Universalfestigkeitsprüfmaschine „TIRAtest 2850“

Gerätebeschreibung
Festigkeitsprüfmaschine TIRAtest 2850
Bild 1: Festigkeitsprüfmaschine TIRAtest 2850

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.

 

Prüfmöglichkeiten & Anwendungsbeispiele:

Biegeversuche
Bild 3: Vierpunkt-Biegeversuch
Bild 2: Vierpunkt-Biegeversuch

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 2). 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.

 
Bild 4: Kraft-Verformungskurve
Bild 3: Kraft-Verformungskurve

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 3), woraus der E-Modul der Probe berechnet werden kann. Als Norm für diese Prüfung wird z.B. die DIN EN 843-2 verwendet.

 
Scheibendruckfestigkeitsprüfung
Prüfung der Scheibendruckfestigkeit
Bild 4: Prüfung der Scheibendruckfestigkeit

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.

 
B3B-Test
Prüfaufbau für den B3B-Test
Bild 5: Prüfaufbau für den B3B-Test

Der Ball on three Balls (B3B) Test ist eine biaxiale Festigkeitsprüfung speziell für keramische bzw. spröde Werkstoffe. Die Proben sind in aller Regel dünne runde Scheiben, mit einem Durchmesser von einigen mm. Vorteil der Prüfung ist die gute Reproduzierbarkeit und ein geringer Aufwand bei der Probenvorbereitung, da im Gegensatz zur Biegefestigkeitsprüfung, Kanteneffekte keinen Einfluss auf das Prüfergebnis haben.

Prüfaufbau für den B3B-Test. (https://www.isfk.at/de/960/)

 
Doppelringversuch
Prüfung von Glas im Doppelringversuch
Bild 6: Prüfung von Glas im Doppelringversuch

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 6). 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 6 rechts). Durch diese Prüfung können dünne Glasscheiben ohne aufwändige Probenvorbereitung auf ihre Festigkeit geprüft werden.