Prüfungen an Federn

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Federn sind eines der wichtigsten klassische Konstruktionselemente und dienen der Energiespeicherung und Energieumformung. Hierbei werden die elastischen Eigenschaften der Werkstoffe genutzt. Ohne Federn – ganz gleich in welcher Bauform, würde kein mechanisches oder mechatronisches System funktionieren. Hauptaufgaben technischer Federn sind:

  • Absorbieren von Stößen und Schwingungen
  • Verteilen und Ausgleichen von Kräften
  • Einhalten einer Vorspannung
  • Einhalten einer bestimmten Lage oder Stellung
  • Messen und Regeln von Kräften und Momenten

Zwick bietet spezielle Lösungen für die unterschiedlichsten Federsysteme an.


Einaxiale Prüfung von Schrauben-Druckfedern

Der rasante technische Fortschritt führt zu erheblich gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit und Dauerfestigkeit von Federn und als logische Konsequenz daraus zu erhöhten Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit aufgrund immer kleiner werdender Maß-, Form und Lagetoleranzen. In gleichem Maße steigen auch die Anforderungen an die Prüftechnik.

Die PrecisionLine Baureihe erfüllt in idealem Maße die gestiegenen Anforderungen, die an Präzisions-Federprüfmaschinen der neuesten Generation gestellt werden: Höchste Genauigkeit und Wiederholpräzision. Sie wurde für die Prüfung von Federn mit sehr kleinen Toleranzen entwickelt, wie sie in vielen mechatronischen Baugruppen und Funktionseinheiten für die Automobilindustrie verbaut werden. Bei der Entwicklung dieser Baureihe wurden alle Fehlereinflüsse berücksichtigt.

Die wichtigsten Merkmale:

  • Die Krafteinleitung erfolgt in der Mittenachse des Prüfraumes, es liegen keine Führungen im Kraftfluss 
  • Die Maßverkörperung (berührungsloses inkrementales Mess-System) liegt in einer Flucht mit der Messstrecke
  • Die Verformung des Kraftaufnehmers wird mechanisch kompensiert.

Die zwickiLine (Einsäulen-Prüfmaschine) und testControl Elektronik, kann in Verbindung mit der Präzisionsfeder-Druckvorrichtung ideal als Präzisions-Federprüfmaschine eingesetzt werden. Die Vorrichtung ist sehr querkraftstabil und vor Überlast gesichert. Die geschliffenen, entmagnetisierten Druckplatten sind auf eine Parallelität von 1µm / 10mm ausgerichtet. Die Präzisionsführungen erlauben nur eine exakt vertikale Bewegung der Druckplatten. Der sehr steife, Querkraft unempfindliche Kraftaufnehmer verringert effektiv die Messfehler, die durch Verformung oder seitliche Kräfte der Federn verursacht werden.


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Mehrkanalige Federprüfung

Mit mehrkanaligen Mess-Plattformen kann der Kraftwirkungslinienverlauf von Druck-Schraubenfedern (als Ventilfeder oder in Mac-Pherson-Federbeinen) ermittelt werden. Hierfür werden Standard-Prüfsysteme mit einer Sechs- oder Neun-Komponenten-Kraft-Mess-Plattform ausgerüstet. Diese ermöglicht die spezifische Ermittlung der Feder-Durchstoßpunkte und die resultierende Kraft aus den Kraftkomponenten, die bei Belastung der Feder unter Druckkraft entstehen. Diese Kennwerte sind wichtig, um die Qualitätsattribute Reibung, Abnutzung und Lebensdauer zu beurteilen.

Prüfung von Luftfedern

Prüfungen von Luftfedern unter verschiedenen Temperaturen 

Mit diesem Prüfsystem werden die viskoelastischen Eigenschaften von Luftfedern und deren Ermüdungseigenschaften unter verschiedenen Temperaturen untersucht. Als Basis dient eine servohydraulische Prüfmaschine mit hydrostatischer Zylinderlagerung. Eine spezielle Druckeinrichtung (montiert auf einer T-Nutenplatte) erlaubt die Aufnahme verschiedener Luftfederformen und -größen. Zudem ist die Vorrichtung mit zwei Messtastern zur Messung des Luftfederdurchmessers ausgestattet. Die ganze Vorrichtung kann in einer mobilen Temperierkammer in einem Temperaturbereich von -80 bis +250 °C eingesetzt werden.
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Mehrachsige Belastung von Luftfedern gemäß EN 13597 

Qualitätssicherung und Entwicklung von Luftfedern zu unterstützen, ist die Aufgabe dieses Prüfsystems. Es besteht aus einer Stand-Prüfmaschine mit Fmax 250 kN, die zusätzlich mit einem horizontalen, elektromechanischen Antrieb mit Fmax 50 kN und einer Kraft-Mess-Plattform mit fünf Kraftaufnehmern (3x vertikal, 2x horizontal) ausgestattet ist. Die axialen und horizontalen Steifigkeitskennlinien der Luftfedern werden unter vertikaler, horizontaler oder kombinierter Belastung ermittelt. Dabei können folgende Kanäle einzeln geregelt werden:

  • Kraft und Weg, vertikal
  • Kraft und Weg, horizontal
  • Luft- oder als Variante auch der Flüssigkeits-Innendruck

Zur einfachen Einbringung der Proben ist das System mit einem Ladetisch ausgestattet, mit dem die Proben in die Prüfmaschine eingeschoben werden können.

Multi-axiale Prüfung von Federbeinen

Zur Messung der Dämpfungscharakteristik von hydraulischen Stoßdämpfern wurde dieses Prüfsystem mit drei Prüfachsen ausgestattet. Die vertikale Kraft (Radlast) wird durch die Prüfmaschinenachse aufgebracht. Horizontale Kräfte und Torsionsmomente, die bei Kurvenfahrt, Anfahr- und Bremsvorgängen, etc. auftreten, werden durch einen horizontal angebrachten Prüfzylinder und einen Torsionsantrieb erzeugt. Die Prüfachsen können einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden. Dadurch ist es möglich, die Charakteristik (Dämpfung, Reibung, Viskosität) bei verschiedenen axialen Geschwindigkeiten, mit und ohne Seitenkraft bzw. Torsionsmoment zu ermitteln.
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