Wie die Baowu Group die frequenzvariable Ermüdungsprüfung mit ElectroPuls™ löste
Angesichts neuer Prüfanforderungen durch den Aufstieg von Elektrofahrzeugen benötigte das Zentrale Forschungsinstitut der Baowu Group eine Lösung für die Ermüdungsprüfung unter variabler Amplitude, Frequenz und Temperatur – Bedingungen, die herkömmliche servohydraulische und elektromagnetische Resonanzmaschinen nicht bewältigen konnten. Das Instron ElectroPuls E10000 kombinierte Hochfrequenzfähigkeit mit programmierbarer variabler Amplitudenprüfung in einem kompakten, wartungsarmen System und bot dem Team von Baowu ein vielseitiges Werkzeug für Materialien, die von Stahl bis zu leichten Kunststoffen reichen.
Über
Baosteel und WISCO – führende Unternehmen der chinesischen Stahlindustrie – fusionierten im September 2016 zur Baowu Iron & Steel Group, dem heute größten Stahlkonzern Chinas. Baowu verfolgt drei Transformationsstrategien: von Stahl zu Materialien, von der Fertigung zum Service und von einem führenden Unternehmen in China zu einem weltweit führenden Unternehmen in der Stahlindustrie.
Standort
China
Website
Um seinen drei Transformationsstrategien gerecht zu werden, hat das Mechaniklabor des Zentralen Forschungsinstituts (Technisches Zentrum) von Baowu erhebliche Anstrengungen im Bereich der Industriematerialien – insbesondere neuer Energiematerialien – durch die Bewertung mechanischer Eigenschaften und die Entwicklung von Prüfmethoden für Rohstahlmaterialien unternommen.
Forschung und Entwicklung von Materialien und Anwendungen müssen mit den realen Anforderungen Schritt halten. Man bedenke, was passiert, wenn ein Fahrzeug beschleunigt: Der Antriebsmechanismus beschleunigt, erreicht eine stabile Betriebsgeschwindigkeit, bremst dann ab und verlangsamt sich. Dieses zyklische Verhalten setzt Materialien Belastungsfrequenzen aus, die von hoch zu niedrig zu konstant wechseln. Eine typische Anwendung ist der Stahl, der in den Elektromaschinen von Elektrofahrzeugen verwendet wird. Traditionelle Ermüdungsprüfungen mit konstanter Amplitude und Frequenz können die technischen Herausforderungen dieser neueren Materialien nicht mehr bewältigen – Änderungen in Umgebung, Geschwindigkeit, Amplitude und Frequenz sind zu zentralen Themen in der Materialforschung für neue Energiefahrzeuge geworden.
„Langfristige mechanische Leistungsstudien von Materialien unter variabler Frequenz und Amplitude werden der zukünftige Trend sein“, sagte Dr. Fang. „In China folgen wir jedoch immer noch dem Prüfstandard GB/T 15248-2008, Low Cycle Fatigue Test of Metal Materials Under Axial Constant Amplitude, der die Prüfanforderungen dieser neuen Materialien eindeutig nicht erfüllen kann. Es gibt bereits einen internationalen Standard – ISO 12110-1:2013, Metallic Materials — Fatigue Testing — Variable Amplitude Fatigue Testing — Part 1: General Principles, Test Method and Reporting Requirements – für die Prüfung dieser Art von Material, aber ein entsprechender chinesischer Standard wurde noch nicht veröffentlicht.“
Mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen und der Unterstützung der chinesischen Regierung haben viele namhafte Fahrzeughersteller – darunter Tesla, Volkswagen und General Motors – bereits eigene Materialermüdungsprüfstandards etabliert. Neue Konzepte wie variable Amplitude, variable Frequenz und variable Temperaturprüfung stellen neue Anforderungen an globale Materiallieferanten. Für Materiallieferanten wie Baowu Steel ist die schnelle Suche nach den richtigen Prüflösungen zu einer drängenden neuen Herausforderung geworden.
„Langfristige mechanische Eigenschaften von Materialien unter variablen Frequenzen und Amplituden werden ein zukünftiger Trend sein. Bei einer traditionellen servohydraulischen Maschine ist ihr Frequenzbereich zu klein, die Wartungskosten sind hoch und es gibt viel Lärm während eines Tests. Wenn wir die Ermüdung von ultradünnen Stählen testen wollen, sind auch traditionelle elektromagnetische Resonanz-Hochfrequenz-Ermüdungsprüfmaschinen schwer zu steuern. Beide Herausforderungen drängen uns, neue Lösungen zu finden.“
Dr. Jian Fang
Chefingenieur für mechanische Prüfungen, Zentrales Forschungsinstitut, Baowu Group
Eine neue Prüflösung finden
Da dies eine aufkommende Herausforderung ist, ist es entscheidend, traditionelle Prüfmethoden zu durchbrechen, um effiziente Lösungen zu finden. Als Chefwissenschaftler verfügt Dr. Fang über umfangreiche Erfahrung in der Prüfung von Metallmaterialien – und seiner Ansicht nach können, obwohl es viele Möglichkeiten gibt, Ermüdungsprüfungen durchzuführen, nur wenige Geräte gleichzeitig unter variabler Amplitude, Frequenz und Temperatur genau messen.
Elektrohydraulische Servoprüfmaschinen werden häufig für die Materialermüdungsprüfung unter variabler Amplitude, Frequenz und Temperatur eingesetzt, aber ihre Frequenzkapazität ist auf nur wenige Dutzend Hertz begrenzt – unzureichend für Hochfrequenzprüfanforderungen und ineffizient. Elektromagnetische Resonanz-Hochfrequenz-Ermüdungsprüfmaschinen können Hochfrequenzprüfungen bewältigen, aber es fehlt ihnen die Fähigkeit, unter variabler Frequenz und Amplitude zu prüfen – eine besondere Herausforderung bei der Prüfung von Leichtbaumaterialien.
„Einerseits sind traditionelle elektrohydraulische Servoprüfmaschinen ineffizient, da die Hydraulikpumpenstation kostspielig in der Wartung ist und viel Lärm erzeugt“, erklärte Dr. Fang. „Andererseits sind traditionelle elektromagnetische Resonanz-Hochfrequenz-Ermüdungsprüfmaschinen bei der Durchführung von Ermüdungsprüfungen an einigen ultradünnen Stählen für Verbraucherprodukte schwer zu steuern. Diese Herausforderungen drängten uns, neue Lösungen für die Ermüdungsprüfung zu finden.“
Dynamische und statische elektronische Ermüdungsprüfmaschinen sind wartungsarm und können unter variabler Amplitude und Frequenz prüfen, wobei sie die Hochfrequenzfähigkeit von elektromagnetischen Resonanzmaschinen mit der programmierbaren variablen Amplitude und Frequenz von Niedrigzyklus-Ermüdungsprüfmaschinen kombinieren. Dies macht sie gut geeignet für die mechanische Prüfung von ultradünnen und Leichtbaumaterialien. Sie benötigen außerdem wenig Platz, sind einfach zu warten und erfordern kein Kühlwasser oder Hydrauliköl – sie werden stattdessen mit einer einphasigen Stromversorgung und geringem Stromverbrauch betrieben. Dr. Fang war sofort von der gut konzipierten, vielseitigen dynamischen und statischen elektronischen Prüfmaschine von Instron auf einer Fachausstellung angetan.
Prüfung für das, was kommt, nicht nur für das Bekannte
„Für traditionelle Ermüdungsprüfungen wählten wir oft möglichst hohe Frequenzen, in der Hoffnung, die Ermüdungsgrenze in kurzer Zeit zu erreichen“, sagte Dr. Fang. „Aber die Ermüdungsprüfung für neue Materialien hat sich geändert – wir sind jetzt neugierig, was mit den Ermüdungseigenschaften von Stahl unter variablen Amplituden- oder variablen Frequenzbedingungen passieren wird.“
„Alle diese Prüfungen können mit dem Instron E10000 durchgeführt werden, und die Ergebnisse wurden von unseren Kunden gut angenommen“, sagte Dr. Fang. „Neben metallischen Materialien verwenden wir das E10000 auch zur Prüfung von lebensmittelechten Leichtbaumaterialien und Kunststoffen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die statische und dynamische Prüfmaschine ElectroPuls von der langsamen statischen Prüfung bis zur hochfrequenten dynamischen Prüfung im geschlossenen Regelkreis alle unsere Prüfanforderungen erfüllen kann.“
Dr. Fang betonte auch, dass ein wesentlicher Vorteil der Zusammenarbeit mit Instron darin besteht, dass Zubehörteile produktübergreifend gemeinsam genutzt werden können – Kraftaufnehmer, Spannzeuge und Extensometer können alle in derselben Instrumentenserie konfiguriert werden, was Kunden Zeit und Kosten spart. „Zum Beispiel kann das Instron AVE Extensometer in unserem gesamten Labor eingesetzt werden, von einer 1-Tonnen-Statikmaschine bis zu einer 25-Tonnen-Dynamikmaschine“, sagte Dr. Fang.
Obwohl das Instron E10000 zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Berichts weniger als ein Jahr installiert und in Betrieb war, hatten die Techniker von Baowu bereits erhebliche Erfahrungen mit der Ermüdungsprüfung unter variabler Amplitude und Frequenz mit dem System gesammelt. Da die neue Energieindustrie weiter wächst, wird erwartet, dass die statischen und dynamischen Prüfmaschinen von Instron ElectroPuls ein noch breiteres Anwendungsspektrum finden werden.
Sprechen Sie mit einem Instron-Experten.
Sie sind sich nicht sicher, ob das ElectroPuls E10000 Ihren Anforderungen an frequenzvariable oder Ermüdungsprüfungen entspricht? Teilen Sie uns Ihre Anwendung mit, und wir helfen Ihnen, die richtige Lösung zu finden.
Sprechen Sie mit einem Applikationsingenieur
Teilen Sie uns Ihre Prüfanforderungen mit, und wir helfen Ihnen, den passenden Rahmen, die passende Kraftmessdose, Spannzeuge und Software für Ihr Labor zu konfigurieren. Bitte füllen Sie das untenstehende Formular aus; wir antworten innerhalb von 1–2 Werktagen. Für eine schnellere Antwort rufen Sie +1-800-473-7838 an oder +1 781 828 2500, wenn Sie sich außerhalb der USA befinden.
Bitte schließen Sie dieses Fenster und akzeptieren Sie Cookies , um das Formular anzuzeigen und auszufüllen.