Druck-Scherung

Die Druckscherprüfung ist ein mechanisches Prüfverfahren, mit dem die Fähigkeit eines Materials gemessen wird, Scherkräften zu widerstehen, während es einer Druckbelastung ausgesetzt ist. Im Gegensatz zur Zugprüfung, bei der die Materialien auseinandergezogen werden, werden bei dieser Technik die Materialien zusammengedrückt, wobei eine Gleit- oder Scherwirkung entlang einer bestimmten Ebene entsteht.

Sie wird häufig zur Beurteilung der Haftfestigkeit von Klebstoffen, der interlaminaren Leistung von Verbundwerkstoffen und der inneren Scherfestigkeit von geschichteten oder strukturellen Materialien eingesetzt. Durch die Simulation von Betriebsbedingungen, bei denen Scherung unter Druck auftritt, wie z. B. Fugen in Bauplatten oder Klebeverbindungen in Automobilkonstruktionen, können Ingenieure die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten sowie die Einhaltung von Leistungsanforderungen überprüfen.

Scherdruckprüfungen werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, in denen Materialien Scherspannungen unter Druck standhalten müssen.

Bewertung von Klebeverbindungen

Klebeverbindungen werden oft dort eingesetzt, wo mechanische Befestigungen unpraktisch sind. Mit Hilfe der Scherdruckprüfung kann sichergestellt werden, dass diese Klebungen den Belastungen standhalten, ohne vorzeitig zu versagen.

Häufige Anwendungen sind:

• Automobilbau - Verklebung von Karosserieteilen und Strukturelementen
• Bauwesen - Befestigung von Verbundstoff-Wandplatten, Fassadenelementen und Strukturlaminaten

Prüfung geschichteter Verbundwerkstoffe

Schichtverbundwerkstoffe, wie z. B. Rumpfplatten in der Luft- und Raumfahrt oder Fahrwerkskomponenten in der Automobilindustrie, sind komplexen, multidirektionalen Belastungen ausgesetzt. Die Druck-Scher-Prüfung misst die interlaminare Festigkeit und deckt Schwachstellen im Verbund zwischen den Schichten auf. Dies ist bei sicherheitskritischen Anwendungen, bei denen eine Delaminierung zu einem Versagen führen könnte, unerlässlich.

Die Testkonfigurationen variieren je nach Material, Anwendung und relevanter Industrienorm.

Einzelscherung

• Beinhaltet eine Scherebene
• Wird häufig bei der Prüfung von Klebeverbindungen und kleineren Proben verwendet
• Einfachere Konstruktion der Vorrichtung, aber empfindlicher gegenüber Ausrichtungsfehlern

Doppelte Scherung

• Beinhaltet zwei Scherebenen für symmetrische Belastung
• Verringert Biegeeffekte und verbessert die Genauigkeit
• Wird für größere oder dickere Materialien verwendet, die repräsentativere Belastungsbedingungen erfordern

Vergleich: Konfigurationen mit einfacher Scherung sind schneller und weniger komplex, während Konfigurationen mit doppelter Scherung bevorzugt werden, wenn eine gleichmäßige, symmetrische Spannungsverteilung erforderlich ist.

Relevanz für Polymermatrix-Verbundwerkstoffe

Polymermatrix-Verbundwerkstoffe werden wegen ihres Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht geschätzt und in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und bei Sportartikeln eingesetzt. Druck-Scherprüfungen werden zur Bestimmung der Schereigenschaften in der Ebene und der Leistung bei Druck nach dem Aufprall verwendet.

Zu den einschlägigen Normen gehören:

• ASTM D3410 - Druckeigenschaften von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen mit unidirektionaler Verstärkung
• ASTM D6641 - Druckprüfung mit kombinierter Belastung für Verbundwerkstoffe mit Polymermatrix

Die Einhaltung anerkannter Normen gewährleistet Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit der Ergebnisse. Zu den gängigen ASTM-Normen für Scherdruckprüfungen gehören:

• ASTM D905 - Scherfestigkeit von Klebeverbindungen in Holz
• ASTM D732 - Scherfestigkeit von Kunststoffen mit einem Stanzwerkzeug
• ASTM D3410 - Druckeigenschaften von Verbundwerkstoffen mit Polymermatrix
• ASTM D6641 - Kombinierte Druckbelastungsmethode für Verbundwerkstoffe mit Polymermatrix

In jeder dieser Normen sind Probenabmessungen, Ausrichtungsanforderungen, Belastungsraten und Berechnungsmethoden festgelegt, um einheitliche Ergebnisse zu gewährleisten.

Vorteile

• Hohe Präzision - genaue Messung der Scherfestigkeit unter kontrollierter Kompression
• Vielseitigkeit - geeignet für Klebstoffe, Verbundwerkstoffe, Metalle und Kunststoffe
• Realistische Simulation - Nachbildung von Betriebsbedingungen, bei denen Scherung und Druck zusammen auftreten
• Unterstützt Innovationen - liefert Informationen für Designverbesserungen und Materialauswahl

Überlegungen

• Probenvorbereitung - Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit und Kantenqualität beeinflussen die Ergebnisse
• Ausrichtung und Kalibrierung - Ausrichtungsfehler können Biegespannungen verursachen und die Ergebnisse verfälschen
• Auflagebedingungen - eine unzureichende Einspannung kann zu vorzeitigen oder nicht repräsentativen Versagensarten führen

Mecmesin bietet Präzisionstestsysteme und Spannzeuge an, die für Konfigurationen mit einfacher und doppelter Scherung entwickelt wurden und für eine große Auswahl an Materialien und Belastungskapazitäten geeignet sind.

• OmniTest Einsäulen-Materialtester - Ideal für Klebstoffe und kleine Verbundwerkstoff-Proben, mit Kapazitäten bis zu 7,5 kN
• Motorisierter Prüfstand MultiTest-dV - Kostengünstige, vielseitige Option für Scherprüfungen mit geringerem Durchsatz und präziser Steuerung
• OmniTest Zweisäulen-Materialprüfgerät - Geeignet für Hochleistungsanwendungen bis zu 50 kN, große Proben und Doppelscherversuche
• VectorPro Software - Bietet eine erweiterte Steuerung, Live-Datenerfassung, Berechnung der Scherfestigkeit und automatische Berichterstellung
• Kundenspezifische Scherbefestigungsvorrichtungen - Entwickelt für die Einhaltung von ASTM- und Industriestandards, um eine korrekte Ausrichtung und Belastung zu gewährleisten

Scherdrucktests sind unerlässlich, um die Haftfestigkeit, die Integrität von Verbundwerkstoffen und die innere Scherfestigkeit von Strukturmaterialien zu überprüfen. Durch die Verwendung von standardkonformen Methoden und Präzisions-Equipment von Mecmesin können Ingenieure verlässliche, wiederholbare Daten erhalten, um die Materialauswahl zu leiten, das Design zu optimieren und die Sicherheit zu gewährleisten.

Um Ihre Anwendung zu besprechen, das richtige Schertestsystem auszuwählen oder Spannzeuge für ASTM-konforme Tests zu konfigurieren, sprechen Sie mit Mecmesins technischem Team. Wir werden Ihnen dabei helfen, akkurate, konsistente und nachvollziehbare Scherfestigkeits-Ergebnisse für Ihre Produkte zu erhalten.