Was ist eine Druckprüfung?
Eine Einführung


Druckprüfungen sind neben Zug- und Beugetests eine der grundlegendsten Arten mechanischer Prüfungen. Druckprüfungen werden verwendet, um das Verhalten eines Materials unter aufgebrachten Quetschlasten zu bestimmen, und werden in der Regel durch Anlegen von Druck auf ein Prüfmuster (normalerweise entweder einer quaderförmigen oder zylindrischen Geometrie) unter Verwendung von Platten oder speziellen Vorrichtungen an einer universellen Prüfmaschine durchgeführt. Bei einer Prüfung werden verschiedene Eigenschaften des Materials berechnet und als ein Spannungs-Dehnungsdiagramm dargestellt, das verwendet wird, um Qualitäten wie elastische Grenze, proportionale Grenze, Streckgrenze, Streckgrenze und für einige Materialien Druckfestigkeit zu bestimmen.

Warum Druckprüfungen?

Druckprüfungen ermöglichen es Herstellern, die Integrität und Sicherheit von Materialien, Komponenten und Produkten während mehrerer Phasen des Herstellungsprozesses zu bewerten. Damit ein Material für eine neue Anwendung oder ein neues Produkt ausgewählt werden kann, muss es die Fähigkeit demonstrieren, den mechanischen Kräften standzuhalten, denen es bei seiner Endanwendung ausgesetzt ist. Die möglichen Anwendungen können variieren von Festigkeitstests einer Autowindschutzscheibe bis zu Dauerhaltbarkeitstests von Betonträgern, die in der Konstruktion verwendet werden. Der in Sitzen verwendete  Schaum  muss für den Verbraucher bequem sein, während  Arzneimittelabgabegeräte  für medizinische Anbieter einfach einzusetzen sein müssen. Ferner können Materialien und Produkte über kurze oder lange Zeiträume, durch zyklischen oder wiederholten Gebrauch und unter einer Vielzahl unterschiedlicher Temperatur- und Umweltbedingungen mechanischen Kräften ausgesetzt sein. Von den Kissen in Autositzen wird erwartet, dass sie eine bestimmte Zeit lang halten, während  Autoreifen  ihre Elastizität bei jeder Witterung behalten müssen. Materialien, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, weisen in der Regel (aber nicht immer!) eine geringe Druckfestigkeit auf. Ebenso neigen Materialien mit hoher Druckfestigkeit dazu, eine geringe Zugfestigkeit aufzuweisen. Daher werden Druckprüfungen häufig bei spröden Materialien wie Beton, Metallen, Kunststoffen, Keramiken, Verbundwerkstoffen und Wellpappe eingesetzt. Diese Materialien werden häufig in einer Tragfähigkeit verwendet, in der ihre Integrität unter Druckkräften entscheidend ist. 

Im Gegensatz zu Zugversuchen, die normalerweise zur Bestimmung der Zugeigenschaften eines bestimmten Materials durchgeführt werden, werden bei Fertigprodukten häufig Druckprüfungen durchgeführt. Häufige Gegenstände wie Tennisbälle, Golfbälle, Wasserflaschen, Schutzhüllen, Kunststoffrohre und Möbel sind Beispiele für Produkte, die auf ihre Druckfestigkeit hin untersucht werden müssen. Beispielsweise möchte ein Ingenieur möglicherweise Kunststoff sparen, indem er Wasserflaschen mit dünneren Wänden erstellt, aber die Flaschen müssen dennoch stark genug sein, um in Paletten verpackt und für den Transport übereinander gestapelt zu werden. Druckprüfungen können dem Ingenieur helfen, das Gleichgewicht zwischen Produktstärke und Materialkonservierung zu optimieren.

Neben ihrer Bedeutung für F&E-Prozesse werden Zugversuche auch von Qualitätssicherungsabteilungen eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Chargen des Endprodukts die erforderlichen Spezifikationen für die Zugeigenschaften erfüllen. Dies ist sowohl aus sicherheitstechnischer als auch aus geschäftlicher Sicht wichtig, da fehlerhafte Produkte für den Endverbraucher gefährlich sein können und auch den Herstellern erheblichen Schaden in Form von Produktverzögerungen, Umsatzeinbußen und Rufschädigung zufügen können.



DURCHFÜHRUNG EINER DRUCKPRÜFUNG Die Grundprinzipien von Druckprüfungen

 


Druckprüfungen werden auf Universalprüfmaschinen durchgeführt, die auch als Druckprüfmaschinen bekannt sind. Diese Maschinen bestehen aus einem Rahmen mit einer oder zwei Spalten, der mit einer Lastzelle, Prüfsoftware und anwendungsspezifischen Platten sowie Zubehör ausgestattet ist. Universalprüfmaschinen sind in verschiedenen Kraftkapazitäten von 0,02 N bis 2.000 kN erhältlich. Die meisten Prüfungen mit geringen Kräften werden auf einem Tischgerät wie der Instron Baureihe 6800 durchgeführt, während für Anwendungen mit höheren Kräften Standgeräte wie die der Instron Industrial-Baureihe benötigt werden. Diese Systeme können verschiedenen Vorrichtungen konfiguriert werden, um jedes Produkt, Bauteil oder Material zu prüfen.

Aufbau eines Druckprüfsystems 


Druckprüfmaschine
Lastenrahmen
Druckprüfmaschinen können je nach ihrer Kraftkapazität mit einer oder zwei Spalten ausgestattet sein.
Software
In der Prüfungssoftware konfigurieren Bediener die Testmethoden und geben die Ergebnisse aus.
Wägezelle
Die Wägezelle ist ein Messumformer, der die auf das Prüfstück ausgeübte Kraft misst. Instron-Wägezellen sind bis zu 1/1000 Wägezellenkapazität präzise.
Druckplatten
Es gibt eine große Auswahl an Druckplatten und anderen Druckvorrichtungen für Prüfkörper aus unterschiedlichen Materialien, Formen und Größen.

 




INSTRON DRUCKPRÜFGERÄTE Systeme, Komponenten und Teile

 



Druckprüfmaschinen sind in einer Vielzahl von Größen und Kraftkapazitäten von 0,02 N bis 2.000 kN erhältlich. Die meisten Prüfungen mit geringer Kraft werden an einer elektromechanischen ein- oder zweispaltigen Tischmaschine durchgeführt, während Anwendungen mit höherer Kraft Bodenmodelle erfordern. Die Serie 6800 Systeme von Instron sind in Leistungsbereichen bis zu 300 kN erhältlich und können eine breite Palette von verschiedenen Testtypen durchführen, einschließlich Zug, Druck, Biegen, Schälen, Reißen, Scheren, Reibung, Torsion, Punktion und vieles mehr. Die servo-hydraulischen Systeme der Industrial-Serie von Instron sind für die Prüfung von hochfesten Metallen, Legierungen und fortschrittlichen Verbundwerkstoffen mit noch höherer Kapazität ausgelegt.

Serie 6800 Universal-Prüfsysteme


Universal-Prüfsysteme mit bis zu 300 kN

Einzel- und Doppelsäulen-Tisch- und Bodenmodell-Prüfsysteme mit einem Kraftkapazitätsbereich von 0,02 N (2 gf) bis 300 kN.

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Industrial-Serie Universalprüfsysteme bis zu 2000 kN


Industrial-Serie Universalprüfsysteme bis zu 2000 kN

Die Industrial-Serie von Instron umfasst Rahmen mit einem oder zwei Prüffeldern und einer Kraftkapazität von 300 kN bis 2000 kN.

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DRUCKPLATTEN
Selbstausrichtung | Hohe Kraft | Ermüdungsbewertung


Druckplatten werden verwendet, um Druckprüfungen an einer Vielzahl von Materialien und Komponenten durchzuführen. Wenn sie in einer Universalprüfmaschine installiert werden, können eine Vielzahl von Prüfungen durchgeführt werden, um Eigenschaften wie Druckmodul, Druckfestigkeit und Druckstreckgrenze zu bestimmen.

Selbstausrichtende/sphärische Sitze


Serie 2501 für statische Prüfungen
Lastkapazitäten von 50 N bis 600 kN

DIe Druckplatten der Serie 2501 sind präzise gefertigte Vorrichtungen, die für eine gleichmäßige Verteilung der Druckkräfte während einer Prüfung entwickelt sind. Diese Platten haben eine gehärtete Oberfläche (Rockwell HRC 58/60) für Druckprüfungen, bei denen eine gleichmäßige Spannungsverteilung entscheidend ist.


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Selbstausrichtende/sphärische Sitze


Selbstausrichtende/sphärische Sitze
Für statische und dynamische Testanwendungen

Während der Anwendung einer kleinen Vorspannung stellt die kugelförmige Sitzkompressionsplatte die Selbstausrichtung bereit, die erforderlich ist, um Druckproben mit nicht vollständig parallelen Oberflächen aufzunehmen.


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W-2004-D Druckplatten


W-2004-Serie für statische Prüfungen mit hoher Kraft
600 kN – 5000 kN Lastkapazitäten

Diese hochfesten vielseitigen Platten können einfach mit Instron und anderen statischen universellen Prüfmaschinen konfiguriert werden.


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Schaumstoff-Druckvorrichtung
Katalognr. 2810-130

Die Schaumstoff-Druckvorrichtung ist für die Eindrück- und Druckprüfung von expandierten zellulären Materialien konzipiert. Zu den Normen, die diese Art der Befestigung vorschreiben, gehören ASTM D3574, ASTM D5672, ISO 2439 und ISO 3386. Zu den wichtigsten Bestandteilen der Vorrichtung gehören ein gelochter Ladetisch und ein kreisförmiger Eindringkörper/Amboss. Der obere Amboss mit 203 mm Durchmesser ist mit einem Drehgelenk ausgestattet. Die Grundplatte ist mit 6,5 mm großen Löchern im Abstand von 20 mm perforiert und steht von der Montagefläche ab, damit die Luft schnell aus der Probe entweichen kann.


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2840-Serie Druckplatten


2840-Serie für dynamische Prüfungen
Statische Lastkapazitäten von 200 kN bis 2000 kN | Dynamische Lastkapazitäten von 100 kN bis 1000 kN

Die Druckplatten der Serie 2840 verfügen über eine LVDT-Montage und sind für zuverlässige Ermüdungstests bei hohem Druckzyklus ausgelegt.


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Adaptersatz für Druckbefestigung


Adaptersatz für Druckbefestigung
Nenndruck: 690 MPa (100.000 psi)

Bietet eine Tischbaugruppe, die in die Betätigungsstange geschraubt wird und für die Platzierung der unteren Druckplatten und anderer optionaler Vorrichtungen geeignet ist.


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NORMEN FÜR DRUCKPRÜFUNGEN Normen für die Prüfung von Kunststoffen, Elastomeren und Metallen

 



Die meisten Druckprüfungen werden nach festgelegten Normen durchgeführt, die von Normungsorganisationen wie ASTM und ISO veröffentlicht werden. Prüfnormen schreiben akzeptable Prüfparameter und -ergebnisse für verschiedene Arten von Rohstoffen wie Metalle und Beton vor, die für Infrastrukturprojekte verwendet werden, sowie für Fertigprodukte wie medizinische Geräte und Unterhaltungselektronik. Diese Normen stellen sicher, dass Materialien und Produkte, die in die Lieferkette gelangen, vorhersehbare mechanische Eigenschaften aufweisen und bei ihrer erwarteten Endverwendung wahrscheinlich nicht versagen werden. So folgen die Möbel-, Automobil- und Matratzenindustrien zum Beispiel ASTM D3574, die die Einrückkraftauslenkung von Polyurethanschaum misst. Diese Prüfung misst die anfängliche Weichheit des Schaums, indem die Kraft gemessen wird, wenn der Schaum auf 25 % seiner ursprünglichen Dicke komprimiert wird. Dann misst die Prüfung, wie stützend er ist, indem die Kraft gemessen wird, wenn er auf 65 % seiner ursprünglichen Dicke komprimiert wird. Ingenieure, die Autositzen entwickeln, geben den Wert für die Eindrückkraft des Schaums an, den sie für ihr Endprodukt wünschen, und die Produktionsstätte führt die Prüfung mehrmals pro Schicht durch, um zu gewährleisten, dass jeder einzelne Sitz das gleiche Gefühl in Bezug auf Weichheit und Stützkraft bietet. Da die Kosten- und Sicherheitsauswirkungen eines Produktversagens nicht genug betont werden können, werden Unternehmen ermutigt, in hochwertige präzise Prüfgeräte zu investieren, mit denen leicht festgestellt werden kann, ob ihre Produkte die geltenden Normen erfüllen oder nicht.

Im Folgenden finden Sie eine Auflistung einiger der gängigsten internationalen Prüfnormen für Zugversuche.

  • ASTM C109 | Druckprüfung 2-Zoll-Betonwürfel
  • ASTM C170 | Druckfestigkeit von Abmessungsstein
  • ASTM C365 Druckprüfung von Sandwich-Kernmaterialien
  • ASTM C39 | Druckprüfung Betonzylinder
  • ASTM D1621 | Druckeigenschaften von starren zellulären Kunststoffen
  • ASTM D2844 | Feuchtigkeitsexsudationstest verdichtete Böden
  • ASTM D3410 | Druckfestigkeit von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen
  • ASTM D575-91 | Standardtestverfahren für Gummieigenschaften bei Kompression
  • ASTM D6484 | Druckfestigkeit von Polymermatrix-Verbundlaminaten
  • ASTM D6641 | Kompressive Eigenschaften von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen unter Verwendung einer kombinierten Belastungskompression (CLC)-Testvorrichtung
  • ASTM D695 | Druckprüfung starrer Kunststoffe
  • ASTM D7137 | Eigenschaften der kompressiven Restfestigkeit beschädigter Polymermatrix-Verbundplatten
  • ASTM F1306 | Langsamer Durchdringungswiderstand von flexiblen Barrierefolien und Laminaten
  • ASTM D3574 | Standard-Testmethoden für flexible Zellmaterialien
  • ISO 11608 | Nadelbasierte Injektionssysteme
  • ISO 14126 | Druckeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffverbundstoffen auf der Ebene
  • ISO 604 | Druckeigenschaften von Kunststoffen
  • ISO 7886 || Prüfung steriler Injektionsspritzen
  • ISO 844 | Druckeigenschaften von starren zellulären Kunststoffen
  • AITM Airbus Testmethode | Bestimmung der Druckfestigkeit nach Aufprall
  • AASHTO T 190 | Widerstands-R-Wert und Ausdehnungsdruck verdichteter Böden
  • BSS 7260 | Druckfestigkeit von Verbundlaminaten nach dem Aufprall
  • Caltrans Prüfmethode (CTM) 301 | Feuchteexsudationstest verdichteter Böden
  • EN 12430 | Punktkompression der Wärmedämmung
  • EN 14477 | Durchstichfestigkeit von flexiblem Verpackungsmaterial
  • EN 50086-2-4 | Leitungssysteme, unterirdisches Kabelmanagement
  • EN 826 | Bestimmung des Druckverhaltens von Wärmedämmprodukten
  • RSF | Bestimmung der Restdichtkraft
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