Prüfung auf Zug und Druck

Zug- und Druckprüfungen gehören zu den am häufigsten verwendeten mechanischen Prüfverfahren, um zu beurteilen, wie sich ein Material oder ein Bauteil unter Belastung verhält.

Bei einem Zugversuch wird eine Probe einer Zugkraft ausgesetzt, bis sie einen definierten Punkt erreicht, z. B. die Streckgrenze, die Zugfestigkeit oder den Bruch. Dabei werden Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Steifigkeit, Dehnung und Duktilität ermittelt. Bei einem Druckversuch wird die Probe einer Druckkraft ausgesetzt, oft um die Druckfestigkeit, das Verformungsverhalten oder das Knickverhalten zu bestimmen.

Diese Prüfungen können als statische Prüfungen durchgeführt werden, bei denen eine konstante Last aufgebracht wird, bis ein Ziel- oder Versagenspunkt erreicht ist, oder als dynamische Prüfungen, bei denen die Last im Laufe der Zeit variiert, um Betriebsbedingungen zu simulieren. Statische Tests werden häufig zur grundlegenden Materialcharakterisierung und Qualitätskontrolle verwendet, während dynamische Tests oder Ermüdungstests Aufschluss über die langfristige Haltbarkeit und die Ausfallarten geben.

Elektromechanische Prüfsysteme, wie das MultiTest-dV, sind sowohl für Zug- als auch für Druckanwendungen weit verbreitet. Sie kombinieren eine präzise Motorsteuerung mit digitalen Messsensoren und ermöglichen so hochgradig wiederholbare Prüfungen und eine detaillierte Erfassung von Leistungsdaten.

Elektromechanische und servohydraulische Systeme

Bei der Zug- und Druckprüfung kommen hauptsächlich zwei Antriebstechniken zum Einsatz: elektromechanische Systeme und servohydraulische Systeme.

Elektromechanische Systeme verwenden motorgetriebene Schrauben oder Aktuatoren zur Kraftaufbringung. Sie bieten hohe Präzision, ausgezeichnete Wiederholbarkeit und Feinsteuerung über einen breiten Bereich von Kräften und Geschwindigkeiten. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, die eine hohe Messauflösung erfordern, wie z. B. die Prüfung empfindlicher Baugruppen, Kunststoffe, Elastomere und kleiner Metallteile. Die MultiTest-dV-Reihe bietet beispielsweise eine genaue Kraftregelung mit einer Genauigkeit von ±0,1 % der angezeigten Last, flexible Geschwindigkeitseinstellungen von 0,1 mm/min bis über 1000 mm/min und eine integrierte Datenerfassung.

Servohydraulische Systeme verwenden eine unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zur Bewegungserzeugung. Sie sind in der Lage, sehr hohe Kräfte zu erzeugen und werden häufig für die Prüfung großer oder struktureller Komponenten in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie eingesetzt. Sie eignen sich gut für zyklische Hochgeschwindigkeits- und Ermüdungsprüfungen, sind jedoch wartungsintensiver und im Allgemeinen weniger energieeffizient als elektromechanische Systeme.

Statische Prüfung und Ermüdungsprüfung

Bei statischen Prüfungen wird eine konstante Last oder Verschiebung aufgebracht, bis ein bestimmter Punkt erreicht ist oder ein Versagen auftritt. Dies ist wichtig für die Bestimmung von Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Druckmodul.

Bei der Ermüdungsprüfung werden wiederholt Belastungen aufgebracht und wieder entfernt, um die Beanspruchungen zu reproduzieren, denen ein Bauteil im Betrieb ausgesetzt ist. Dies ist entscheidend für die Vorhersage der Produktlebensdauer und die Identifizierung potenzieller Fehlerstellen. Ermüdungstests mit hohen Zyklen können bis zu einer Million Zyklen bei niedrigeren Belastungen umfassen, während Ermüdungstests mit niedrigen Zyklen die Leistung bei höheren Belastungen und weniger Zyklen bewerten.

Eine typische Prüfung umfasst:

• Probenvorbereitung - Die Probe wird entsprechend der jeweiligen Norm vorbereitet, wobei die Abmessungen und die Oberflächenbeschaffenheit kontrolliert werden. Zu den üblicherweise geprüften Materialien gehören Metalle, Kunststoffe, Elastomere, Verbundstoffe und Textilien.
• Einsetzen in den Prüfrahmen - Die Probe wird mit geeigneten Klemmen oder Vorrichtungen befestigt, die ein Verrutschen oder eine Beschädigung verhindern. Für Druckprüfungen werden in der Regel flache Platten oder Druckvorrichtungen verwendet.
• Kraftaufbringung - Die Maschine übt eine kontrollierte Kraft mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus. Kraftmessdosen messen die aufgebrachte Kraft, und Dehnungsaufnehmer verfolgen die Dehnung oder Stauchung.
• Umweltkontrolle - Die Prüfungen können bei Umgebungstemperatur oder in Kammern zur Simulation von Hitze, Kälte oder Feuchtigkeit durchgeführt werden.
• Datenerfassung und -analyse - Die Messungen werden als Kraft-Weg- oder Spannungs-Dehnungs-Kurven aufgezeichnet, aus denen Parameter wie Elastizitätsmodul, Streckgrenze und maximale Belastung vor dem Versagen hervorgehen.

Systeme wie das MultiTest-dV können mit hochpräzisen Sensoren wie VFG-, AFG- oder ELS-Kraftmessdosen gekoppelt werden. Dehnungsaufnehmer erfassen feine Dehnungsmessungen, um genaue und wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten.

Industrielle Anwendungen

Zug- und Druckprüfungen werden in vielen Industriezweigen eingesetzt, um die Konstruktionsleistung zu validieren, die Qualität zu sichern und gesetzliche Anforderungen zu erfüllen:

• Automobilindustrie - Bewertung von Antriebswellen, Bolzen, Federn und Befestigungselementen, um einen sicheren Betrieb unter Last zu gewährleisten.
• Medizinische Geräte - Messung der Kolbenkräfte von Spritzen, der Elastizität von Schläuchen und der Zugfestigkeit von Nahtmaterial in Übereinstimmung mit Sicherheitsstandards.
• Verpackungen - Prüfung der Abdrück- und Abziehkräfte von Flaschenverschlüssen, Dichtungen und Verschlüssen, um ein Gleichgewicht zwischen Dichtungsstärke und einfacher Öffnung herzustellen.
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung - Bewertung der strukturellen Integrität von Befestigungselementen, Klammern und Verbundwerkstoffkomponenten unter extremen Bedingungen.

Qualitätssicherung und Produktlebenszyklus

Wenn diese Tests in einem frühen Stadium der Produktentwicklung durchgeführt werden, helfen sie bei der Erkennung von Materialfehlern, der Validierung von Konstruktionen und der Simulation von Betriebsbedingungen. Durch den Einsatz von Steuerungs- und Analysesoftware wie VectorPro können Ingenieure Prüfabläufe automatisieren, detaillierte Datensätze erfassen und konformitätsreife Berichte erstellen. Die daraus resultierenden Daten unterstützen die Produktverbesserung und die vorausschauende Wartungsplanung.

Mecmesin bietet eine Reihe von Systemen für statisches und zyklisches Testen an, darunter:

• MultiTest-dV motorisierte Krafttester - Kompakte elektromechanische Systeme für Qualitätskontrolle und Forschung, die eine feine Geschwindigkeitskontrolle, digitale Ausgänge und Kompatibilität mit einer Vielzahl von Spannzeugen und Spannvorrichtungen bieten.
• OmniTest Einsäulen-Materialprüfgeräte - Geeignet für Anwendungen mit mittlerer Kraft, mit größerer Belastbarkeit und Anpassungsfähigkeit für eine breite Palette von Prüfarten.
• OmniTest Zweisäulen-Materialprüfgeräte - Konzipiert für die Prüfung hoher Lasten oder großer Bauteile, bieten sie die Stabilität und Kapazität, die für anspruchsvolle Anwendungen erforderlich sind.

Alle Systeme unterstützen kundenspezifische Prüfaufbauten, Umgebungskammern und die Integration mit Dehnungsmessern, hochpräzisen Kraftmessdosen und fortschrittlicher Analysesoftware.

Die Zug- und Druckprüfungen werden durch internationale Normen geregelt, die die Vergleichbarkeit und die Einhaltung von Vorschriften gewährleisten:

• ISO 527 - Dehnungseigenschaften von Kunststoffen
• ISO 7500 - Verifizierung von Kraftmesssystemen für Prüfmaschinen
• ASTM D638 - Dehnungseigenschaften von Kunststoffen
• ASTM E8 - Zugprüfung von metallischen Werkstoffen
• ASTM D695 - Druckeigenschaften von starren Kunststoffen

In regulierten Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik ist die Einhaltung dieser Normen für die Produktzulassung und Qualitätssicherung unerlässlich.

Die Wahl des richtigen Zug- und Drucktest-Equipments hängt von Faktoren wie dem Materialtyp, dem Kraftbereich, der Testgeschwindigkeit, den Umweltbedingungen und den anwendbaren Standards ab. Mecmesins technisches Team kann Sie bei der Auswahl des am besten geeigneten Equipments beraten und Testprozeduren entwickeln, um akkurate, wiederholbare und standardkonforme Ergebnisse zu gewährleisten.