Dynamiczne badanie materiałów: Który napęd spełnia moje wymagania?
Niezależnie od tego, czy jest to śruba, sztuczny staw biodrowy czy element pojazdu – komponenty i materiały muszą wytrzymywać obciążenia dynamiczne przez cały okres użytkowania. Kluczowe pytanie brzmi: Jak długo materiał może wytrzymać naprężenia zanim ulegnie uszkodzeniu? Właśnie tutaj do gry wchodzą badania zmęczenia dynamicznego. Jednak nie każda maszyna badawcza jest taka sama – występują między nimi istotne różnice, zwłaszcza w układzie napędowym, które wpływają nie tylko na wyniki badań, ale także na koszty eksploatacji i nakłady na konserwację.
Serwohydraulika Film Wytrzymałość na pękanie Systemy rezonansowe Film Badanie zmęczeniowe Silnik liniowy Elektromechanika Skręcanie Tabela porównawcza Oprogramowanie badawcze Film testXpert R Zapraszamy do kontaktu
Serwohydraulika: Klasyka dla najwyższych wymagań
Serwohydrauliczne maszyny badawcze są uważane za standard, jeśli chodzi o maksymalne siły, wysoką elastyczność i wszechstronność zadań badawczych. Działają one przy pomocy cylindrów hydraulicznych sterowanych przez precyzyjne serwozawory. Szczególnie w przypadku badań Low-Cycle-Fatigue (LCF), badań mechaniki pękania lub zastosowań o wysokiej dynamice, takich jak szybkie badania wytrzymałości na rozrywanie i przebicie (np. zgodnie z ISO 6603-2 lub ASTM D3763), hydraulika jest często jedyną alternatywą.
Ale ten Power ma swoją cenę: Stałe dostarczanie ciśnienia do agregatów hydraulicznych jest energochłonne. Nakład pracy związany z konserwacją jest stosunkowo wysoki ze względu na konieczność wymiany oleju i filtrów, a także regularnej wymiany węży. Nie należy również lekceważyć poziomu hałasu. Jednakże przy prawidłowej konserwacji maszyny serwohydrauliczne zapewniają spójne wyniki przez wiele lat, nawet przy siłach przekraczających 2000 kN.
Systemy rezonansowe: Efektywność energetyczna spełnia wysokie wymagania częstotliwościowe
Jeśli chodzi o wytrzymałość zmęczeniową i High-Cycle-Fatigue (HCF), urządzenia do badań rezonansowych, takie jak Vibrophore stanowią interesującą alternatywę. W odróżnieniu od układów serwohydraulicznych, częstotliwość drgań własnych badanej próbki wzbudzana jest za pomocą układu mechanicznego. Dzięki temu uzyskuje się pożądane wibracje przy minimalnym nakładzie energii. W rzeczywistości zużycie energii przez układy rezonansowe wynosi zaledwie około dwóch procent w porównaniu do maszyn hydraulicznych. Wymagania konserwacyjne są również niewielkie: nie ma hydrauliki, chłodzenia, ruchomych zaworów – a wszystko to przy siłach do 1000 kN.
Normatywnie maszyny rezonansowe są szczególnie dobrze przystosowane do badań Wöhlera zgodnie z normą DIN 50100, mechaniki pękania zgodnie z normą ASTM E399 lub ISO 12106 . W połączeniu z zaciskaniem mechanicznym umożliwiają one nawet przeprowadzanie badań statycznych. Jeśli więc chcesz regularnie badać duże ilości pod stałym obciążeniem, Vibrophore jest na dłuższą metę znacznie bardziej opłacalnym rozwiązaniem.
Elektrodynamika z silnikiem liniowym: Cichy, precyzyjny, bezolejowy
W środowiskach wrażliwych – takich jak przemysł medyczny czy elektroniczny – kluczowymi kryteriami są generowanie hałasu i brak zanieczyszczeń olejem. W tym miejscu sprawdzają się maszyny do badań elektrodynamicznych z silnikami liniowymi (np. seria LTMfirmy ZwickRoell). Są ciche (LTM 1/2/3 ok. 46 dB(A) w odległości 1 m), nie wymagają zasilania mediami i nie wymagają częstej konserwacji. Jednocześnie umożliwiają precyzyjną kontrolę nawet przy mniejszych siłach do 10 kN i częstotliwościach powyżej 100 Hz.
Są one szczególnie istotne przy testowaniu implantów zgodnie z normami ISO 14801, ASTM F1717 lub ISO 7206, czyli w przypadku produktów, które muszą być badane zarówno dynamicznie, jak i statycznie. Zalety szybkiej i precyzyjnej reakcji technologii silników liniowych są widoczne również w przypadku nowych materiałów, takich jak biokompozyty czy tworzywa sztuczne.
Elektromechaniczny cylinder badawczy: Złoty środek
Oprócz wysokowydajnych układów hydraulicznych i czułych silników elektrycznych firma ZwickRoell oferuje również elektromechaniczne siłowniki badawcze, które łączą w sobie elastyczność i energooszczędność. Systemy te są szczególnie interesujące, gdy wymagane są średnie siły (od 1 do 100 kN), na przykład przy badaniu pianek siedzeń lub materiałów kompozytowych. Systemy elektromechaniczne można integrować modułowo, nie wymagają one zasilania mediami i generują minimalne koszty konserwacji.
Nie zapomnij o skręcaniu
Nie każde obciążenie jest liniowe. Systemy skrętne są stosowane przede wszystkim w przypadku implantów lub elementów poddawanych obciążeniom skrętnym. Również w tym przypadku ZwickRoell oferuje rozwiązania hydrauliczne i elektrodynamiczne. Systemy skrętne LTM idealnie nadają się do mniejszych momentów obrotowych (np. 10–100 Nm), natomiast warianty serwohydrauliczne oferują momenty do 2500 Nm – w zależności od zastosowania i wymagań norm.
Bezpośrednie porównanie
Aby ułatwić Państwu podjęcie decyzji, przedstawiamy krótki przegląd najważniejszych funkcji:
 Rezonans (Vibrophore) |
| |||
|---|---|---|---|---|
| Zakres siły / Częstotliwość | 10 – 2500 kN do 100 Hz | do 1000 kN do 285 Hz | 1 – 10 kN do 100 (120)Hz | 1 – 100 kN ok. 1 Hz |
| Skręcanie | Do 2500 Nm | ./. | Do 100 Nm | ./. |
| Suw | Do 400 mm | Do 6 mm | Do 60 mm | Do 400 mm |
| Typowe normy | ISO 12106, ASTM E606 | DIN 50100, ASTM E466 | ISO 14801, ASTM F1717 | wszechstronny |
| Zastosowania | LCF, Zniszczenie, Szybkie testy | HCF, Wytrzymałość zmęczeniowa | Komponenty, folie, implanty | Kompozyt, pianka |
| Koszty eksploatacyjne | wysokie (olej, konserwacja, energia) | bardzo niskie | mała ilość | mała ilość |
Właściwe oprogramowanie badawcze – testXpert R
Typowymi obszarami zastosowań oprogramowania badawczego testXpert R są badania zmęczeniowe i wyznaczanie dynamicznych parametrów materiałów. Istnieją standardowe programy badania dla wielu zastosowań, takich jak mechanika pękania, LCF, badanie śrub lub biomechanika, ale istnieją również proste programy dotyczące testów zmęczeniowych i graficzny edytor bloków do własnej definicji testu.
Wniosek
Wybór właściwego napędu to coś więcej niż decyzja techniczna – ma on wpływ na koszty eksploatacji, dokładność badawcza, efektywność energetyczną i ostatecznie na konkurencyjność. Każdy, kto chce przeprowadzić długoterminową kontrolę ekonomiczną swojego pojazdu, nie może uniknąć gruntownej analizy technologii napędowej. ZwickRoell oferuje odpowiednie rozwiązanie dla każdego zastosowania – od wydajnej hydrauliki po ciche silniki liniowe.
