Torsionsprüfmaschinen von Zwick

Drehwinkel effizient prüfen

Torsionsprüfungen an Bauteilen zählen neben Zug- und Druckprüfungen zu den häufigsten produktionsbegleitenden Qualitätskontrollen in der Automobilindustrie. Typische Anwendungsbeispiele sind Nockenwellen und Lenkwellen Zwick bietet hierzu sowohl reine Torsionsprüfmaschinen als auch kombinierte Lösungen an, die eine gleichzeitige Belastung durch Torsion, Zug- oder Druck ermöglichen. Die Messung des Drehwinkels erfolgt berührungslos und effizient mit dem Laser-Extensometer.

Bauteile in Maschinen sind nicht nur Zug- und Druckbelastungen sondern bei rotierenden Bewegungen auch einer Torsion ausgesetzt. In fast allen Branchen der Industrie setzt man daher Prüfmaschinen ein, um eine präzise Messung des entstehenden Drehwinkels an Bauteilen durchzuführen. Das ist beispielsweise bei der Prüfung von Nockenwellen der Fall, die Ein- und Auslassventile des Motors nach vorgegebenen Steuerzeiten öffnen. Sie müssen dauerhaft hohen Torsionen standhalten. Ein Großteil der Nockenwellen wird in einem Stück hergestellt und besteht aus Gusseisen, seltener auch aus Stahl. Mittlerweile gewinnt die gebaute Nockenwelle, die aus mehreren Komponenten besteht, aufgrund der Gewichtseinsparung von 30 bis 40 Prozent und des geringeren Fertigungsaufwands durch das Fügen zunehmend an Bedeutung. In der Qualitätssicherung werden unter anderem die Drehmomente bestimmt, bei denen sich einzelne Komponenten der gebauten Nockenwelle ablösen. Zentrale Parameter in Torsionsmessungen sind Drehwinkel und -moment, Auflösung sowie Wiederholgenauigkeit.

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Thyssen Krupp Presta Camshafts stellt am deutschen Standort in Ilsenburg pro Jahr über 25 Millionen Nockenwellen für PKW- und LKW-Motoren her. Zur produktionsbegleitenden Qualitätskontrolle setzt das Unternehmen eine Torsionsprüfmaschine der Baureihe Torsion Line TL von Zwick in Ulm ein. Das Unternehmen ist weltweit führender Anbieter von Prüfmaschinen für die Werkstoffprüfung. Die Reihe der Torsionsprüfmaschinen mit horizontaler Prüfachse und einem wartungsfreiem AC-Antrieb ermöglicht je nach Ausführung Drehmomentbelastungen bis 20, 200, 500, 1.000 und 2.000 Nm. Das Höchstmaß an Steifigkeit und die hohe Winkelauflösung des Antriebs mit 0,92 Winkelsekunden/Digit bei 500 Nm gewährleisten eine präzise Messung des Drehwinkels über den gesamten Drehmomentbereich. Optional lassen sich mit einer zusätzlichen statischen Gewichtseinheit auch Axialkräfte zur Prüfung der Fügungen einleiten.

Besonderes Merkmal der Torsionsprüfung ist die berührungslose Drehwinkelmessung mit dem Laser-Extensometer Laser Xtens aus dem Produktportfolio der Ulmer. Er besteht aus Messköpfen mit digitalen Kameras und Laserlichtquellen. Zur Messung wird das Bauteil mit einem Laser beleuchtet, wodurch ein Speckle-Muster an der Probenoberfläche entsteht. Verdreht sich die Probe unter der Belastung, verschieben sich auch die virtuellen Messmarken. Durch die Auswertung von zwei aufeinander folgenden Bildern berechnet der Extensometer den Drehwinkel. Auf diese Weise lassen sich auch Informationen über elastische und plastische Verformungen einzelner Komponenten gewinnen. Der Laser-Extensometer eignet sich auch für die Nachrüstung bestehender Maschinen. So wurde eine am Standort Ilsenburg bereits seit einigen Jahren genutzte Torsionsprüfmaschine TL500 mit einem Laser Xtens erweitert.

Geschwindigkeit: 0,001 - 3.000 Millimeter / Minute

Eine weitere Möglichkeit, den entstehenden Drehwinkel an Bauteilen effizient und präzise zu messen, ist die Integration eines Torsionsantriebs in eine bestehende Prüfmaschine. Auch hier bietet Zwick mit Tisch- und Standprüfmaschinen für Drehmomente von 2 bis 200 Nm, beziehungsweise 100 bis 2.000 Nm effiziente Lösungen an. Der in eine Zwicki Line-Materialprüfmaschine integrierbare Torsionsantrieb für ein Drehmoment von 2 bis 20 kN ist für die ein- und zweiachsige Torsionsprüfung von Bauteilen ausgelegt. Das ermöglicht Prüfabläufe mit gleichzeitiger Belastung durch Torsion und Zug- oder Druckkräfte. Der Torsionsantrieb, der sich aufgrund der modularen Bauweise auch jederzeit nachrüsten lässt, ist standardmäßig auf der Fahrtraverse integriert. Beide Prüfachsen werden über die Prüfsoftware Test Xpert II synchronisiert.

Diese kombinierte Lösung mit einer Zwicki Line-Materialprüfmaschine wird bei ZF Nacam zur Stichprobenprüfung während der Produktion erfolgreich eingesetzt. Das Unternehmen ist einer der weltweit größten Anbieter für Lenksysteme und -wellen im Automotive Bereich. Die Lenkwelle ist das zentrale Bindeglied zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe. Bei der Prüfung von Lenkwellen geht es unter anderem um die Größe des Stick Slip Effekts, also das ruckartige Gleiten von berührenden und gegeneinander bewegten Komponenten. So muss zunächst eine bestimmte Losbrechkraft überwunden werden, die dann in die notwendige Kraft für das Verschieben übergeht. Durch die Messungen können steigende Werte frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.

Zwicki Line-Prüfmaschinen sind für Prüfkräfte von 500 N bis 5 kN und Prüfraumhöhen von 789 bis 1589 mm verfügbar. Die Prüfgeschwindigkeiten reichen je nach Ausführung von 0,001 bis 3.000 mm/min und sind unabhängig von der Prüfkraft. Bei der Regelart kann der Anwender zwischen Lage, Kraft und Dehnung auswählen. Die Zwicki Line mit Torsionsantrieb wird genau wie die Torsion Line mit handelsüblichen Standard-PCs oder einem Notebooks betrieben und benötigt keine spezielle Zusatzkarte. Bei allen Maschinen wird der Anwender während der Messung von der Mess-, Steuer- und Regelelektronik Test Control und der Prüfsoftware Test Xpert II unterstützt.

Beide Prüfmaschinenreihen bauen auf Standard-Lastrahmen auf. Dadurch lassen sich die Maschinen mit allen verfügbaren Standard-Werkzeugen und Software-Modulen nutzen. Hinzu kommt ein umfangreiches optionales Zubehörprogramm. jg

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