MTS-Anwendungstechniker erläutern die einzigartigen Vorteile der elektrischen Betätigung bei Prüfanwendungen mit geringen Kräften.
F: Was sind einige der Herausforderungen bei der Verwendung von elektrischer Betätigung für Tests?
A: Die primäre Herausforderung bei der elektrischen Betätigung ist die Regelung. Elektrische Betätigung ist keine neue Technologie, es hat jedoch einige Zeit gedauert, bis elektrisch betätigte Prüfsysteme die nötige Präzision für Kraft und Bewegung bei Materialtests boten. Präzise Regelung ist eine Funktion des Reglers und der Software. Je besser diese Komponenten sind, desto besser können Sie die Parameter regeln und desto besser werden die Daten sein.
F: Welche Anwendungen der Materialprüfung eignen sich am besten für eine elektrische Betätigung?
A: Elektrisch betätigte Prüfsysteme eignen sich besonders gut für die Prüfung von biomedizinischen Materialien, Mikroelektronik und kleinformatigen Prüflingen. Diese Systeme sind für Prüfungen mit niedrigeren Kräften und hohen Frequenzen bei hoher Wiedergabetreue optimiert, was genau den Anforderungen dieser Anwendungen entspricht.
F: Welche Vorteile bietet die elektrische Betätigung im Vergleich zur servohydraulischen Betätigung?
A: Einer der wichtigsten ist, dass kein Öl erforderlich ist. Es fällt kein Öl an, das entsorgt oder recycelt werden muss. Bei biomedizinischen Tests könnte z. B. ein Ölleck die Probe oder das Kochsalzlösungsbad verunreinigen oder das Rinderalbumin. Jetzt können Sie diese Probleme vollständig vermeiden. Auch die elektrische Betätigung ist sehr leise und sauber. Bei den MTS Acumen®-Testsystemen gibt es keine Schläuche, Rohre oder Hydraulikpumpen, und die Kabel sind alle im Lastrahmen eingebettet. Diese eher ästhetischen Aspekte sind wichtig, weil das Testlabor oft ein Vorzeigeobjekt für besuchende Chirurgen ist, die eine aufgeräumte Umgebung zu schätzen wissen.
In der Mikroelektronik werden die meisten Tests in Reinräumen durchgeführt. Ein einfacheres, elektrisch betätigtes Plug-and-Play-Testsystem ist nicht nur einfacher einzurichten und zu warten, sondern eliminiert auch mögliche Verunreinigungen wie Ölnebel und Rückstände. Diese Systeme ersparen die Kosten und den Aufwand für eine spezielle Anlageninfrastruktur wie z. B. Kältemaschinen oder auch Lösungen für die Ölpflege und -entsorgung.
F: Gibt es weitere Möglichkeiten, wie Acumen-Testsysteme die Kontrolle verbessern?
A: Ja, diese Systeme können problemlos Frequenzen bis zu 100 Hz verarbeiten. Der Regler des Prüfsystems ist der gleiche Regler, den wir auch bei unseren servohydraulischen Prüfsystemen verwenden, sodass er denjenigen, die bereits MTS-Prüfsysteme verwenden, vertraut sein wird. Da wir die gleichen PID-Regelungsmethoden verwenden, stehen alle zuvor entwickelten, bewährten Materialtest-Regelungsalgorithmen zur Verfügung. Ein großer Unterschied zur elektrischen Betätigung ist, dass durchflussspezifische Feinheiten wie die Dimensionierung von Servoventilen, Verteilern und Pumpen nicht mehr problematisch sind. Ohne die hydromechanischen Gegebenheiten berücksichtigen zu müssen, steht die volle Leistungsfähigkeit des elektrisch betätigten Systems durch einfache Stromregelung zur Verfügung.
F: Wie wirkt sich das Autotuning auf den Prozess aus?
A: Autotuning ist eine weitere Möglichkeit, die Genauigkeit der Testergebnisse zu verbessern. Materialien und biomedizinische Tests müssen konsistent Spitzen und Täler treffen, um zuverlässige Ermüdungsdaten zu generieren. Die Autotuning-Funktion der Acumen-Prüfsysteme umfasst drei Parameter – Masse, Steifigkeit und Dämpfung – um die bestmögliche Kontrolle und das genaueste Ansprechen der Probe zu gewährleisten. Bei dieser von MTS patentierten Autotuning-Methode wird der gesamte Lastzug auf alle drei Parameter untersucht. In der Praxis muss der Prüfingenieur die Probensteifigkeit nicht kennen, um das System richtig abzustimmen. Und in Kombination mit einer stabilen Verlagerungssteuerung als Standard-Ausgangszustand können Sie den Test nach jeder Unterbrechung schnell wiederherstellen und neu starten. Natürlich können Sie das System jederzeit manuell einstellen, wenn Sie dies bevorzugen.
F: Können Sie ein Beispiel dafür geben, wie diese Funktionen in einer realen Anwendung funktionieren?
A: Eine präzise Steuerung ist wichtig, wenn die Probe konstruktionsbedingt eine variable Steifigkeit aufweist oder von Natur aus viskoelastisch ist, wie z. B. Polymere, Elastomere und biologisches Gewebe. Ziehen Sie in Erwägung, ein Prothesenimplantat mit einer inneren Gummiblase zu testen, die durch einen harten Anschlagpuffer geschützt ist. Beim ersten Zusammendrücken ist der Prüfling weich und nachgiebig. Wenn Sie dann auf den Stoßfänger treffen, wird er sehr steif. Die Steifigkeit ändert sich während des Tests beträchtlich, was es schwierig macht, zu beurteilen, ob die Blase korrekt hergestellt wurde. Eine genaue Regelung hilft bei der Entwicklung eines Testprofils, das die tatsächliche Leistung nachbildet, sodass Sie realistischere Testdaten erzeugen können.
Ein weiteres Beispiel, bei dem eine präzise Regelung erforderlich ist, sind Frequenzsweeps bis 100 Hz oder Temperatursweeps von extrem kalt bis heiß bei Anwendungen zur dynamischen Charakterisierung (DMA). Während dieser Art von Tests kann sich die Steifigkeit der Probe um 1-2 Größenordnungen ändern, sodass brauchbare Daten nur mit hoher Präzision gewonnen werden können.
