Antriebe für Materialprüfmaschinen

Antriebe für Materialprüfmaschinen

Allgemeines

Der Antrieb einer Materialprüfmaschine für die Werkstoff-, Bauteil- und Funktionsprüfung gehört neben

• der Beanspruchungseinrichtung (Lastrahmen)
• der Prüfkörperhalterung
• dem Mess-, Steuer- und Regelsystem und
• der Auswerteeinheit (PC und Prüfsoftware)

zu den wichtigsten Funktionsgruppen, die in gegenseitiger Beeinflussung die Qualität und die Anwendungsbreite einer Universalprüfmaschine bestimmen.

Man unterscheidet folgende Antriebsarten:

• elektromechanischer Antrieb
• servohydraulischer Antrieb
• elektrodynamischer Antrieb
• pneumatischer Antrieb
• Hybridantrieb (z.B. Kombination aus elektro-mechanisch und servohydraulisch)

Literaturhinweis:

• Dripke, M., Michalzik, G., Bloching, H., Fahrenholz, H.: Mechanische Prüfverfahren und Kenngrößen – kompakt und verständlich. Band 1: Der Zugversuch bei quasistatischer Beanspruchung. Castell-Verlag GmbH, Wuppertal (2002) S. 57 (ISBN 3-934255-50-7) (siehe AMK-Büchersammlung unter C 14)

Elektromechanischer Antrieb

Ein elektromechanischer Antrieb ist eine der möglichen Antriebsarten für Universalprüfmaschinen bei quasistatischer Beanspruchung. In hohen Prüfkraftbereichen (bis 600 kN) dominiert der elektro-mechanische Antrieb. Hier werden praktisch verschleißfreie bürstenlose Drehstrom-Regelantriebe, digitale Regelsysteme und reibungsarme Kugelgewindeantriebe eingesetzt. Ein elektromechanischer Antrieb ermöglicht stufenlos einstellbare und exakt reproduzierbare Prüfgeschwindigkeiten von 0 bis auf Höchstgeschwindigkeit. Auch die Beschleunigung ist einstellbar. Schaltgetriebe und Kupplungen sind hier nicht mehr erforderlich. Für kleinere Prüfgeschwindigkeiten werden auch kostengünstige Gleichstromantriebe angeboten.
Elektro-mechanische Antriebe gewährleisten eine sehr genaue und überschwingfreie Positionierung der beweglichen Traverse.

Die Dynamik eines elektromotorischen Antriebes wird wesentlich von seiner Massenträgheit bestimmt, die aber bei gleicher Bauart überproportional zur Antriebsleistung ansteigt. Die Dynamik nimmt deshalb bei „großen“ Motoren ab. Gleichzeitig verringert sich die Qualität der Antriebsregelung. Bei Prüfkräften über 600 kN beginnt der Einsatz von Kugelgewindetrieben und -lagern problematisch zu werden. Für größere Prüfkräfte werden dann servohydraulische Antriebe oder Hybridantriebe eingesetzt.

Literaturhinweis

• Dripke, M., Michalzik, G., Bloching, H., Fahrenholz, Mechanische Prüfverfahren und Kenngrößen – kompakt und verständlich, Band 1: Der Zugversuch bei quasistati-scher Beanspruchung, Castell-Verlag GmbH, Wuppertal 2002, S. 57-58

Servohydraulischer Antrieb

Der servo-hydraulische Antrieb für eine Materialprüfmaschine ist meist zentral mit der unteren oder auch oberen Festtraverse verbunden (siehe Bild).

Bild:

Beanspruchungseinrichtung von Materialprüfmaschinen mit servo-hydraulischem (rechts) und elektro-mechanischem Antrieb (links)

Ein Servoventil regelt den Ölfluss zwischen dem Hydraulikaggregat und dem Differenzialzylinder. Das Ölpolster im oberen Druckraum verhindert den „Kolbensprung“ bei plötzlicher Entlastung nach dem Bruch eines Prüfkörpers.

Literaturhinweis

• Dripke, M., Michalzik, G., Bloching, H., Fahrenholz, Mechanische Prüfverfahren und Kenngrößen – kompakt und verständlich, Band 1: Der Zugversuch bei quasistatischer Beanspruchung, Castell-Verlag GmbH, Wuppertal 2002, S. 55 und 58

Hybridantrieb

Ein Hybridantrieb kombiniert die hohe Präzision des elektro-mechanischen Antriebs mit der großen Kraftdichte und Dynamik des servo-hydraulischen Antriebes. Dieser Antrieb wurde von der Fa. Zwick GmbH & Co, Ulm patentiert. Damit können auch Zylinder mit großen Hüben und für sehr große Kräfte hochgenau bewegt und positioniert werden. Nach diesem Prinzip werden zwei parallel angeordnete, mit der Fahrtraverse gekoppelte Gleichgangzylinder unabhängig von ihrer jeweiligen Belastung exakt synchron bewegt. Dabei folgen sie präzise und praktisch verzögerungsfrei der Positionsvorgabe eines kleinen elektro-mechanischen Pilotantriebs. Die feststehenden Kolbenstangen sind zugleich Trag- und Führungssäulen des Lastrahmens. Weitere Merkmale sind der große Prüfhub (keine Verstellung der Festtraverse erforderlich) bei einer vergleichsweise kleinen Bauhöhe des Lastrahmens.

Literaturhinweis

• Dripke, M., Michalzik, G., Bloching, H., Fahrenholz, H., Mechanische Prüfverfahren und Kenngrößen – kompakt und verständlich, Band 1: Der Zugversuch bei quasistati-scher Beanspruchung, Castell-Verlag GmbH, Wuppertal 2002, S. 58