WICHTIGKEIT DER DYNAMISCHEN ERMÜDUNGSPRÜFUNG AN FEDERN

26 Jul WICHTIGKEIT DER DYNAMISCHEN ERMÜDUNGSPRÜFUNG AN FEDERN

DIE EIGENTLICHE HERAUSFORDERUNG:

Ausgehend von der Annahme, dass Federn aus physikalischer Sicht sehr spezielle und komplexe Bauteile sind, haben wir mehrere gezielte Untersuchungen durchgeführt, die den Einfluss von äußeren Kräften, die auf sie wirken können, sowohl im statischen als auch im dynamischen Modus betreffen.

Federn zeigen durch ihr Verhalten und insbesondere bei ihrer Anwendung die eigenartige Fähigkeit wiederholte elastische Verformungen zu widerstehen, deren Einwirkung vorübergehend ihre konstruktive Dimension ändern.

Die Federn müssen auch in der Lage sein, große Mengen an elastischer Energie aufzunehmen, die wieder abgegeben werden muss, wenn die äußere Kraft nicht mehr anliegt.

Vor allem aus diesem Grund ist die Untersuchung ihres Verhaltens, wenn die Federn einer oder mehreren äußeren Kräften ausgesetzt sind, von entscheidender Bedeutung.

Die Fragen, die wir uns gestellt haben, sind vielfältig und resultieren aus einer Kombination von technischen Überlegungen, die jedoch mit den kommerziellen Erfordernissen, die der Markt den Federherstellern auferlegt, verbunden sind;

Die heutige eigentliche Herausforderung ist: „Die beste Feder zum besten Preis herstellen“, weshalb sich tagtäglich die Federhersteller mit folgenden Fragen auseinandersetzen müssen:

  • Wie kann man die korrekte Funktion einer Feder beurteilen, bevor sie eingesetzt wird?
  • Wie kann man sicher sein, dass eine bestimmte Feder wirklich die Lebensdauer haben wird, für die sie ausgelegt wurde?

Die Einsatzgebiete der Federn sind äußerst umfangreich und variabel. Eines der typischen Beispiele für sehr schwere Einsatzbedingungen sind die in den Ventilen von Verbrennungsmotoren eingesetzten Federn, bei denen die Federn nicht nur Millionen und Abermillionen von Zyklen aushalten, sondern auch hohen Temperaturen standhalten müssen, was zum sogenannten „Tempering“-Phänomen führen kann.

Um diese sehr hohen mechanischen Leistungen der korrekten Durchbiegung und der kontinuierlichen Beständigkeit von Zyklen mit sehr hohen Einheitslasten zu erreichen, muss der Federhersteller besonders legierte Stähle mit Vanadium, Silizium und anderen Legierungselementen verwenden, um die so genannten Stähle mit hoher Streckgrenze zu erhalten, ohne dabei die Bedeutung einer korrekten Wärmebehandlung zu vergessen, die auf die Erhöhung der Härte und der Streckgrenze abzielt.

Trotz der von den Kunden aufgrund der hohen mechanischen Anforderungen geforderten hohen Qualität müssen die Federn in kurzer Zeit und zu geringen Kosten produziert werden. Diese Schwierigkeiten machen die „Federkomponente“ zu einem äußerst empfindlichen Element.

Infolgedessen wird die Qualitätskontrolle der Federn entscheidend, um dem Kunden ein Produkt zu garantieren, das seine Bedürfnisse zu 100 % erfüllt, wobei versucht wird, mögliche Fehlfunktionen des Endprodukts, das vermarktet und im täglichen Leben verwendet wird, zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren.

 

VORTEILE DER DYNAMISCHEN ERMÜDUNGSPRÜFUNG AN FEDERN
Easydur ist seit mehr als 35 Jahren auf den Bau von Messmaschinen spezialisiert und verfügt über eine große Erfahrung m Bereich der mechanischen Tests an Federn aller Art. Aufgrund dieses Know-hows sind wir der Meinung, dass es heute mehr denn je unerlässlich ist, zyklische Tests von langer Dauer (Ermüdung) durchzuführen, um das Verhalten der Feder in ihrem „Lebenszyklus“ zu simulieren.

Dynamische Ermüdungstests an Federn werden oft unterschätzt und als praktisch zerstörerischer Test aufgefasst, da die meisten Prüfmaschinen, die für diese Art von Tests verwendet werden, mechanische Geräte mit sehr geringem technologischem Gehalt, ohne Kraftmesszellen und Steuerungssoftware. (die sogenannten „Pleustangen-“Maschinen) sind.

Diese Maschinen haben das Ziel, mehrere Federn des gleichen Typs zu belasten, bis es zum Bruch einer oder mehrerer von ihnen kommt, wobei nur die Anzahl der „Schläge“ ermittelt wird, die zum Bruch einer Feder geführt haben. Es ist nicht möglich, Lasten einzustellen, und vor allem ist es nicht möglich, das Moment des Lastabfalls während der Zyklen zu identifizieren.

Die Identifizierung der Relaxation und des daraus resultierenden Verlusts der elastischen Eigenschaften der Federn erweist sich als eine wichtige Zeitersparnis und ermöglicht es tatsächlich, die Federn auf korrekte Weise zu charakterisieren.

Daraus ergibt sich die Frage: Warum bis zum Bruch warten, wenn man durch die Erkennung von Relaxation viel schneller ans Ziel kommen kann?

Während des letzten Jahres haben wir mehrere Maschinen verkauft, die speziell entwickelt wurden, um unseren Kunden die Durchführung von dynamischen Ermüdungstests zu ermöglichen, gesteuert durch unsere spezielle Software „EasyDynamics“, mit der der Lebenszyklus der getesteten Federn schnell, korrekt und effektiv simuliert werden kann, was die Forschung und Entwicklung neuer Produktionslösungen erleichtert.

Es ist wichtig, graphische Darstellungen in Abhängigkeit von verschiedenen physikalischen Größen (Kraft, Position, Zeit, Geschwindigkeit, Temperatur usw.) erstellen zu können.

Graphische Darstellung Kraft – Position

Graphische Darstellung Kraft – Zeit

Sie können das Sinuskurvendiagramm abfragen und seine interessanten Punkte untersuchen, zusätzlich zur Einstellung von Testparametern wie z. B.:

Hub, Geschwindigkeit, Kraft und Frequenz; Hub, Geschwindigkeit, Kraft und Frequenz;
Diese technischen Eigenschaften sind nun der vorherrschende Faktor für eine genaue und gründliche Analyse der Simulation des Lebenszyklus der Feder vor ihrem Bruch.

 

Beispiel einer elektromechanischen Maschine, für dynamische Ermüdungstests und statische Tests, mit Mehrzellensystem und einen Endanschlag von 50 kN.

In der Regel ist dieser Maschinentyp mehrkanalig ausgestattet, mit der Möglichkeit, ihn mit mehreren Wägezellen und zusätzlichen Kanälen auszustatten, um die Signale von externen Sensoren erfassen können.

Multikanal graphische Darstellung Kraft – Position

Multi-size Graph Achsen

In Anbetracht der Tatsache, dass ein „zyklischer Dauertest“ normalerweise viel Zeit in Anspruch nimmt, ist es auch notwendig, die Möglichkeit zu haben, die Zeiten und Frequenzen der Datenerfassung zu wählen.

Nicht zuletzt ist es durchaus möglich, die Maschine mit Klimakammern für „Heißtests“ oder „Kryogel-Tests“ oder Kammern mit Kochsalznebel für Tests mit aggressiven Mitteln auszustatten.

Wir möchten betonen, dass eine Maschine, die für diese Art von Tests geeignet ist, die Aufmerksamkeit auf die Energieeinsparung nicht vernachlässigen kann, und daher Systeme zur Rückgewinnung von kinetischer Energie und elastischer potentieller Energie verwendet.

Als wir auf die Bedürfnisse mehrerer Federhersteller hörten, wurde klar, dass ein solches Werkzeug vor allem dazu beigetragen hätte, neue Experimente und neue Projekte zu starten, insbesondere bei der Herstellung einer Reihe neuer Federn und zudem neue und billigere Materialien sowie Wärmebehandlungsverfahren zu untersuchen. Dies würde den Federherstellern gestatten, Federn zuverlässig und zu geringeren Kosten mit konsequentem kommerziellem Erfolg herzustellen.
Warum sollte man dann nicht auch mit demselben Gerät, derselben Genauigkeit und denselben Zielen wie bei klassischen „Belastungsversuche“,  statische Prüfungen durchführen können?

Diese Art der dynamischen Charakterisierung wird nicht nur für Druckfedern, sondern auch für Zug- und Torsionsfedern empfohlen.
Unser Ziel ist es, innovative Lösungen zu entwickeln, die nicht nur auf die traditionellen Qualitätskontrollen abzielen, sondern auf die wirklichen Probleme der Federhersteller hören und ihnen helfen, die Produktionszeiten zu optimieren und das Hauptziel einer „MANGELFREIEN“ Produktion zu erreichen.