Magnetprüfung
Die Magnetprüfung kommt sowohl in der Forschung und Entwicklung elektromagnetischer Aktuatoren, als auch in der Produktion oder bei der Wareneingangsprüfung beim Kunden zum Einsatz.
Es gibt für die Magnetprüfung keine internationalen Normen, die Durchführung und Auswertung von Kennlinienprüfungen an Elektromagnet-Bauteilen festlegen. Die deutsche DINVDE 0580 beschreibt die üblichen Tests an diesen Bauteilen. Die Versuche umfassen auch den Isolationstest, die Messung des Spulenwiderstands und den Leitfähigkeits-Test.
Was sind elektromagnetische Aktuatoren? Prüfung Kraft-Hub Kennlinie Kraft-Strom Kennlinie Strom-Hub Kennlinie Prüfmaschinen
Was sind elektromagnetische Aktuatoren?
Elektromagnetische Aktuatoren sind Geräte, die elektrische Energie in mechanische Energie umgewandeln. Dabei fließt elektrischer Strom durch eine Erregerspule des Elektromagneten und erzeugt dadurch ein Magnetfeld. Diese Anziehungskraft wirkt auf den beweglichen Kern und setzt eine mechanische Bewegung in Gang.
Durch ihren einfachen Aufbau und ihre hohe Lebensdauer bieten elektromagnetische Aktuatoren einen breiten Lösungsraum für vielfältige technische Anforderungen. Ihr Einsatzgebiet erstreckt sich von der Automobiltechnik
und allgemeinen Maschinenbau über Hydraulik- und Pneumatik-Steuerungen, Feinwerktechnik sowie Haustechnik bis zur Medizintechnik.
Herausragende Merkmale sind eine hohe Betriebssicherheit, eine lange Lebensdauer, ein guter Wirkungsgrad sowie ein gutes Volumen/Leistungsverhältnis. Einer Vielzahl von Randbedingungen bilden die Vorgaben für die Entwicklung elektromagnetischer Aktuatoren: Kraft- und Bewegungsverhalten in Abhängigkeit vom Einsatzzweck und den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Klima, Ex-Schutz), Energiezuführung (Spannung, max. Strom) und Energieabfuhr (Abschaltenergie) sowie der zur Verfügung stehende Bauraum.
Prüfung elektromagnetischer Aktuatoren
Die Prüfung elektromagnetischer Aktuatoren findet zu unterschiedlichen Zwecken statt.
- Prüfungen in der Forschung und Entwicklung
Im Entwicklungslabor werden die auf dem Rechner simulierten Eigenschaften (Kennlinien) des elektromagnetischen Aktuators anhand von Prototypen und Musterserien verifiziert und Optimierungen durchgeführt, bis die Kennwerte des Magneten den Anforderungen entsprechen. Hier werden in der Regel auch die für die Qualitätssicherung relevanten Prüfabläufe und Kenngrößen festgelegt. - Fertigungsintegrierte 100%-Prüfung bei den Herstellern elektromagnetischer Aktuatoren
In der Produktion müssen die Qualität jedes Produktionsprozesses, jeder verbauten Baugruppe (z.B. Erregerspule) sowie die qualitätsbestimmenden Eigenschaften des Endproduktes durch standardisierte Prüfungen nachgewiesen werden. - Wareneingangsprüfung bei Kunden der Magnethersteller
Stichprobenartige Überprüfung der geforderten Kennwerte sowie Abnahme von Erstbemusterungen.
Prüfung Kraft-Hub Kennlinie (F/s)
Die Prüfung der Kraft-Hub Kennlinie (F/s) stellt sicher, dass die Magnet-Nennkraft bei einem vorgegebenen Hub und fest eingestelltem Nenn-Erregerstrom (plus oder minus der Toleranzen) erreicht wird.
Die Kraft-Hub-Kennlinie wird bei Proportional- und Schaltmagneten geprüft. Sie stellt eine Funktionsprüfung am elektromagnetischen Aktuator dar und kommt meist als Endprüfung zum Tragen. Anhand der Kennlinie lassen sich die wesentlichen Funktionsmerkmale erkennen. Die Kraft-Hub-Kennlinie gibt Aussage darüber ob der Aktuator innerhalb seines Arbeitsbereichs bei einem fest eingestellten Strom die geforderte Kraft erzeugt. Die Hysterese gibt Aussagen über Reibung, die aus der Qualität der mechanischen Teile resultiert.
Versuchsablauf
- Das Bauteil wird in die Spannvorrichtung eingelegt und elektrisch angeschlossen.
- Die Erregerspule wird mit seinem Nennstrom erregt. Der Anker bewegt sich in seine Endlage.
- Die Prüfmaschine bewegt den Prüfstempel mit der Geschwindigkeit Vv auf eine definierte Vorkraft um den Weg-Nullpunkt zu finden. Der Messkanal Hub (s) wird auf Null gesetzt und die Messwerterfassung eingeschaltet. Die Messgrößen Kraft, Hub und Zeit (optional Strom) werden aufgezeichnet.
- Anschließend wird der Anker mit einer definierten Prüfgeschwindigkeit aus seiner Endlage herausgedrückt und wieder in Endlage zurückgeführt. Ist die Option „Hubmessung“ im Prüfablauf angewählt, wird der Anker in der letzten Phase mit Schleichgeschwindigkeit bis zum hinteren Endanschlag auf Block-Kraft gefahren.
- Die Anzahl der Prüfhübe ist variabel anwählbar. Jedem Prüfhub wird ein Erregerstrom zugeordnet, der durch die Prüfsoftware testXpert automatisch oder vom Bediener manuell eingestellt wird. Entsprechende Software-Dialoge führen den Bediener.
Kennwerte im Kraft-Hub Diagramm
Bei den Referenzwerten Hub S1 bis Sn werden die Kräfte F1 bis Fn in beide Bewegungsrichtungen des Ankers ermittelt. Um die Hysterese an den Referenzwerten Hub zu erhalten, wird die Differenz der beiden auf der gleichen Hubreferenz liegenden Kräfte ermittelt. Optional können die größte Hysterese Hmax innerhalb eines vorgegebenen Bereiches sowie die Hublänge ermittelt werden.
Durch das Setzen von bis zu vier Toleranzbändern können Obergrenzen und Untergrenzen für die Magnetkraft-Kennlinie definiert werden. Dies kann z.B. als gut/schlecht-Erkennung in der Produktionskontrolle angewendet werden.
Prüfung Kraft-Strom Kennlinie (F/I)
Die Prüfung der Kraft-Strom Kennlinie stellt sicher, dass bei einem fest eingestellten Hub die erforderliche Kraft bei einem vorgegebenen Strom erreicht wird.
Die Kraft-Strom-Kennlinie wird überwiegend bei Proportionalmagneten geprüft und gibt eine Aussage darüber, ob der Aktuator in einer definierten Ankerstellung die erforderliche Kraft innerhalb eines Strombereiches erzeugt. Die Idealkennlinie ist ein linearer Zusammenhang zwischen Kraft und Strom um den Arbeitspunkt.
Versuchsablauf
- Das Bauteil wird in die Spannvorrichtung eingelegt und elektrisch angeschlossen.
- Die Erregerspule mit einem kleinen Strom erregt, so dass der Anker sich in seine Endlage bewegt.
- Die Prüfmaschine fährt mit dem Prüfstempel mit der Geschwindigkeit Vv eine definierte Vorkraft an, um den Weg-Nullpunkt zu finden. Der Messkanal Hub (s) wird auf Null gesetzt. Der Strom wir abgeschaltet.
- Die Prüfmaschine bewegt den Anker des nicht erregten Magneten in eine definierte Hubposition. Der Messwertspeicherung wird eingeschaltet. Die Messgrößen Kraft, Strom, Hub und Zeit werden aufgezeichnet.
- Der Strom wird mit einer definierten Stromzunahme-Geschwindigkeit rampenförmig bis Nennstrom erhöht und mit derselben Geschwindigkeit bis zum Strom-Nullpunkt zurückgefahren.
Kennwerte im Kraft-Strom Diagramm
Bei den Referenzwerten Strom I1 bis In werden die Kräfte F1 bis Fn in beide Bewegungsrichtungen des Stromes ermittelt. Bei Referenzwerten F1 bis Fn werden die Ströme I1 bis In ermittelt. Um die Hysterese an den Referenzwerten Strom zu erhalten, wird die Differenz der beiden auf der gleichen Stromreferenz liegenden Kräfte ermittelt.
Durch das Setzen von bis zu vier Toleranzbändern können Obergrenzen und Untergrenzen für die Magnetkraft-Kennlinie definiert werden. Dies kann z.B. als gut/schlecht-Erkennung in der Produktionskontrolle angewendet werden.
Prüfung Strom-Hub Kennlinie
Die Strom-Hub-Kennlinie wird bei Proportional- und Schaltmagneten geprüft. Der mit einem vorgegebenen Strom beaufschlagte Magnet drückt gegen eine Präzisionsfeder mit linearer Charakteristik oder gegen ein Gewicht und muss definierten Hub machen.
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Passende Prüfmaschinen für die Magnetprüfung
- Der elektromechanische Servo-Prüfzylinder eignen sich besonders für die Integration der Magnetprüfung in vollautomatische, hybride und manuelle Montagelinien als In-Line- oder End-of-Line Prüfmodule.
- Die zwickiLine (Ein-Säulen Lastrahmen) kommt als Stand-Alone-Prüfstand in der Entwicklung, sowie in manuellen oder hybriden Montagelinien zum Einsatz.
- Die AllroundLine ist ein Zwei-Säulen-Lastrahmen und wird bei großen Kräften sowohl in der Entwicklung als auch in der Produktion zur Magnetprüfung eingesetzt.
Stromregelgeräte
Zur Ansteuerung des Magneten mit einem Erregerstrom werden von ZwickRoell standardmäßig PWM- oder DC-Stromregelgeräte verwendet. Auch kundeneigene Stromregelgeräte oder Steuerkarten mit Steuerspannungseingang können in das Prüfsystem eingebunden und vom PC der Materialprüfmaschine aus angesteuert werden.
Die Ansteuerung erfolgt in der Regel über ein analoges Signal (0-10 V) welches über ein I/O-Modul ausgegeben wird. Dieses I/O-Modul kann auch Stromrampen generieren. Die Parametrierung erfolgt in der Prüfsoftware testXpert.
testXpert Prüfsoftware zur Magnetprüfung
Mit testXpert steht eine bewährte Prüfsoftware zur Verfügung, mit der es auf einfache Weise möglich ist, komplexe Versuche zur Kraft-Hub Kennlinie und Kraft-Strom Kennlinie durchzuführen. Frei und universell können vom Kunden im Prüfablauf z.B. Zykluszahl, Arbeitshub, Geschwindigkeit, Haltezeit, Blockkraft, Magnetstrom sowie Toleranzbänder als Ober- und Untergrenzen parametriert werden.
Mit der zusätzlich erweiterbaren Option „Freie Stufendefinition“ können frei parametrisierte Prüfabläufe durchgeführt werden.