Servoelektrische Materialprüfmaschine | massive Reduktion des Energieverbrauch
Weltweit sind Bauteile und Vorrichtungen aus unterschiedlichen Materialen im Einsatz, welche unter herausfordernden Umweltbedingungen belastet werden. Durch mechanisch belastende Material- und Bauteilprüfungen muss sichergestellt werden, dass die Bauteile den konstanten oder oftmals auch zeitlich wechselnden Belastungen standhalten. Dies erfordert vorgängig Berechnungen, Konstruktionen und Simulationen der verschiedenen Lastfälle, um die strukturmechanische Belastung des Bauteils gewährleisten zu können. Dennoch müssen die Bauteile entsprechend ihrem Einsatzzweck und mit ihren realen Abmessungen statisch und dynamisch unter Last geprüft werden.
Womit werden Bauteile unter Belastung geprüft?
Solche Aufgaben übernehmen beispielsweise Prüfmaschinen der DYNA-MESS Prüfsysteme GmbH aus Stolberg bei Aachen (D). Die CIMCOM Engineering AG in Gossau SG vertritt das Unternehmen exklusiv in der Schweiz und im Fürstentum Liechtenstein für eine wachsende Kundschaft und deren unterschiedlichen Anforderungen. Für unterschiedliche Prüfzwecke werden die Prüfmaschinen für Lebensdauer-, Dauerschwing- oder Verschleissprüfungen eingesetzt. Für kleinere Bauteile, wie etwa Kfz-Bauteile in der Automobiltechnik, Aufhängungen neben Bahngeleisen, Klebe-Verbindungsstellen in der Bauwirtschaft oder Implantate in der Medizintechnik werden bevorzugt Tischprüfmaschinen eingesetzt. Diese werden entsprechend den erforderlichen Prüfkräften, den Verfahrwegen und den Wiederholfrequenzen ausgewählt. Oftmals kann zwischen elektrisch und pneumatisch angetriebenen Prüfmaschinen gewählt werden, falls nicht sehr grosse Kräfte im Spiel sind, die hydraulische Antriebe erfordern. Das ganze Leistungsspektrum kann DYNA-MESS Prüfsysteme GmbH abdecken.
Die pneumatisch angetriebene Tischprüfmaschine – weit verbreitet und bewährt
Pneumatisch angetriebene Prüfmaschinen sind zuverlässig im Betrieb und die günstigste der drei Antriebsvarianten. Sie eignen sich sehr gut für den gelegentlichen bis häufigen Messeinsatz in Labors und Technika. Meistens ist dort auch eine Druckluftversorgung vorhanden, welche für den Betrieb der pneumatischen Prüfmaschine notwendig ist nebst einer elektrischen Stromversorgung.
Die erste servoelektrisch angetriebene Tischprüfmaschine in der Schweiz
Für statische und zyklische Lebensdauerprüfungen von beispielsweise Implantaten wird eine servoelektrisch angetriebene Tischprüfmaschine mit statisch oder zyklisch einwirkender Kraft von maximal 2.5 kN (entspricht einem maximalen Gewicht von 250 kg) und Wiederholfrequenzen von bis zu 35 Hertz eingesetzt. Damit wurde eine pneumatisch angetriebene Anlage ersetzt, die über eine lange Zeit zuverlässig funktioniert hat. Aber weshalb wurde nun eine pneumatische durch eine elektrische Anlage ersetzt, für welche der Anschaffungspreis höher ist? Hätte nicht eine neue, pneumatische Anlage gereicht?
Überlegungen zu Stromkosten, Medienversorgung und CO2-Fussabdruck haben eine Rolle gespielt. Dies vor dem Hintergrund, dass Dauertests rund um die Uhr und übers ganze Jahr ausgeführt werden.
Energieverbrauch und CO2-Fussabdruck reduzieren im Dauerbetrieb
Um Effizienz und Nachhaltigkeit für denselben Einsatzzweck von strom- oder druckluftbetriebenen Prüfanlagen – mit angenommen selben Leistungsdaten – direkt miteinander vergleichen zu können, müssen deren Energieverbrauch und CO2-Ausstoss verglichen werden.
Ohne gross zu rechnen, kann bei derart vergleichbaren Prüfanlagen davon ausgegangen werden, dass beide Antriebsarten etwa denselben elektrischen Leistungsverbrauch und denselben CO2-Ausstoss verursachen aufgrund des vorhandenen Strommixes mit fossilen und erneuerbaren Anteilen.
Wird die erzeugte Pressluft zusätzlich berücksichtigt, so hilft folgendes Gedankenexperiment. Ein einzelner Kompressor zur Presslufterzeugung für eine einzige pneumatische Tischprüfmaschine hat angenommen mindestens dieselben elektrischen Leistungsdaten wie die Prüfanlage selbst, womit im Jahresbetrieb noch einmal derselbe CO2-Ausstoss entsteht bei vergleichbar hohen Stromkosten. Damit sind der abgeschätzte CO2-Fussabdruck und die Stromkosten doppelt so hoch verglichen mit einer elektrisch betriebenen Prüfanlage, sofern die elektrischen Leistungsdaten von Kompressor und Prüfmaschine miteinander vergleichbar sind. Selbst für ein reales Verteilnetz für Druckluft – durch einen grossen, leistungsoptimierten Kompressor gespiesen – ändert sich nichts an der grundsätzlichen Überlegung. Mit einer servoelektrischen Prüfanlage im Dauerbetrieb spart man vor allem Betriebskosten durch geringeren Medienverbrauch (weniger Strom, da kein Kompressor nötig zur Drucklufterzeugung), was nach einigen Jahren den Mehrpreis der elektrischen Prüfanlage ausgleicht.
Fazit aus dieser Betrachtung
Das Umsteigen auf servoelektrische Anlagen kann sich lohnen, wenn pneumatische Prüfanlagen vergleichbarer Leistung ersetzt werden sollen, insbesondere bei Dauerbetrieb 24/7 über das ganze Jahr. Eine pneumatische Prüfmaschine samt Kompressor kann bis zu doppelt so viel Strom benötigen und einen bis zu doppelt so hohen CO2-Ausstoss im Jahr haben im durchgehenden Dauerbetrieb.
Erfahren Sie mehr zu DYNA-MESS Prüfsystemen für die Schweiz und das Fürstentum Liechtenstein.
