Elektrische Antriebe Bei Verformungs- oder Dauerfestigkeitstests auf elektrische Systeme setzen

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Testingenieure in der Automobilindustrie benötigen Werkzeuge für viele Ermüdungs- und Festigkeitstests. Bisher waren hydraulische Testsysteme meist die Plattform der Wahl, doch elektrische Testsysteme können inzwischen mithalten.

• Bisher nutzte die Automobilindustrie für Ermüdungs- und Festigkeitstests vor allem hydraulische Testsysteme. Der Kostendruck zwingt sie, das zu überdenken.

• Deshalb prüfte VW Shanghai eine Alternative und installierte ein elektrisches Mehrachsen-Testsystem von Moog.

• Im Vergleich mit dem alten Hydrauliksystem stellte VW Shanghai fest: Das elektrische System ist genauer, kann sauberer betrieben werden und verbraucht weniger Strom.

Für Ermüdungs- und Festigkeitstests in der Automobilindustrie kommen in der Regel hydraulische Systeme zum Einsatz. Sinkende Kosten sind für die Automobilhersteller ein Wettbewerbsvorteil, sodass sie an möglichst wirtschaftlichen Lösungen interessiert sind. Die Leiter solcher Testlabore wollen zudem eine hohe Auslastung des Testsystems sicherstellen. Und bei direkten Zulieferern kann die Reduzierung (oder Eliminierung) ungeplanter Ausfallzeiten und Wartungsarbeiten dazu beitragen, den Terminplan eines OEMs einzuhalten. All diese Faktoren tragen dazu bei, dass ein Umdenken weg von der Hydraulik stattfindet, denn In den letzten Jahren wurden die elektrischen Testsysteme so weiterentwickelt, dass sie mit den hydraulischen Testsystemen mithalten können.

Ausfallzeiten durch fehlende Erfahrung mit Hydrauliksystemen

Immer mehr Testingenieure in der Automobilindustrie versuchen, von der komplexen Infrastruktur, dem höheren Wartungsbedarf und der Leckagegefahr durch hydraulische Testsysteme wegzukommen. Ob die Testsystembetreiber ihre Technologie aufrüsten oder die Kapazität erweitern möchten – sie wägen eine Reihe von Faktoren gegeneinander ab – zum Beispiel die mit Hydrauliksystemen einhergehenden umständlichen Abläufe oder Sicherheitsbedenken. Einige Testlabore und Automobilhersteller stellen fest, dass sich jüngere Beschäftigte mit den Anforderungen und dem Wartungsbedarf hydraulischer Testplattformen eher schwertun. Manchen Bedienern fehlt die praktische Erfahrung mit Hydrauliksystemen; diese Unerfahrenheit kann zu längeren Ausfallzeiten führen.

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Testleiter möchten zum Beispiel sicher sein, dass ihre Systeme zuverlässig die zyklische Belastung eines Testobjekts generieren können. Vor Kurzem fing VW Shanghai an, die Kosten seiner in die Jahre gekommenen hydraulischen Testsysteme zu hinterfragen, nachdem der Wartungsaufwand für den komplexen Kühlturm sowie für Filter, Dichtungen und spezielle Pumpen immer mehr zunahm.

Günstiger und sauberer mit einem elektrischen System

Bei VW Shanghai stützten sich die Testingenieure auf hydraulische Testsysteme zur Überprüfung der Festigkeit von Sitzbaugruppen. Doch nach der Installation eines elektrischen Mehrachsen-Testsystems (EMATS) verglich VW Shanghai die Testergebnisse mit seinem alten Hydrauliksystem und stellte fest: Die Feedback-Kennlinie verlief im Fall des elektrischen Systems glatter und insbesondere die Genauigkeit der Positionsrückmeldung war mit ±0,05 mm höher; das Hydrauliksystem wies nur eine Genauigkeit von ±1,00 mm auf.

Das elektrischen Mehrachsen-Testsystem ist eine Plug-and-play-Technologieplattform, die kein Hydrauliköl benötigt und nur dann Energie verbraucht, wenn ein Labor einen Test durchführen möchte. Es ist also günstiger und kann sauberer betrieben werden als Hydrauliksysteme. Mit dem installierten EMATS verfügt VW Shanghai nun über leckagefreie elektrische Aktuatoren mit Servomotoren, die gegenüber ähnlich dimensionierten, langsamer reagierenden hydraulischen Konstruktionen eine verbesserte Antriebsleistung bieten.

Niedrigere Gesamtbetriebskosten als das veraltete Hydrauliksystem

Bei einer typischen Lebensdauer von mehr als zehn Jahren sind die Gesamtbetriebskosten eines EMATS niedriger als die Kosten für den Betrieb eines veralteten Hydrauliksystems. Bei hydraulischen Testsystemen müssen Pumpe und Kühler für die Kühlung des Hydrauliköls permanent mit Energie versorgt werden. Ein EMATS verbraucht nur dann Strom, wenn der Laborleiter an einer Sitzlehne, einem Querlenker oder einem anderen Fahrzeugteil einen Ermüdungstest durchführt. Zudem ist der Stromverbrauch erheblich niedriger. Als Vergleichsmaßstab können für die Luftfahrtindustrie entwickelte Simulations- und Testsysteme dienen, bei denen Verbräuche festgestellt wurden, die 80 % unter denen vergleichbarer Hydraulikplattformen liegen.

Neben Zuverlässigkeit fordern Laborleiter auch Flexibilität, um Testpläne einhalten und die Rentabilität maximieren zu können. Der Aufwand für die Einrichtung eines Sitzlehnentests mit einem hydraulischen Prüfstand ist hoch. Aktuatoren drücken auf die Vorderseite des Sitzes, weitere Aktuatoren müssen dann noch für die Seitenteile und die Rückenlehne konfiguriert werden. Bei einem typischen Hydrauliksystem konfiguriert und dreht ein Testingenieur die Geräte und trennt und versetzt Schläuche, wobei Hydraulikflüssigkeit auf das Testobjekt tropfen kann.

Alternative zu klassischen hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren

Bei VW Shanghai kann der Laborleiter mit dem EMATS ein Bauteil testen, indem er ein bewegliches Gestell mit einem Echtzeit-Controller, abgedichteten Servomotoren und Aktuatoren aufbaut – und das alles bei einem Platzbedarf von weniger als fünf Kubikmetern. Um die elektrischen Aktuatoren neu zu konfigurieren, muss er sie nur abziehen und in einer anderen Position am Testobjekt wieder anbringen, was etwa zwei bis drei Stunden in Anspruch nimmt. Ein im EMATS eingebauter Encoder ermöglicht den Testingenieuren präzise Positionsregelungen oder die Durchführung eines Tests durch die Schaltung in den Kraftregelungsmodus und die Regelung sehr kleiner bis großer Kräfte mit großer Präzision und hoher Wiederholgenauigkeit.

Das System mit einem oder mehreren elektromechanischen Aktuatoren stellt eine Alternative zu klassischen hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren dar. Es verfügt über einen passenden Schaltschrank für die Motorsteuerung und einen Echtzeit-Test-Controller. Errichtet ein Unternehmen eine neue Anlage, für die eine Pumpe inklusive der Infrastruktur beschafft werden müsste, ist die elektrische Variante die kostengünstigere Lösung. Wenn ein Labor oder eine Testeinrichtung bereits über eine hydraulische Infrastruktur verfügt, wird sich die Einführung eines EMATS über das elektrische System bezahlt machen, weil es nur dann Strom verbraucht, wenn ein Test durchgeführt wird. So amortisiert sich die Investition.

* Craig Lukomski ist Engineering Manager bei der Moog Inc. in South Lyon (USA). Weitere Informationen: Moog BV in 2153 PJ Nieuw-Vennep (Niederlande), Tel. (00 31-252) 46 20 00, info.thenetherlands@moog.com

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