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01 Der Fatigue-Prüfstand von Heitec erlaubt unter anderem Testfrequenzen bis 1.000 Hz sowie eine Wiederholgenauigkeit <10 μm

Anspruchsvolle Regelungstechnik für ermüdende Prüfungen

02 Der kompakte und leistungsstarke Servoantrieb Gold Whistle

03 Durch ihre kompakte Baugröße konnte der Schaltschrank der Prüfstände kleiner gebaut werden

Ermüdungsprüfstände simulieren häufig wiederkehrende mechanische Beanspruchungen und stellen generell hohe Anforderungen an die Regelungstechnik. Verschärfte Prüfbedingungen und neue Produkttechnologien stellen die Hersteller von solchen Fatigue-Prüfständen immer wieder vor neue Herausforderungen. So suchte Heitec Engineering Solutions nach Servoantrieben, die auf einem kurzen Hub von 0,01 mm bis 1,5 mm eine „saubere“ Sinus-Frequenz mit bis zu 1.000 Hz fahren. Diese Leistungsdaten erfüllt die Servoserie Gold Whistle.

Ein Ermüdungsprüfstand mutet dem Bauteil innerhalb weniger Tage die Belastungen eines ganzen Produktlebenszyklus zu. Dabei führen lineare Achsen reversierende Bewegungen mit großer Geschwindigkeit in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen aus. Diese Bewegungen „stressen“ den Gegenstand und sorgen dafür, dass die Sicherheit eines Bauteils gegen Ermüdungsbrüche ermittelt werden kann. Beispielsweise werden in der Medizinbranche mit dieser Technik neue Stents so lange gerüttelt und geschüttelt, bis ihr Gefüge bricht. Stents sind meist kleine Gittergerüste in Röhrchenform aus Metall oder Kunstfasern. Diese Implantate werden in Hohlorgane eingebracht, um sie offen zu halten. Für die Prüfung dieser lebensrettenden oder -verlängernden Produkte gibt es besonders harte Vorschriften, die auch für die High-End-Prüfgeräte neue Herausforderungen bedeuten.

Moderne Antriebstechnik reduziert die Prüfzeiten
Diese High-End-Prüfstände (Bild 1) zur multiaxialen, dynamischen Aufbringung von mechanischen Belastungen auf Prüfobjekte entwickelt und produziert die Heitec AG in Berlin. Sie verbinden Präzision, Geschwindigkeit und Dynamik mit hoher Steifigkeit und Regelgüte. Da keine mechanische Kopplung vorliegt, lassen sich unterschiedliche Hubspektren und eine kurze Ansprechzeit bei Testfrequenzen bis zu 1.000 Hz sowie einer Wiederholgenauigkeit < 10 μm realisieren. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Servoantriebe. Sie müssen auf einem kurzen Hub von 0,01 mm bis 1,5 mm eine saubere Sinus-Frequenz mit bis zu 1.000 Hz fahren. Das Ganze geschieht bei einer vorgegebenen Prüfkraft bis zu 10 N. Die Betrachtung der Regelungstechnik ist deshalb sehr wichtig, da pro Prüflauf bis zu 600 Millionen Lastzyklen anstehen. „Früher hat es monatelang gedauert, bis man zu einem Testergebnis gelangt war“, berichtet Stephan Roth, Regionalleiter Nord/Ost von der Heitec AG. „Heute dauern die Tests, dank moderner Antriebstechnik, abhängig von der Frequenz und der Zyklenzahl, nur noch wenige Wochen.“

Klein und leistungsfähig
Da die Labore klein und eng sind, steht nicht viel Platz für Gerätschaften zur Verfügung. Daraus resultierend wurde der Fatigue-Prüfstand von Heitec sehr kompakt gehalten. Er kann problemlos mit einem kleinen Gabelhubwagen transportiert und umpositioniert werden; das Bedienpult ist zudem rollbar. Die Prüfstände bestechen aber nicht nur durch ihr kompaktes Design und die leichte Transportfähigkeit, sondern vor allem durch die Sicherstellung kontinuierlich kontrollierter und dokumentierter Testparameter, wie Zykluszahl, Prüfzeit, Kraft, Weg, Frequenz und Temperatur. Die Temperatur des Prüfmediums ist von – 10 °C bis 60 °C einstellbar, bei einer Regelgenauigkeit von ±1 °C und einer Messgenauigkeit von 0,1 °C. Zudem erfüllen sie alle einschlägigen Vorgaben der FDA (Food Drug Association).

Platzsparende Antriebe mit Dynamik und Präzision
Lange sahen sich die Prüfspezialisten von Heitec auf dem Markt nach Anbietern für Servoregler um, die die hohen Anforderungen erfüllen, und stießen schließlich auf Elmo Motion Control. Mit der Servoserie Gold Whistle (Bild 2) hat der Spezialist für dynamische und hochpräzise Antriebe auf kleinem Raum für die Heitec-Applikation genau die passende Lösung im Programm. „Der Prüfstand selbst ist sehr kompakt mit einem kleinen internen Schaltschrank. Da ist die geringe Größe der Servoregler von Elmo Motion Control sehr vorteilhaft“, so S. Roth. Schließlich messen die Gold Whistle gerade einmal 55 mm × 15 mm × 46 mm (b × h × t) und wiegen nur 55 g. Die vergleichsweise geringen Verlustleistungen des hochperformanten Geräts ermöglichen auch den Einbau in kleine Bauräume selbst mit ungünstiger Entwärmung. Abhängig vom Entwärmungskonzept überzeugt der Antrieb mit Nennströmen von 1 A , 2,5 A, 5 A, 10 A, 15 A und 20 A. Der Gold Whistle, der im Schaltschrank des Heitec-Prüfstands sechs Mal verbaut wird, ist sowohl als Standalone Servoantrieb als auch im Mehrachsbetrieb einsetzbar (Bild 3). Er liefert eine Dauerleistung von 1,6 kW und bis zu 3,2 kW Spitzenleistung. Dabei darf die Anschlussspannung von DC 12 V bis 195 V variieren. Zudem bietet der Gold Whistle eine zertifizierte Ethercat- oder CANopen-Anbindung für Echtzeitanwendungen. S. Roth: „Die Servoregler von Elmo Motion Control sind robust konstruiert und prädestiniert für den Einsatz in unseren Prüfständen, da sie alle Kriterien an unsere Applikation vollkommen erfüllen.“

Fazit
Mit dem kontinuierlichen und raschen Fortschritt in der Medizintechnik wächst der Bedarf an innovativen Antrieben mit hoher Exaktheit, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit. Für die Heitec AG steht mit dem Gold Whistle ein klassischer Industrie-Servoregler für den Einbau in seinen Hightech-Prüfstand zur Verfügung. Elmos hoch entwickelte, kompakte Produkte, wie der Gold Whistle, bieten Kostensenkungsvorteile für Prüfstände sowie Labor-Screeningsysteme und -Roboter, mobile Scanner- und Diagnosesysteme, Mikroskopie-Automatisierung und viele andere Anwendungen. (no)

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Autor:
Thomas Herold ist Fachjournalist bei der PR-Agentur Werbekoch in Ubstadt-Weiher. th@werbekoch.de