Home     Kontakt     WIAP MEMV      Sprachen      English     News     Neumaschinen     Umbauten           

                                                                             

 

                                                                                              Erfahrungsbericht WIAP MEMV 2013

 

                   Erfahrungsbericht 2013 PDF Deutsch           Erfahrungsbericht 2013 PDF Englisch

 

Erfahrungsbericht Metall entspannen mit Vibration aus der Schweiz 2013

 

stress relief machine vibrator wiap


 

Wiap Metall entspannen mit Vibration seit 1981

 

Erfahrungsrückblick 1981 bis 2013 = 32 Jahre WIAP Metallentspannungsanlagen

Sven Widmer, Iris Widmer, Hans-Peter Widmer,

November 2013     r9

 

 

Erfahrungsbericht WM820

 

INHALTSVERZEICHNIS

1a.         Einführung

1b.         Photo Infos

2.           Warum der Schweissverzug

3.           Technische Herausforderungen

4.           Rückblick 

5.           Heutiger Stand der WIAP LC Anlagen

6.           Zeitvorteil beim entspannen mit Vibration

7.           Vibrieren beim Schweissen

8.           Anwender Informationen

9.           WIAP eigene Maschinen vibrationsentspannt

10.         Das WIAP DK 20 Datenkommunikations Gerät

11.         Metall entspannen mit Vibration 2013

12.         Materialunterschiede

13.         Andere Geräte Hersteller

14.         Glüh Arten, wohin  gehört das  

              Vibrieren

15.         Schlusswort

 

 

1a Einführung

 

Eigenspannungen sind innere Spannungen, die dadurch im Gleichgewicht sind, dass sich aneinander angrenzende Bauteilen, Zug und Druckspannungen vorliegen. Ihnen werden aber die äußeren Belastungen überlagert, womit die äußere Tragfähigkeit  empfindlich verringert werden kann. Darum ist der Wunsch, Spannungsarme Werktücke zu haben auch erklärbar. Metalle sind fest und gleichzeitig verformbar. Metalle  bestehen aus Atomen in einer regelmässigen Anordnung, einem Kristallgitter. Damit sich die Form eines Metalls dauerhaft ändert, müssen sich die Atome so gegen-einander verschieben, dass Atome, die vorher benachbart waren, hinterher etwas verändert sind. Das Metall entspannen mit Vibration erwirkt diese Verschiebung sanft und gleichmässig über das gesamte Werkstück. Es ist ein Verfahren, welches in vielen Fällen das Spannungsarmglühen ersetzt. Es kann als Zwischenstufe vor dem Spannungsarm Glühen platziert werden. Vorwiegend ein ideales Verfahren für Schweisskonstruktionen im Maschinenbau, Werkzeugmaschinenbau, Anlagenbau, rostfreie Schweisskonstruktionen, Druck- und Vacum Behälterbau, sowie vieles mehr.

   

Viele Versuche zeigten, dass das Vibrationsentspannen eine hervorragende Alternative  zum Spannungsarmglühen ist. Die WIAP hat viele eigene Werkzeugmaschinen gebaut, welche im hundertstel  Millimeter präzis arbeiten müssen. So konnten auch viele eigene Test‘s gemacht werden. Für die WIAP ist es heute ein wichtiger Grund, dass das Metall entspannen mit Vibration beim komplizierten Maschinenbau diesen massiv erleichtert hat. Es konnten Tage bei den Terminen eingespart werden und damit auch viel Geld.  Mit metallographischen Untersuchungen, sowie Neutronendiffraktometrie waren die  Testresultate nicht so eindeutig, wie mit der Messmethode Röntgendiffraktiometrie. Hier wurde festgestellt, dass ein Spannungsabbau von ca. 25 % beim Vibrations-entspannen, wie auch dem Vibrieren während dem Schweissen erreicht werden konnte.

 

Das Röntgendiffraktiometer wird verwendet, um die Kristallographie, Kristallstruktur Analyse zu machen.

Eigenspannungen sind mechanische Spannungen, die in einem Körper herrschen. Mit Eigenspannungen verbunden sind auch Verformungen, z.B. Verzug beim Schweissen.

 

Thermisch induzierte Eigenspannungen können dadurch entstehen, dass sich der Rand und der Kern eines Werkstückes nach entsprechender Erwärmung unterschiedlich  abkühlen. Durch die schnellere Abkühlung der randnahen Bereiche kann es da zu Zugspannungen durch inhomogene Abkühlung kommen. Nach erfolgtem Temperatur-ausgleich zwischen Schweissnaht und Werkstück kommt es dann zur Bildung von Druckeigenspannungen, vorwiegend im Randbereich. Der dadurch abgekühlte Kern ist zu kurz, die Materialdifferenz wird durch plastische und elastische Dehnung der Stelle 1 gegenüber der Verkürzung der Stelle 2 ausgeglichen und das sind die entsprechenden Spannungen, welche durch Spannungsarm glühen oder Vibrieren reduziert werden können.

 

Die Messung von Eigenspannungen sind messbar zerstörungsfrei und zerstörend.

 

Zerstörungsfreie Messmethoden sind z.B. Röntgenographische Eigenspannung-messung. EBSD. Hiermit wird die Verspannung des Metallgitters infolge der herrschenden Spannung ermittelt. Dieses Verfahren ist jedoch nur auf die oberflächennahe Zone begrenzt. Bei Stahl liegt die Informationstiefe im Bereich einiger Mikrometer.

  

Eigenspannungsmessungen mittels Neutronen erlauben grössere Eindringtiefen. Unser Verfahren Metall entspannen mit Vibration kann auch die Resultate nachweisen, dies zeigt die jahrelange Praxis.

 

Zugeigenspannungen an der Oberfläche wirken sich negativ aus auf die Dauerfestigkeit eines Werkstückes.

 

Das Vibrationsentspannen erfolgt in den ersten 10 Minuten des Vibrationsprozesses,   wie sich die im obersten Mikrobereich liegenden Spannungen in Kürze abbauen.   Jedoch auch tiefer liegende Spannungen, schwer messbar mit der zerstörungsfreien Messmethode werden durch die Vibration verändert. Also Atome mit Vibration bewegt werden.

  

Es ist zu beachten, dass die Schweissstelle mit ca. 3200° konfrontiert ist und der danebenliegende Werkstoff mit tiefer Temperatur etwas anders will. Was passiert denn da? Es gibt enorme Werkstückverspannungen, die wir mit Vibration reduzieren, als Alternative zum Spannungsarm glühen. 

 

 

1b. Photo Infos WIAP Vibrationsentspannen

 

Behaelt3_Stabx1

 

Rostfreier Behälter eines Schweizer Kunden beim Vibrationsentspannen.

 

 

 

Dünnwandige, grosse Schweisskonstruktion wird in der Zentralschweiz mit Vibration entspannt, 2012.

 

 

 

Deutscher Grosskonzern entspannt in China in der eigenen Produktion alle Teile mit Vibration.

 

 

 

Schweizer Grosskonzern entspannt seit Jahrzehnten alle rostfreien Schneckenwellen mit Vibration. Bei Wellen sind die Aufspannvorrichtungen etwas komplizierter.

 

 

 

Schweizer Maschinenhersteller entspannt 12 Meter Werkstücke. Das Besondere, diese Werkstücke wurden mit Wärme gerichtet. Das heisst, lokal erwärmt, damit sie gerade wurden. Der Verzug war vorher viele mm. Ohne Vibrations entspannen verzieht sich das Werkstück nach dem Bearbeiten. Mit Vibrations entspannen ist der Verzug um das Mehrfache weniger.

 

 

 

Walzen eines Schweizer Kunden, die aus mehrfachen Schichten geschweisst und danach hartverchromt werden und im tausendstel rund laufen sollten. Auch das Hartverchromen verursacht einen Verzug, der die hochpräzise Walzenherstellung massiv erschwert; respektive auch verteuert.

 

 

2. Warum der Schweissverzug

 

Vorwiegend bei Schweissteilen, welche kalt geschweisst werden, werden durch die hohe Schweissnahttemperatur von ca. 3200° das Werkstück in viele Richtungen bewegt. Dies verursacht unkontrollierbaren Verzug. Wärme einbringungsabhängig wird bewegt.  Je nach Schweissplan Erstellung kann dies jedoch auch noch beeinflusst werden. Auch werden Werkstücke bei vielen örtlichen Schweissungen, darauffolgend durch die ungleich verteilte Hitze wieder gerade gerichtet. Oft mit Wärme oder mit mechanischem Bewegen, was jedoch zusätzliche, neue grosse Spannungen in den  Werkstücken hinterlässt. In der Regel, wird durch ein thermisches Glühen oder durch das Metall entspannen mit Vibration diese Spannung stark reduziert wird.

 

 

3. Technische Herausforderungen

 

Da im Werkzeugmaschinenbau bei Spindellager mit einer Lebensdauerschmierung eine Laufzeit von 20‘000 Stunden erwartet wird, haben wir diese Zielvorgabe auch angestrebt. Indem der Erreger gebaut ist wie eine Werkzeugmaschinenspindel. Robust und ausgelegt für Überlast.

 

 

 

Die robusten Schraubzwingen, welche die WIAP herstellt, sind nötig, damit keine Schwankungen bei den Protokoll Messergebnissen auftreten. Die Erreger Anklemmung  an unbearbeiteten Stellen am Werkstück erfordert eine starke Klemmung. Vor allem dann, wenn die kritische Drehzahl erreicht wird und auf die überkritische Drehzahl zugesteuert wird, muss der Erreger sehr starr mit dem Werkstück verbunden sein, damit die Zone der kritischen Drehzahl sicher überfahren werden kann. In der Regel entspannt die WIAP im überkritischen Drehzahlbereich. Es muss dadurch immer über den kritischen Drehzahl Bereich gefahren werden. Eine zusätzliche Erreger Grundplatten Andrückung verbessert das Aufspannen auf unbearbeiteten Flächen.

 

 

4. Rückblick Metall entspannen mit Vibration

 

Wir arbeiten mit dem Verfahren seit 1981. Seit 1983 bauen wir eigene Wiap Entspannungsanlagen. Die erste Wiap LC Anlage war die WIAP LC Typ A. Später wurden weitere Entwicklungen gemacht. Heute sind wir beim Typ D. Schon vor über 20 Jahren wurde auch die erste 50 Tonnen Anlage gebaut. Erweitert wurden in den letzten Jahren immer die Elektronik, integrierte PLC usw. Jahrelanges Entspannen, auch mehrere Tausende Lohnarbeitseinsätze, vorwiegend in der Schweiz, haben immer wieder  Erneuerungen in die nächste Generation der Geräte gebracht.

 

   

5. Heutiger Stand der WIAP LC Anlagen

 

Die meist gebaute WIAP Entspannungs-Anlage ist die LC 20. Ausgelegt für ein maximales Werkstückgewicht von 20 Tonnen. Auch die LC 50 für  50 Tonnen und die LC 05 für 5 Tonnen Anlage wurden bereits geliefert. Die LC 100 (100 Tonnen) und LC 200 (200 Tonnen) Anlagen sind in der Fabrikation. Damit auch mit den grossen Anlage kleinere Werkstücke entspannt werden können, werden die Anlagen heute auch kombiniert. Ein LC 50 kann ebenfalls mit einem LC 05 laufen gelassen werden. Am Steuergerät wird mit einem Wahlschalter festgelegt, welcher V-Erreger eingesetzt wird. 5 Tonnen, 20 Tonnen oder das 50 Tonnen Gerät.

 

Im Jahr 2011 wurde das neue Datenkommunikations Gerät WIAP DK20 entwickelt, welches alle Daten automatisch über Wireless an den PC überträgt. Diese Erweiterung hat die Protokollierung stark vereinfacht. Vor allem bei den Neuanwendern und für die Qualitätssicherung. Bis 2011 haben jedoch alle WIAP Kunden das System der manuellen Protokollierung der WIAP LC Anlage angewendet. Auch dieses System hat sich Jahrzehnte mit den WIAP Anlagen bewährt. Das neue WIAP DK 20 ist auch für die Nachrüstung bereits gelieferter Anlagen vorgesehen.

 

aaa_lc20

 

Der LC 20 Erreger entspannt ein Wiap Maschinenbett.

 

 

BettSchweissStabBene01

 

Ein Wiap Grossmaschinenbett mit 8 Führungen wird mit Vibration entspannt.

 

 

6. Zeitvorteil beim Entspannen mit Vibration

 

Wenn heute Abend ein Maschinenbett fertig geschweisst wurde, kann es am anderen Morgen mit Vibration entspannt werden. Folgend unsere Erregertabellen:

 

 

% V Erreger Tabelle – Stückgewicht Tabelle

WIAP LC05 bis 5‘000 kg

 

Schwere Konstruktion

Mittelschwere

Konstruktion

Leichte Konstruktion

Blech Konstruktion

bis 50 kg

30

20

10

5

bis 150 kg

40

25

15

8

bis 400 kg

50

30

20

10

bis 1000 kg

70

40

25

15

bis 2000 kg

80

50

30

20

bis 3000 kg

90

60

35

25

bis 4000 kg

100

70

40

30

bis 5000 kg

100%

80

50

35

              

WIAP LC20 bis 20‘000 kg

Schwere Konstruktion

Mittelschwere

Konstruktion

Leichte Konstruktion

Blech Konstruktion

bis 100 kg

30

20

10

5

bis 1000 kg

40

25

15

8

bis 4000 kg

50

30

20

10

bis 7000 kg

70

40

25

15

bis 10000 kg

80

50

30

20

bis 12000 kg

90

60

35

25

bis 16000 kg

100

70

40

30

bis 20000 kg

100%

80

50

35

 

 

 

 

 

WIAP LC50 bis 50‘000 kg

 

Schwere Konstruktion

Mittelschwere

Konstruktion

Leichte Konstruktion

Blech Konstruktion

5000 kg

30

20

10

5

10000 kg

40

25

15

8

15000 kg

50

30

20

10

20000 kg

70

40

25

15

30000 kg

80

50

30

20

40000 kg

90

60

35

25

45000 kg

100

70

40

30

50000 kg

100%

80

50

35

 

WIAP LC100 bis 100‘000 kg

 

Schwere Konstruktion

Mittelschwere

Konstruktion

Leichte Konstruktion

Blech Konstruktion

10000 kg

30

20

10

5

20000 kg

40

25

15

8

35000 kg

50

30

20

10

50000 kg

70

40

25

15

60000 kg

80

50

30

20

80000 kg

90

60

35

25

90000 kg

100

70

40

30

100000 kg

100%

80

50

35


 

 

 

Exzenter  Erreger  Tabelle   WIAP LC System 100%

Drehzahl

Einzel

Doppel

Einzel

Doppel

Einzel

Doppel

Einzel

Doppel

Einzel

Doppel

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

Scheibe

LC05  bis 5 Tonne

LC20 bis 20 Tonnen

LC50 bis 50 Tonnen

LC100 bis 100 Tonnen

LC200  bis 200 Tonnen

RPM

N

N

N

N

N

1000

55

110

209

418

418

836

1045

2090

2090

4180

1500

124

248

470

940

940

1880

2352

4704

4704

9408

2000

220

440

836

1672

1672

3344

4181

8362

8362

16724

2500

345

690

1306

2612

2612

5224

6533

13066

13066

26132

3000

497

994

1881

3762

3762

7524

9407

18814

18814

37628

3500

676

1352

2561

5122

5122

10244

12805

25610

25610

51220

4000

883

1766

3344

6688

6688

13376

16725

33450

33450

66900

4500

1118

2236

4233

8466

8466

16932

21167

42334

42334

84668

5000

1380

2760

5226

10452

10452

20904

26132

52264

52264

104528

5500

1670

3340

6324

12648

12648

25296

31620

63240

63240

126480

6000

1988

3976

7526

15052

15052

30104

37630

75260

75260

150520

6500

2333

4666

8832

17664

17664

35328

44164

88328

88328

176656

7000

2706

5412

10244

20488

20488

40976

51219

102438

102438

204876

 


 

7. Vibrieren beim Schweissen

 

Versuche zeigten auch, dass Vibrieren während dem Schweissen auch eine Variante ist, welche zu einem guten Resultat führt. Hier kann in einem tieferen Hertzbereich erregt werden, weil das Werkstück längere Zeit in Erregung ist.

 

Vor kurzem hat eine Hochschule eine Untersuchung gemacht und bestätigt, dass sich der Verzug, wenn während dem Schweissen vibriert wird, um ca. 25% verringert. Es wird bei der Anwendungsart in einer tieferen Frequenz entspannt. Auch hier wird, durch die lokalen Temperaturschwankungen, eine Restspannung erst nach dem Abkühlen und dann noch einmal mit Vibrationsentspannen besser beseitigt werden können.

 

 

8. Anwender Informationen:

 

  • Ein Schwedischer Schweissmaschinen Hersteller hat eine WIAP LC Anlage gekauft.  

  • Ein deutsch / schwedischer Grosskonzern, im Turbinenbau tätig, hat eine WIAP LC Anlage seit wenigen Jahren. Die Anlage ist täglich im Einsatz.

  • Ein Schweizer Kunde aus der Ostschweiz war einer der Ersten, der eine WIAP Anlage schon vor 30 Jahren beschaffte. Er entspannt noch immer, jetzt im Jahr 2013, mit der Anlage.

  • Ein Schweizer Armeefahrzeug Hersteller lieferte einmal zur Nato Fahrzeuge. In der Schweiz waren alle ok. In Nordeuropa angekommen, hatte ein Grossteil der Fahrzeuge mehrere Hunderte mm lange Risse in den Wannen. Beim nachträglichen Reparaturschweissen wurde alles vibriert. Alle neuen Fahrzeuge wurden während dem Herstellprozess mit Vibration entspannt und es gab keine Risse mehr. 

  • Ein grosses ukrainisches Werk, zu Gazprom gehörend, mit 12000 Leuten, hat im Jahr 1985 eine Anlage aus den Vereinigten Staaten gekauft. Vor wenigen Wochen wurde eine Neuanlage WIAP mit Datenkommunikations Gerät DK 20 in Betrieb genommen. Der Kunde hat ein QS System und hat eine Neuanlage gekauft, weil er seit 1985 mit Vibration entspannt.

  • Ein deutsches Grossunternehmen hat in China ein Werk. Im Jahr 2012 wurde ein  Neuanlage WIAP gekauft. Der Kunde hatte eine Anlage aus China, welche sie dann durch ein WIAP Gerät ersetzt haben.

  • Ein schwedischer CNC Drehmaschinen Hersteller hat seit 1985 eine WIAP Vibrationsanlage. Ganze Drehmaschinen Konstruktionen wurden damals  geändert und angepasst. Es wurden nach dem Verfahren mehrere Hunderte Maschinen gebaut.  


 

9. WIAP eigene Maschinen vibrationsentspannt

 

Die WIAP baute 4 grosse CNC-Drehmaschinen WIAP DM4C. 2 produzieren in der Schweiz, 2 produzieren in Afrika, in Angola. Sonderkonstruktionen, d.h. Sondermaschinen wurden mehrere für Grosskonzerne gebaut. Das Vibrationsentspannen war ein Hauptgrund für kurze Lieferzeiten. Die Kosten und der Termin. Auch bei den Vertikal Drehmaschinen WIAP DM2V mit obenhängendem Spindelstock wurden alle Schweisskonstruktionen nur mit Vibration entspannt.

 

 

Ein Schweizer Kunde bestellte 1997 eine Grossdrehmaschine WIAP DM4C; Gewicht 24 Tonnen. Das Maschinenbett alleine 13 Tonnen. Nebst dem Bett wurden noch 16 weitere Bauteile mit Vibration entspannt.

 

 

 

Ein Schweizer Kunde bestellte solche Maschinen WIAP DM2V für die Serienfabrikation eines lichtensteinischen Grosskonzern. In der Maschine sind  12 Bauteile, die mit Vibration entspannt wurden, nebst dem Maschinenbett.

 

 

http://www.wiap.ch/Patente/DiplomeGenf/VDSF_HPWidmer.JPG

 

Dieses Diplom wurde ausgestellt an der Internationalen Erfindermesse in Genf für das Vibrationsdämmende Verfahren für Werkzeugmaschinen, die im Zusammenhang mit Metall entspannen mit Vibration stehen. Patente, die in der Sache erstellt wurden, sind mit dem Verfahren: Metall entspannen mit Vibration“ verbunden.

 

 

DSC03222

 

 

Diplome an der Internationalen Erfindermesse in Genf 4 x 1994 und 2 x 1996

 

 

Image148

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Patentschrift Deutschland. Ein Bestandteil der Patentschrift 42 30 103 ist Metallentspannen mit Vibration.

 

Patentschrift Shttp://www.wiap.ch/Image142.gifchweiz. Integriert: Metall entspannen mit Vibration.


 

10. Das WIAP DK 20 Datenkommunikations Gerät

 

Das Daten Kommunikationsgerät WIAP DK20 wurde im Jahr 2012 realisiert und hat folgende Funktion: Es ermittelt beim Entspannungsprozess die Veränderung  während dem Entspannungsprozess.

 

Es hält den Status fest ca. 2 Minuten nach dem Beginn des Entspannungs-prozesses vom unterkritischen oder bevorzugt, überkritischen Punkt. Da der Datenerfassungspunkt beginnt, wenn 30 Sekunden keine Regulierung mehr erfolgt, wird noch einmal eine Drehzahl Nachregulierung gemacht, es beginnt der Prozess noch einmal von vorne. Der heutige Ablaufprozess der Anlage ist eingestellt auf die jahrelangen Erfahrungswerte unserer Lohnarbeits Aufträge und Eigenprojekte, die wir seit 1981 ausführen.

 

Kurz vor dem Vibrationsende wird in der Regel nach 30 Minuten der Wert noch einmal ermittelt, dann wird der ganze Ablauf festgehalten, durchkalkuliert und  auf dem Datenkommunikations Gerät mit den Anzeigeleuchten den Wert der Metallentspannung angezeigt. Es zeigt an, mit einer Leuchtanzeige, ob ein guter, mittlerer oder schwacher Entspannungsprozess erfolgt ist. Dies ist vor allem wichtig, dass der Operateur nicht selber entscheiden muss, ob eine Entspannung erfolgte oder nicht. Dies ist vorwiegend für die Qualitätssicherung wichtig.

 

 

 

WIAP DK 20 Gerät, Datenkommunikation


 

Zudem wird der Wert in einer Excel Tabelle hinterlegt, über Wireless auf dem Laptop gesendet, welcher auch während dem ganzen Entspannungsprozess immer mit dem WIAP LC Gerät verbunden ist und auch alle Daten und Veränderung festhält. Auch auf der zusätzlichen Excel Tabelle wird die Berechnung mit dem Resultat, guter Entspannungsprozess, mittlerer Entspannungsprozess oder schwacher Prozess noch separat ausgewiesen. Die Werkstück-, die Zeichnungsnummer und andere Daten werden auf dem Excel  Formular eingetragen. Hier ist die WIAP Metallentspannungsanlage einen Schritt nach vorne gegangen, zugunsten der zukünftigen Qualitätssicherung.

 

 

WIAP Entspannungskonzept mit Vibration

 

 

Musterprotokoll vom WIAP DK 20


 


 

 

Eine Besonderheit beim Vibrationsentspannen ist, dass ein Werkstück  gleichmässig erregt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, wenn der Werkstückbezoge Schwingungsknoten nicht mittig liegt. Das heisst, der Erreger nicht in der Mitte oder aussen angebracht wird, sondern nach dem 1/3 – 2/3 System. Dadurch kann das Werkstück gleichmässig über die kritische Drehzahl gebracht werden, um überkritisch Drehzahl Bereich Metall entspannen zu können. Mit einem Modal Analysegerät kann der Punkt auch genau ermittelt werden. Doch die über 30 Jahre Erfahrung der Wiap zeigt, dass dieses 1/3 zu 2/3 Prinzip das Modal Analysegerät erspart. Die Erregung erfolgt über einen Schwingungsknoten. Diese sind je nach Material und Steifigkeit des Werkstückes unterschiedlich. D.h die kritische Drehzahl kann desshalb im Hertzbereich von 50 Hz bei leichten Konstruktionen bis 60 Hz bei steifen Konstruktion liegen. In der Regel ist anzustreben, dass die Geräusche 90 db nicht überschreiten. Bitte darauf achten. Wenn der G Wert 8 überschreitet. (100 mV = 1 G) oder die dB über 90 ansteigen. Verkleinere mit der Exzenterscheibe die Erregermasse. Jedes Werkstück hat in der Regel 3 kritische Drehzahlen, über die erste kann ohne Probleme darüber gefahren werden. Die zweite, je nach Steifigkeit des Werkstückes auch noch, doch dann vor der Dritten  kritischen Zone kann bei sehr steifen auch diese noch überfahren werden und überkritisch entspannt werden. Bei leichten Konstruktionen soll die 3. kritische Zone nicht überfahren werden. Bei steifen Konstruktionen liegt der Hertz Bereich bei der Vibratiosnenstpannung 80 - 100 Hertz. Bei normalen Konstruktionen 55 – 70 Hertz. Sehr wichtig, der Erreger muss mit vielen Tonnen geklemmt sein, dass keine Daten Verfälschung den Prozess stört. Oder, dass, wenn der Eigenresonanz Punkt d.h. sich eine Resonzanzkathastrophe andeutet,  muss der Erreger starr, unlösbar, mit voller Kraft, mit dem Werkstücke verbunden sein, dass das Werkstück abgehalten wird in die Resonanz-kathastrophe zu gelangen. Es soll beachtet werden, dass der Erreger mit seinen Tonnen die einfliessen lässt, vor allem auch auf die Querkräfte einen grossen Einfluss hat. Daher ist die Klemmkraft der Schraubzwinge ca. 10 x mehr klemmen muss, als die Querkraft in der Lage ist einzubringen. Zudem soll beachtet werden, wenn Vorzeichen einer Resonanzkathastrophe aufkommen, ist es sehr wichtig, dass auch einige über die normale Querkraft die Schraubzwingen klemmen können. Nur so ist das Werkstück unter Kontrolle des Operateurs und nicht der Operateur unter der Kontrolle des Werkstückes.

 

Es soll darauf geachtet werden, dass beim Hochfahren eines Entspann-prozesses ca. 3 kritische Zonen durchfahren werden. Es kommt zu unterschiedlichen Biegeschwingungen während dem Hochfahrprozess. Es gibt variierende Schwingungsbäuche und zwischen den Anregungspunkten überlagern sie sich auch. Mit dem Erreger werden gerade und ungerade Schwingungsbäuche erzeugt. Liegt eine gerade Anzahl Schwingungsbäuche vor, wird die Eigenresonanz Zone nicht angeregt. Harmonische Schwingungen sind  Schwingungen mit einem sinusförmigen Schwingungsgverlauf. Mit dem Vibrationsentspannen wird auch ein harmonischer Schwingungs Verlauf gesucht und erwirkt. Ihr Verlauf ist häufig eine sehr komplizierte, periodische Funktion der Zeit. Ein nicht entspanntes Werkstück benötigt mehr Schwingungs Erreger Energie, nach ca. 10 Minute Laufzeit reduziert sich die Leistungsaufnahme des Erregers um einige %, auch der G Wert die Amplitude/Beschleunigung wird  reduziert. Das Systems schwingt also mit der Frequenz der anregenden Kraft. Ist diese Frequenz sehr viel kleiner als die Eigenfrequenz des Systems, folgt es der äusseren Kraft ohne Phasenverschiebung. Bei sehr hohen Frequenzen   schwingt das System und die äussere Kaft hingegen Gegenphasig. Und im Bereich der Resonanz.

 

Dank der feinen regulierbaren Einstellung des Erregers kann dieser Kritische Punkt immer innert Bruchteilen einer Sekunde überfahren werden und dadurch eine Resonanz Katastrophe umgangen werden. Es erfordert jedoch eine ständige Aufsicht eines Operateurs einer Anlage, vor allem bei neuen Bauteil Serien. Wenn immer dieselbe Werkstücke gemacht werden, kann eine lockere  Beobachtungsart zugelassen werden. Zu beachten ist: Bei langsamer Anregung mit dem Erreger folgt das System der äusseren Kraft. Bei schneller Anregung  schwingt es gegenphasig und oft auch im Resonanzfall. Zu unterscheiden sind freie und erzwungene Schwingungen und unser System, Metall entspannen mit Vibration erwirkt ein letzeres und mit dem System findet ein Spannungsabbau statt, der durch den kleineren Energie Aufwand zwischen dem vor und nach dem Vibrationprozess erkennbar ist. Sowie die Amplitude resp. Beschleunigung ist grösser bei einem verspannten Werkstück und nach kurzer Zeit reduziert sich diese Werkstück Verspannung oft um einige Prozente, was auch die Bestätigung ist, dass ein Spannungsabbau erfolgt ist.

      

 

11. Metallenstpannen mit Vibration 2013

 

Bezogen auf das Gewicht des Werkstückes, führt das Vibrations Verfahren hinein in eine hohe Amplitude und niederfrequenzierenden Schwingungen für einen fest bestimmten Zeitraum. Dies beseitigt Restspannung ohne Verformung oder Veränderung der Zugfestigkeit, Streckgrenze oder Ermüdungsbeständigkeit und das statische Gleichgewicht wird wieder hergestellt.

Die effizientesten Vibrationsentspannungen erreichen wir, wenn wir im überkritischen Bereich vibrieren und stark abgeschwächte Schwingung   kontrolliert 30 Minuten erregt lassen. Wenn mit dem 1/3 - 2/3 Erregersystem – Aufspannungs System der Schwingungsknoten kontrollierbar angeordnet ist, sind die besten Resultate zu verzeichnen.

 

Niederfrequente Schwingungen hoher Amplitude führen Energie ins Werkstück und sind sehr effizient in der extrem starken Abnahme resp. Verkleinerung der    Schwingungsbäuche. Eigenspannungen in metallischen Werkstücke und den Schweissnähten. Die Vibrations Entspannungsanlage besteht üblicherweise aus einem stabilen V Erreger (Vibrator) mit verstellbarer, stufenloser einstellbarer  Geschwindigkeit und stufenlos einstellbarem zweiteiligem Erreger, der von 0% bis 100 % einstellbar ist. Der Erreger muss sehr gut, spielfrei fest am Werkstück befestigt werden. Der Erreger wird am Steuergerät angeschlossen. Auch am Werkstück befestigt wird ein Beschleunigungsaufnehmer, der die Schwingungen erkennt und er sendet ein Signal an das Steuergerät WIAP LC, das die kritischen Punkte ermittelt und auf einer Anzeige angezeigt. Mit dem DK 20 wird auch auf der Excel Tabelle und im Lap Top angezeigt. Danach auf der Excel Tabelle. Wenn das Steuergerät und der V Erreger (Vibrator) mit einem  Lap Top mit Drucker ausgestattet ist, kann eine Tabelle erstellt werden. Auf dem Protokollblatt wird der Werkstückname, Operateur Name, Datum, Zeit, Zeichnungsnummer, sowie die Einstellung des Exzenter d.h. die % Stufe und allen weiteren nötigen Angaben festgehalten.

Die Entspannungszeit ist gemäss der Zeitabelle zu ermitteln. Wird die Entspannungszeit überschritten, wird das Werkstück keinen Schaden bekommen aufgrund von Ermüdung oder ein Verlust der Zugfestigkeit erreichen, sofern nicht mit zu langer Zeit auf dem kritischen Punkt entspannt wird mit einer Erreger Stufe, welche eine übermässigen G Wert erwirkt wird. Wenn Werkstücke sehr gross oder lang sind, oder grosse Freiflächen haben, kann es notwendig sein, das Verfahren an einem zweiten oder Dritten Punkt zu befestigen. Dies ist dann erforderlich, wenn der Schwingungsknoten die Knotenzone innerhalb des Werkstückes liegt.


In der Regel sollten für alle Anwendungen nachfolgend beschriebenes beachtet werden:

a) Unterstützen Sie das Werkstück in der bestmöglichen Art und Weise mit den 50 Shore Gummis. Min. 80 mm Dicke, besser 120 oder 200 mm. Keine Verbindung zum Boden oder keine Verbindung zu starren Strukturen, so dass das Werkstück frei vibrieren kann.

 

b) Der Erreger ist direkt mit dem Werkstück verbunden, um die gesamte erzeugte Energie auf das Werkstück zu übertragen.

 

c) Der V Schwingungserreger soll mit guten, robusten Verbindungslementen am Werkstück verbunden werden.

Das Vibrations Entspann Verfahren kann auf eine breite Palette von Eisen, darunter Stahl und Edelstahl, Gusseisen in einer Vielzahl von Formen verwendet werden.

 

 

12. Materialunterschiede

 

Für ferritischen oder austenitischer Stahl sind unterschiedliche Charakteristiken noch in der Auswertung und werden noch formuliert. Baustahl Konstruktionen. Rostfreie Konstruktionen wurden von uns bis heute am meisten angewendet.

 

13. Andere Gerätehersteller

 

Es gibt einige Hersteller von Vibrations Entspannungsanlagen. Stark etabliert hat sich dieses Geschäftsfeld in den Vereinigten Staaten. Schon aus den 30-er Jahren sind Abhandlungen über das Thema zu finden. Da sich auch die Luftfahrt und Rüstung intensiv damit beschäftigt, zeigt, dass das Verfahren einen guten Zweck erfüllt ist. Viele Maschinenhersteller oder Anlagenbauer erkannten, dass das Vibrationsentspannen eine Alternative zum Glühen ist. Auch von der Kostenseite führt kein Weg am Metall entspannen mit Vibration vorbei. Es ist auch gut, dass es heute mehrere Vibrations Entspannungsanlagen Hersteller gibt. Ein guter Wettbewerb fördert die Technik und gibt generell auch Vertrauen in dieses, heute zukunfsträchtige Verfahren. Es gibt heute einige Vibartions Entspannungs Anlagenhersteller aus den USA, Russland, China, Indien, Rumänien und natürlich wir aus der Schweiz / Europa, mit Erfahrung seit 1981. Es gab früher Schweizer Präzisionsteile Hersteller, die uns informierten, dass sie früher Ihre 15 Meter langen Werkstücke vor dem fertig Bearbeiten auf dem Eisenbahnwagen in der Schweiz herum fahren lassen mussten. Nur so hatten sie die Sicherheit, dass sich nach dem Fertigbearbeiten nicht durch den Verzug die tausendstel Toleranz auch eingehalten werden konnte. Da diese Vibrations-einbringung unkontrolliert war, war es notwendig, diese Ware mehr als drei Monate auf Eisenbahnwagen in der Schweiz herum fahren zu lassen.

 

 

14. Glüharten, wo gehört das Vibrieren hin

 

Das Metall entspannen mit Vibration erfüllt nicht alle Aufgaben der Thermischen Behandlung. Es beseitigt keine harten Stellen in einem Werkstück.

 

Beim kaltgezogenen Material die oberste Schicht, welche im Mikro Bereich liegt, kann nicht beseitigt werden.

 

Das Metall entspannen mit Vibration ist ein Verfahren, das in vielen Fällen das Spannungsarm glühen ersetzt resp. ergänzt. Es ersetzt nicht das Rekristallisationsglühen und Normalglühen oder Diffusionsglühen.

 

Hier eine Information über diese genannten Glüharten / Vibrationsentspannen.

 

Metall entspannen mit Vibration. Es wird 30 Minuten mit Vibration über dem  zweiten oder dritten kritischen Punkt bei ca. 50 bis 100 Herz Vibrations-entspannt, in der Regel, nicht über 8 G. Das Werkstück muss auf Gummi liegen, um ohne Erregerdämfung arbeiten zu können. Es soll nur ein schwacher Knotenpunkt zugelassen werden, wenn nur mit einer Aufspannung vibriert werden soll.

      

Spannungsarmglühen findet bei relativ niedrigen Temperaturen zwischen 480 °C und 680 °C statt und bewirkt, dass Eigenspannungen des Werkstücks beseitigt werden, die durch mechanische Verformung oder Bearbeitung eingebracht wurden. Ansonsten sollen die Stahleigenschaften möglichst nicht verändert werden.

 

Rekristallisationsglühen versteht man die Wiederherstellung von Kristallit-formen, wie sie vor einer Kaltverformung vorgelegen haben. Hierzu wird das Werkstück auf Temperaturen knapp oberhalb der Rekristallationstemperatur gewöhnlich zwischen 550 °C und 700 °C aufgeheizt. Die Rekristallations-temperatur hängt von Material und Verformungsgrad ab.

 

Normalglühen von Stählen ist eines der wichtigsten Wärmebehandlungs-verfahren. Es zielt auf die Bildung eines feinkörnigen Gefüges von Kristalliten, die gleichmäßig über das Werkstück verteilt sind, ab. Bei Stählen mit höherem Kohlenstoffgehalt liegt die Glühtemperatur knapp unter 800 °C; bei Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt steigt die Temperatur für das Normalglühen bis auf 950 °C.

 

Diffusionsglühen dauert bis zu 2 Tage lang, findet bei recht hohen Temperaturen zwischen 1050 °C und 1300 °C statt und soll für eine gleichmäßige Verteilung von Fremdatomen im Metallgitter sorgen. Die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt die Ausbildung der Phasen und somit die Stahleigenschaften.

 

Glühmatten_Glühen
Für eine Vielzahl von Abmessungen universell einsetzbar zum Vorwärmen und Glühen von Rundnähten mit großen Wandstärken, Formstücken und Armaturen, ballige und konische Bauteile, Stutzeneinschweißungen, Reparaturstellen an Gußbauteilen, Längsnähten an Stahl- und Blechkonstruktionen. Das Verfahren für Gross Konstruktionen, welche nicht in ein Ofen passen und lokal durch Schweißen Spannungen beseitigt werden müssen. Wird oft auch in der Ölindsutrie angewandt. Bei diesem Verfahren kann lokal am gewünschten Ort die Hochlauf Zeit, die Halte Zeit, sowie die Absenkzeit genau je nach Materialvorschrift der Hersteller überwacht werden und auch protokolliert werden. 

 

Rekristallisation Glühen wird nicht in der alten techn. Literatur gefunden. Hingegen findet man noch Worte wie Spannungsfrei glühen. D.h. es sind in den letzten Jahren viele neue Erkenntnisse dazu gekommen, dass kostenbewusster fabriziert werden kann.

 

Dass das Spannungsarmglühen und Rekristallisationsglühen kein Zunder gibt, zeigt den hohen Stellenwert die Nachbehandlung. Dass Metall entspannen mit Vibration angesiedelt wird vor dem Spannungsarm glühen. Es hat noch den enormen Vorteil, dass der Material Abhängige Temperatur Verlauf gar nicht beachtet werden muss. Wie das bei den beiden Verfahren Spannungsarmglühen und Rekristallisationsglühen nötig ist, heisst auch, dass das Vibrations-entspannen eine schnelle kostenbewusst Variante ist es einzusetzen.

 

 

15. Schlusswort

 

Metall entspannen mit Vibration als Alternative zu spannungsarm glühen? Ist dies der Weg, der viel Energie einsparen lässt? In den früheren Jahren gab es eine Grosszahl an Giessereien auf der ganzen Welt. Aus dem Grund wurden viele Grossserien hergestellt. Jedes Gussteil hat ja ein Modell benötigt, das auch immer einen hohen Betrag gekostet hat. Heute, im Jahr 2013 hat die Schweisstechnik viel verändert. Es wurden auch einige Giessereien  geschlossen. Damit auch die Möglichkeiten ein Werkstück an vielen Orten spannungsfrei/ spannungsarm glühen zu lassen. Als das Vibrationsentspannen schon vor vielen Jahrzehnten erkannt wurde, war der Bedarf noch nicht so  bewusst wie heute. Doch auch damals war es bewusst, dass grosse Konstruktionen nicht so ohne weiteres in ein Ofen getragen werden können. Jetzt kann diese Variante als Alternative genutzt werden. Auch, um nicht ein Werkstück oft Hunderte Kilometer auf der Strasse transportieren zu lassen, zum thermischen Entspannen. Dank der Protokollierung und der heutige Elektronik kann auch problemlos alles protokolliert werden, was auch die Qualitässicherung ermöglicht.

 

Metall entspannen mit Vibration ist ein hervorragendes System für Schweiß Konstruktionen, Zeitsparend, Kostensparend

 

Gerne stehen wir für weitere Auskünfte zur Verfügung.

 

 

DSCN9378

 

Wir bedanken uns, dass Sie sich die Zeit nahmen, unsere Dokumentation zu lesen. Wenn Sie Fragen haben, bitte senden Sie uns ein Mail an wiap@widmers.info

 

Danke  Gruss   Sven_ Iris_ Hans-Peter  Widmer

 

Hersteller und Vertrieb, Forschung  und Untersuchungen,  Konstruktion elektrisch und mechanisch, alles aus einer Hand

 

  

 

wiap_signet2WIAP® AG-Ltd-SA

Industriestrasse 48L

CH-4657 Dulliken

Telefon: ++41 62 752 42 60

Telefax­:  ++41 62 752 48 61

wiap@widmers.info

www.wiap.ch

 

 

Home     Kontakt     Impressum     Sitemap