

mm

Prüffrequenzbereich[1]

30 ... 265

Hz

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 880

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

250

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

± 2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

3465

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

930

mm

H2 - Höhe Prüfraum

1680

mm

H5 - Höhe Prüfraum inkl. Kraftmessdose

1347

mm

B2 - Breite

1220

mm

T2 - Tiefe

1369

mm

Gewicht ca.[4]

9000

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

1700

mm

Arbeitsraumtiefe

640

mm

Breite freier Säulendurchgang

780[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

1700

mm

Artikel-Nr.

Vibrophore 600 inklusive testControl II

1030616

Optional: Two in one für statische Versuche

1012275

Optional: Schwingwegmessung

1012273
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

1000 kN

Fmax

±1000

kN

Mittellast max.

±1000

kN

Kraftamplitude max.

±500

kN

Prüffrequenzbereich[1]

30 ... 150

Hz

Elastische Probendehnung (Schwingweg) max.

4 (±2)

mm

Anzahl Frequenzstufen[2]

8

Anzahl Führungssäulen

4

Anzahl Antriebsspindeln

2

Rahmensteifigkeit bei 1000 mm Traversenabstand[3]

ca. 880

kN/mm

Antrieb

Statische Versuche und zur Mittelkraftregelung

AC-Antrieb

min. Traversengeschwindigkeit

0,0001

mm/min

max. Traversengeschwindigkeit

250

mm/min

max. Traversen-Rücklaufgeschwindigkeit

1000

mm/min

Positionier-Wiederholungsgenauigkeit an der Traverse

± 2

µm

Motorhaltebremse

ja

Dynamische Versuche

Verschleißfreier elektro-magnetischer-Antrieb

Abmessungen Lastrahmen

H4 - Höhe

4538

mm

H3 - Höhe Aufspanntisch

1058

mm

H2 - Höhe Prüfraum

2320

mm

H5 - Höhe Prüfraum inkl. Kraftmessdose

2005

mm

B2 - Breite

1620

mm

T2 - Tiefe

1445

mm

Gewicht ca.[4]

17500

kg

Abmessungen Prüfraum

Arbeitsraumhöhe ohne Kraftaufnehmer

2310

mm

Arbeitsraumtiefe

1995

mm

Breite freier Säulendurchgang

982[5]

mm

Verfahrweg Maschinenrahmen max.

mm

Artikel-Nr.

Optional: Two in one für statische Versuche

1017257

Optional: Schwingwegmessung

1012273
  1. Die Prüffrequenz wird durch die Steifigkeit und Masse des Prüfaufbaus bestimmt.
  1. durch Aktivieren / Deaktivieren der Gewichte
  1. Steifigkeit des Lastrahmens: Dieser Wert resultiert aus einer direkten Verformungsmessung zwischen den Traversen (Fahr- und Sockeltraverse) und berücksichtigt nicht die Verformung von Antrieb und Kraftaufnehmer.
  1. Gewicht ohne Probenhalter oder Werkzeuge
  1. ohne Faltenbalg

Layout

Layout des Hochfrequenzpulsators (Resonanzprüfmaschine)

Elektronik testControl II

Mess-, Steuer- und Regelelektronik testControl II

Regeltakt

10 kHz

Messwerterfassung

10 kHz, 24 bit, rechnerisch

Steckplätze

5 x ModulBus (davon 2 standardmäßig belegt)

PC-Schnittstelle

GigaBit Ethernet

Integriertes Sicherheitskonzept

2-kanalige Ausführung für maximale Sicherheit

Schnittstelle für verriegelbare Schutztüren

Not-Aus-Verkettungs-Schnittstelle

Displayfernbedienung

Einricht- bzw. Prüfmodus

Not-Aus Taster

Schlüsselschalter für Umschalten zwischen Einricht- und Testbetrieb

Abmessungen Mess-, Steuer- und Regelelektronik testControl II

H1 - Höhe ohne Tischplatte

1000

mm

B1 - Breite

600

mm

T1 - Tiefe

600

mm

Gewicht ca.

135

kg

Kabellänge zw. Vibrophore & testControl II

5

m

Zubehör

Universal-Messverstärker (029443)

Wahlweise AC/DC-Speisung

DMS in Halb- und Vollbrücke

4- und 6-Leitertechnik

IO-Karte ( 029448)

1 analoger ± 10 V Eingang (regelbar)

2 analoge ± 10 V Ausgänge

4 digitale Eingänge, 24 V

3 digitale Ausgänge, 24 V

1 Relais-Ausgang, potentialfrei

Betriebsfestigkeit-Prüfung von Bauteilen – Chinesische Universität nutzt größten Vibrophore der Welt

Periodische Belastungen von Komponenten führen irgendwann zum Bruch. Um maximale Sicherheit zu gewährleisten sind daher detaillierte Kenntnisse der Betriebsfestigkeit essentiell. Eine sehr effiziente Lösung zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen bei hohen Frequenzen und Kräften sind elektromagnetische Hochfrequenzpulsatoren (Vibrophore). Die Chongqing Universität in Zentralchina setzt zukünftig ein Vibrophore mit 1.000 kN ein.
Vibrophore 1000
X

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