Prüfung der Schwingfestigkeit von Werkstoffen

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Der zweistufige Versuch an einer präparierten Probe, beispielsweise CT (Compact Tension) und SEB-Proben (Single Edge Bending) nach ASTM-E399 kann effizient auf Zwick-Hochfrequenzpulsatoren und anschließend auf Zwick-Material-Prüfmaschinen durchgeführt werden. Zunächst wird ausgehend von der Kerbe ein künstlicher Riss durch eine zyklische Belastung erzeugt. Dieses sogenannte Anschwingen erfolgt aufgrund der Frequenz bis 90 Hz sehr schnell und reproduzierbar. Positiv ist, dass durch die Empfindlichkeit der Resonanzfrequenz auf Änderungen der Struktur sowohl entstehende als auch wachsende Risse frühzeitig detektiert werden können. Im zweiten Teil des Versuchs wird die Probe bis zum vollständigen Versagen belastet. Die Belastungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur Rissbene. Aus der Kraft-Verformungskurve und der Risslänge lässt sich die Bruchzähigkeit K_IC bestimmen.

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Dynamisch beansprucht

Lebensdauerversuche an Schraubverbindungen

Dynamisch beanspruchte Schrauben finden sich in vielen Komponenten und Bauteilen. Das gilt auch für Flugzeugtriebwerke und den Bereich Rennsport, bei denen ein Optimum an geringem Gewicht bei hoher Dauerbelastbarkeit angestrebt wird. Bei der Serienprüfung für die Qualitätssicherung sind Schrauben bis zu einer Million Lastwechsel ausgesetzt. Die auf dem Resonanzprinzip basierenden dynamischen Versuche mit sinusförmiger Belastung werden zur Bestimmung der Schwingfestigkeit im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich eingesetzt. Sie können sowohl kraft-, dehnungs-, als auch weggeregelt durchgeführt werden. Die Nennkraft eines Hochfrequenzpulsators variiert je nach Modell zwischen 5 und 1.000 kN, die erreichbaren Frequenzen liegen je nach Schraubenverbindung zwischen 120 und 300 Hz.

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Dauerschwingversuche

Masterprüfvorschriften für Hochfrequenzpulsatoren

Die Masterprüfvorschriften der Prüfsoftware Test Xpert von Zwick für Ein- und Mehrstufen-Dauerschwingversuche sind für Ermüdungsversuche mit Resonanzprüfmaschinen bei konstanter Belastung konzipiert. Bei einem mehrstufigen Versuch gibt es die Möglichkeit bis zehn Blöcke einzeln anzufahren und diese bei Bedarf auch unterschiedlich zu regeln – wahlweise nach Kraft, Dehnung und Weg. Zusätzlich zum Prüfablauf können Mittelkraft und dynamische Last direkt über einen Regler gesteuert werden. Die Master-Prüfvorschriften eignen sich vorwiegend für Dauerschwingversuche mit Hochfrequenzpulsatoren an metallischen Werkstoffen. Neben der grafischen Darstellung der gespeicherten Messwerte eines Versuches, werden für die einzelnen Stufen Minimal-, Maximal- und Mittelwerte der Prozessgrößen ausgegeben. Hinzu kommt eine Ergebnistabelle mit statischem und dynamischem Sollwert, den Mittelwerten von statischer Kraft und Kraftamplitude sowie der dynamischen Vorlast.

Ermüdungseigenschaften von Ketten bestimmten

Besonders effizient ist der Einsatz elektromagnetischer Hochfrequenzpulsatoren zur Bestimmung der Ermüdungseigenschaften von Ketten. Dynamisch beanspruchte Gelenkketten dienen dazu Kräfte und Bewegungen, zum Beispiel als Steuerkette in Kfz-Motoren, Antriebskette in Motorrädern oder im Maschinen- und Anlagenbau, zu übertragen. Im realen Einsatz unterliegen diese ständig periodisch schwankenden Belastungen unter schwierigen Umgebungsbedingungen. Neben der Bruchfestigkeit und der Verschleißfestigkeit werden Rollen-, Buchsen- und Bolzenketten besonders auf ihre Eigenschaften im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich geprüft. Die typischen Prüffrequenzen bei einer Kettenprüfung liegen zwischen 50 und 150 Hz, was eine kurze Prüfdauer garantiert.

Dynamische Kettenprüfungen mit elektromagnetischen Hochfrequenzpulsatoren können sowohl an Endlosketten als auch an einzelnen Kettenkomponenten (Kettenbrücken) erfolgen. Endlosketten werden entweder über das in der Anwendung vorgesehene Kettenrad oder einen speziellen Probenhalter in die Prüfmaschine integriert. Bei der Prüfung einzelner oder mehreren Kettenkomponenten erfolgt die Aufnahme im Probenhalter mit Hilfe eines Steckbolzens durch das letzte noch offene Kettenglied. Unabhängig von der Einspannung sind Prüfungen in Klimakammern und flüssigen Medien wie Ölen oder korrosiven Medien möglich. Das wird beispielsweise bei Ermüdungsprüfungen an Pleuel genutzt. Um reale Bedingungen zu simulieren, werden sie in einem Ölbad mit Temperaturen von 90 bis 120 °C und typischen Prüffrequenzen von 150 Hz getestet.

Elektromagnetische Hochfrequenzpulsatoren von Zwick zur Prüfung der Schwingfestigkeit erfüllen aufgrund ihres extrem steifen Lastrahmens, den unterschiedlichen Frequenzstufen bis 300 Hz und die Prüfsoftware Test Xpert höchste Anforderungen. Darüber hinaus bieten sie im Vergleich zu servohydraulischen Prüfmaschinen einen nahezu wartungsfreien Antrieb, geringen Energieverbrauch und eine einfache Installation.

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