Die meisten Fahrzeuge erwartet heutzutage eine Lebensdauer von mehreren hunderttausend Kilometern, die im Allgemeinen am Motor als einer der teuersten Komponenten festgemacht wird. Die übrigen Bauteile, sofern es sich nicht um typische Verschleißteile handelt, müssen sich an dieser Lebensdauer orientieren und werden von Autoherstellern und Zulieferern ebenfalls auf eine möglichst lange Laufzeit hin entwickelt. Dies reduziert einerseits den Wartungsaufwand und andererseits die Wahrscheinlichkeit für teure Folgeschäden, die schon beim Ausfall eines eher unscheinbaren Teils auftreten können. 

Hydro-Motorlager gehören zu dieser selten beachteten Gruppe. Sie verbinden Motor und Getriebe fest mit der Karosserie und dämpfen gleichzeitig Vibrationen und Motorbewegungen, damit diese sich nicht auf die Fahrgastzelle übertragen. Obwohl sie dabei Umwelteinflüssen, hohen Kräften und starken Vibrationen ausgesetzt sind, sollen sie viele Jahre lang und weit über 100.000 km Laufleistung ihren Dienst tun. Diese Aufgabe wird noch erschwert durch immer anspruchsvoller werdende Motorentechnik wie zum Beispiel die Stilllegung von Zylindern und die damit einhergehende Veränderung des Vibrationsverhaltens. Auch die Kundenanforderungen an Laufruhe und Komfort steigen zusehends und erfordern ausgefeilte Lösungen, die verschiedene Fahrzustände berücksichtigen. Aus diesem Grund hat ein führender Hersteller aus dem Bereich Automobil-Schwingungstechnik auf Prüftechnik von ZwickRoell umgesattelt.

Elektrodynamisch löst servohydraulisch ab

In Forschung und Entwicklung verwendete man bis dato eine herkömmliche, servohydraulische Prüfmaschine zur Prüfung von Hydro-Motorlagern. Angesichts der hohen Betriebs-, Wartungs- und Infrastrukturkosten suchte das Unternehmen nach einer kostengünstigeren Prüflösung. Die elektrodynamische Prüfmaschine von ZwickRoell benötigt für den Betrieb weder Hydraulik- noch Druckluftleitungen. Sie wird rein elektrisch betrieben und standardmäßig luftgekühlt – ein Kühlwasseranschluss ist nur bei Verwendung der optionalen Wasserkühlung erforderlich. Der Elektromotor nimmt nur so viel Strom auf, wie für die jeweilige Prüfaufgabe benötigt wird, was vor allem bei hohen Prüffrequenzen zu erheblichen Einsparungen führt. Zudem sind die Wartungsanforderungen minimal, da das System über ein verschleißfreies Prüfkolben- und Bremssystem verfügt. Weiteres Sparpotenzial ergibt sich durch die integrierte Umschaltfunktion, die es ermöglicht, LTM-Prüfmaschinen auch für statische Versuche zu verwenden. So lassen sich statische Zug-, Druck-, oder Biegeversuche durchführen und die Anschaffung einer zweiten Maschine vergleichbarer Leistung erübrigt sich.

Doch die Vorteile der Linearprüfmaschine sind nicht nur wirtschaftlicher Natur. Besonders viskoelastische Komponenten sind eine Herausforderung bei der Materialprüfung, da Kraft und Weg phasenverschoben sind. Die Vorgabe des OEM-Kunden an den Motorlager-Hersteller war, die viskoelastischen Eigenschaften seiner Produkte mehrstufig zu überprüfen: Einleitend eine statische Druckvorprüfung zur Definition der zulässigen statischen Steifigkeit, gefolgt von einer dreiphasigen dynamischen Prüfung bis zu 100 Hz. 

10-kHz-Regelungs- und Datenerfassungsraten

Nach vorbereitenden Tests zeigte sich, dass die Installation einer LTM 5 (5 kN Prüfkraft) den größten Mehrwert für den Kunden und die Prüfung der Motorlager bietet. Sowohl der statische als auch der dynamische Teil der Prüfanforderungen lassen sich sehr effizient erfüllen. Die Maschinen verfügen über einen Stellantrieb mit hohl ausgeführtem Aktuator, der ausreichend Platz für das Wegmesssystem bietet. So kann der Wegaufnehmer direkt auf der Kraftachse und in unmittelbarer Nähe der Probe installiert werden. Dies kommt der Prüfgenauigkeit zugute und minimiert thermische Einflüsse während den Prüfungen. Auch die wartungsfreie Kolbenbremsanlage liegt mit der Prüfachse auf einer Linie, was Ausricht- und Winkelfehler zuverlässig verhindert. Haftgleit­effekte werden durch das Linearlager der Kolbenstange minimiert, was weiter zu genauen Prüfungen beiträgt. 

In seiner Gesamtheit ermöglicht dieser Aufbau eine sehr hohe Wiederholbarkeit der Prüfpunkte und sorgt zugleich für präzise Wegmessungen des Stellantrieb-Prüfkolbens im Bereich von ± 2µm. Dies garantiert bei der Verwendung als Regelgröße in Kombination mit den 10-kHz-Regelungs- und Datenerfassungsraten genaue Messergebnisse der TestControl-II-Steuerungseinheit. Sie gehört neben der Maschine mit maßgeschneiderten Komponentengriffen und der TestXpert-R-Sequencer-Software zum gelieferten Prüfpaket von ZwickRoell.

Zyklische Prüfungen an Schwenkhebeln

Auf ganz anderem Gebiet arbeitet ThyssenKrupp Presta, Hersteller von Lenksystemen und Technologieführer auf dem Gebiet der Massivumformung. Um diese Position und die Geschäftsbereiche Forschung und Entwicklung weiter zu stärken, hat man sich für eine LTM 10 (maximale Prüfkraft von 10 kN) von ZwickRoell entschieden.
Mit der Prüfmaschine werden zyklische Tests an Schwenkhebeln durchgeführt, um nach einem vorgegebenen Prüfprofil die Steifigkeit bzw. deren Verlauf über die Prüfzeit hinweg zu ermitteln. Weiterhin wird das Setzverhalten eines Gummianschlages bestimmt. Die Vorteile der Linearmotorentechnologie kommen auch hier zum Tragen, insbesondere der anspruchslose Betrieb ohne hydraulische Infrastruktur, der minimale Wartungsaufwand und die im Vergleich zu klassischen Prüflösungen niedrigen Betriebskosten.

Für dynamische und statische Materialprüfungen geeignet

Die elektrodynamischen Prüfmaschinen der LTM-Baureihe von ZwickRoell sind vielseitig einsetzbar, anspruchslos in Sachen Infrastruktur und preiswert im Betrieb. Die Maschinen sind in Versionen von 1 bis 10 kN maximaler Prüfkraft erhältlich und decken damit einen weiten Anwendungsbereich ab, zumal sie sich sowohl für dynamische als auch statische Materialprüfungen eignen.

Autor
David Kalke, Fachjournalist, Agentur Awikom