Festigkeitsprüfungen
Universalfestigkeitsprüfmaschine "TIRAtest 2850"

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Dokumenteninhalt:

1. Gerätebeschreibung
2. Prüfmöglichkeiten & Anwendungsbeispiele
   • Biegeversuche
   • Druckfestigkeitsprüfungen
   • Zugfestigkeitsprüfungen
   • Prüfungen unter besonderen Bedingungen

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Gerätebeschreibung:

Universalfestigkeitsprüfmaschine
Gerätebezeichnung: TIRAtest 2850
Hersteller: TIRA GmbH

Datenerfassungs- und Steuerungselektronik
Gerätebezeichnung: EDC120
Hersteller: DOLI Elektronik GmbH

Die WZR ceramic solutions GmbH arbeitet mit einer Universalfestigkeitsprüfmaschine der Firma. TIRA GmbH, die Modellbezeichnung ist 2850. Hiermit können Festigkeitsprüfungen an verschiedensten Werkstoffen wie z.B. Glas, Gewebe, Keramiken, Kunststoffe, Metalle, Holz, uvm. durchgeführt werden.

Die Maschine bietet bei einer nutzbaren Traversenbreite von 45cm und einer Maximalhöhe des Prüfraums von ca. 100cm ausreichende Flexibilität zur Untersuchung der unterschiedlichsten Werkstoffe, die im WZR untersucht werden. Prüfungen können bis zu auftretenden Maximalkräften von 50kN durchgeführt werden. Sind Prüfkräfte erforderlich, die 50kN überschreiten, müssen größer dimensionierte Prüfmaschinen ( z.B. Heckert FPZ 100 ) eingesetzt werden, über die das WZR ebenfalls verfügt.

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Prüfmöglichkeiten & Anwendungsbeispiele:

Biegeversuche

Die Festigkeit spröder Werkstoffe wie Keramiken wird für gewöhnlich im Biegezugversuch bestimmt. Hierbei werden prismatische Probekörper auf die beiden Schneiden des unteren Auflagers gelegt und die Probe mit einer dritten Schneide von oben bis zum Bruch belastet. Diese Dreipunkt-Biegeprüfung wird an silicatischen und Feuerfesten Keramiken durchgeführt, die Prüfung erfolgt dann z.B. nach DIN EN 993-6. Zur Ermittlung der Festigkeit von feinkörnigeren und kleineren Proben wird für Gewöhnlich die Vierpunkt-Biegeprüfung durchgeführt (siehe Bild 3). Hierbei wird anstatt mit einer oberen Biegeschneide mit zwei Schneiden belastet. Der obere Auflagerabstand ist hierbei geringer als der untere, gängige Maße sind 20mm Auflagerabstand für die beiden oberen Biegeschneiden und 40mm für die unteren. Solche Prüfungen sind beispielsweise in der DIN EN 843-1 genormt.

In Verbindung mit der Dreipunkt-Biegeprüfung kann die Durchbiegung der Proben mit Hilfe eines Wegaufnehmers gemessen werden, der mittig unter der Probe angesetzt wird. Durch Aufzeichnen der aufgebrachten Kraft und der Durchbiegung der Probe kann ein Kraft-Dehnungs-Diagramm (σ-ε-Diagramm) erzeugt werden (siehe Bild 4), woraus der E-Modul der Probe berechnet werden kann. Als Norm für diese Prüfung wird z.B. die DIN EN 843-2 verwendet.

Druckfestigkeitsprüfungen

Spezielle keramische Werkstoffe werden zur Auskleidung von Thermoprozessanlagen verwendet. Man spricht hier allgemein von Feuerfesten Werkstoffen, die hohen Temperaturen, Temperaturwechseln oder aggressiven Medien Widerstand leisten müssen. Geformte Produkte werden eingesetzt um solche Anlagen auszumauern. Hierfür spielt die Belastbarkeit dieser Produkte eine entscheidende Rolle. Dieser Parameter kann über die Prüfung der Druckfestigkeit gemessen werden. Hierzu wird eine zylindrische oder kubische Probe mit einem steigenden Druck belastet, bis sie zerbirst (siehe Bild 5). Dieses Verfahren ist beispielsweise in der DIN EN 993-5 genormt.

Eine Variation der Druckfestigkeitsprüfung stellt die Prüfung von zylindrischen Proben im Scheibendruckversuch oder auch Brasilianertest dar (siehe Bild 6). Hierbei wird die Probe über ihren Umfang belastet, wodurch Zugspannungen im Inneren der Probe aufgebaut werden. Diese führen dazu, dass im 90°- Winkel zur Druckrichtung Zugkräfte entstehen, die die Probe zum Reißen bringen. Es wird mit dieser Methode also indirekt die Zugfestigkeit von keramischen Proben bestimmt. Die Geometrie der Prüfkörper beträgt d=30mm und h=15mm. Dieses Verfahren wird eingesetzt um die Festigkeit von keramischen Proben im Neuzustand zu prüfen, aber auch bei Schadenfällen, wo oft nur kleine Proben oder Bruchstücke zur Verfügung stehen.

 

Zugfestigkeitsprüfungen

Als eine weitere Möglichkeit im Druckversuch unter Verwendung eines speziellen Auflagers die indirekte Zugfestigkeit von spröden Werkstoffen zu prüfen ist die Glasprüfung im Doppelringversuch (siehe Bild 7). Hierfür wird die zu prüfende Glasscheibe mit einer transparenten Folie beklebt und auf ein unteres zylinderförmiges Auflager gelegt. Die Belastung erfolgt über ein zylinderförmiges oberes Auflager, dessen Durchmesser kleiner ist als der des unteren Auflagers. Bei steigender Druckbelastung wird die Festigkeit des Glases überschritten, wodurch es sternförmig reißt (siehe Bild 7 rechts). Durch diese Prüfung können dünne Glasscheiben ohne aufwändige Probenvorbereitung auf ihre Festigkeit geprüft werden.

Metalle und Kunststoffe werden für gewöhnlich im Zugversuch geprüft. Hierbei werden streifenförmige Proben, oder solche mit rundem Querschnitt verwendet. Standardisierte Prüfungen werden nach den unterschiedlichen Normen durchgeführt.
In Bild 8 ist die Prüfung der Zugfestigkeit von Faserwerkstoffen zu sehen. Hier wird das langsame Reißen der Gewebebestandteile in der Kraft-Verformungs-Kurve aufgezeichnet, um neben der Ermittlung der maximalen Zugfestigkeit eine Aussage über das Reißverhalten des betreffenden Werkstoffs treffen zu können.

Prüfungen unter besonderen Bedingungen

In der Abbildung 9 ist die Druckprüfung einer supraleitenden Probe in einem Bad aus flüssigem Stickstoff zu sehen. Bei einer Temperatur von -196°C kommt ein zylinderförmiges Auflager aus Glasfaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz. Es lassen sich also auch Prüfungen unter extremen Bedingungen realisieren. So führen wir auch Hochtemperaturmessungen bis 1400°C in unserer Apparatur für Heißbiegefestigkeit durch.

Wie dieses und die anderen Beispiele zeigen, können eine Vielzahl an Prüfungen durchgeführt werden. Die Universalfestigkeitsprüfmaschine TIRAtest 2850 ist damit ein Allrounder in Sachen Druck-, Zug- und Festigkeitsprüfungnen. Zu weiteren Prüfungsmöglichkeiten mit diesem System beraten Sie die Mitarbeiter der WZR ceramic solutions GmbH gerne.

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© WZR ceramic solutions GmbH, August 2008