Was ist Druckprüfung?

Bei der Druckprüfung handelt es sich um eine der grundlegendsten Arten von mechanischer Prüfung, zusammen mit Zugfestigkeits- und Biegeprüfungen. Mit Druckprüfungen wird das Verhalten von Materialien unter angelegten Stauchbelastungen bestimmt. Sie werden gewöhnlich durchgeführt, indem Kompressionskraft mittels Platten oder speziellen Vorrichtungen an einer Universalprüfmaschine auf eine Testprobe (normalerweise würfel- oder zylinderförmig) aufgebracht wird. Während der Prüfung werden verschiedene Eigenschaften des Materials berechnet und in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm aufgezeichnet, das dann zur Bestimmung von Eigenschaften wie Elastizitätsgrenze, Proportionalitätsgrenze, Dehngrenze, Streckgrenze und, bei manchen Materialien, die Druckfestigkeit verwendet wird.


Warum werden Druckprüfungen durchgeführt?

Mithilfe von Druckprüfungen können Hersteller die Integrität und Sicherheit von Materialkomponenten und von Produkten in verschiedenen Phasen des Herstellungsprozesses beurteilen. Mögliche Anwendungen reichen von Festigkeitsprüfungen einer Windschutzscheibe bis zu Ausdauerprüfungen von im Bau verwendeten Betonträgern. Materialien, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, tendieren zu einer niedrigen Druckfestigkeit (jedoch nicht immer!). Umgekehrt zeigen Materialien mit hoher Druckfestigkeit gewöhnlich eine schwache Zugfestigkeit. Daher werden Druckprüfungen oft bei spröden Materialien wie Beton, Metallen, Kunststoffen, Keramik, Verbundstoffen und gewellten Materialien wie Karton eingesetzt. Diese Materialien werden häufig in einer tragenden Kapazität eingesetzt, wo ihre Integrität unter Druckkräften von hoher Bedeutung ist.

Druckprüfung Belastungs-/Dehnungskurve

 

Anders als bei Zugfestigkeitsprüfungen, die gewöhnlich zur Bestimmung der Zugfestigkeitseigenschaften eines bestimmten Materials durchgeführt werden, werden Druckprüfungen oft an fertigen Produkten ausgeführt. Alltägliche Artikel wie Tennisbälle, Golfbälle, Wasserflaschen, Schutzgehäuse, Kunststoffrohre und Möbel sind alles Beispiele für Produkte, deren Druckfestigkeit geprüft werden muss. So kann zum Beispiel ein Ingenieur das Ziel verfolgen, weniger Kunststoff zu verbrauchen, indem er Wasserflaschen mit dünneren Wänden konstruiert. Aber die Flaschen müssen stark genug sein, um sich in Paletten verpacken und für den Transport aufeinander stapeln zu lassen. Mit Druckprüfungen kann der Ingenieur den Mittelweg zwischen Produktstärke und Materialeinsparung finden.

Maximale Druckfestigkeit

Die maximale Druckfestigkeit eines Materials ist der Wert der Druckbelastung im Moment des kompletten Materialversagens. Wenn spröde Materialien ihre maximale Druckfestigkeit erreichen, werden sie zerdrückt, und die Last fällt drastisch. Materialien mit höherer Verformbarkeit (die meisten Kunststoffe) reißen nicht, sondern verformen sich weiter, bis die Last nicht mehr auf die Probe, sondern eher auf die beiden Druckplatten aufgebracht wird. In derartigen Fällen kann die Druckfestigkeit als spezifische Verformung von 1 %, 5 % oder 10 % der Ausgangshöhe der Probe verzeichnet werden.

Branchenspezifische Prüfnormen

Viele ASTM- und ISO-Normen beziehen sich auf die Druckprüfung von zahlreichen Materialien. So befolgen z. B. die Möbel-, Kraftfahrzeug- und Matratzenhersteller die Norm ASTM D3574 die die Messung des Eindringkraft-Ablenkungswertes von Polyurethan-Schaumstoff beschreibt. Bei dieser Prüfung wird die ausgängliche Weichheit des Schaumstoffes gemessen, indem die Kraft gemessen wird, die zum Komprimieren des Schaumstoffes auf 25 % seiner ursprünglichen Stärke erforderlich ist. Dann wird gemessen, welcher Widerstand von dem Schaumstoff ausgeht, indem die Kraft gemessen wird, die zum Komprimieren des Schaumstoffes auf 65 % seiner ursprünglichen Stärke erforderlich ist. Entwickler von Kfz-Sitzen geben den Eindringkraft-Ablenkungswert des Schaumstoffs vor, den sie in ihrem Produkt wünschen, und der Hersteller führt die Prüfung mehrere Male in jeder Schicht aus, um zu garantieren, dass jeder hergestellte Sitz sich bezüglich Weichheit und Unterstützung gleich anfühlt.

Prüfgeräte

Druckprüfungen werden auf Universalprüfmaschinen durchgeführt. Diese Maschinen sind in verschiedenen Größen und Lastkapazitäten von 0,02 N bis 2.000 kN erhältlich. Die meisten Prüfverfahren mit geringen Kräften werden auf einem Tischgerät durchgeführt, etwa der Serie 6800 von Instron, während für Anwendungen mit höheren Kräften Bodenmodelle erforderlich sind, etwa die der Industrial-Serie von Instron.

Eine Universalprüfmaschine muss mit einer Prüfsoftware und anwendungsspezifischen Platten und Zubehör ausgestattet sein, wie etwa Extensometern. Die Art des zu prüfenden Materials bestimmt die Art des benötigten Zubehörs, und eine einzelne Maschine kann so angepasst werden, dass sie jedes beliebige Material innerhalb ihres Kraftbereichs prüft, indem einfach die Haltevorrichtung geändert wird.  

Allgemeine Normen für Druckprüfungen

ASTM D3574-17: Standard-Prüfmethoden für zellige Werkstoffe

ASTM D695-15: Druckeigenschaften von starren Kunststoffe

AITM 0010: Airbus-Prüfverfahren für die Bestimmung der Druckfestigkeit nach Schlageinwirkung

ASTM C109: Druckfestigkeitsprüfung an Betonwürfeln, 2 Zoll

ASTM D2844: Prüfung der Feuchtigkeitsdrainage von verdichteten Bodenproben

ASTM D3846: Standardprüfverfahren für die Scherfestigkeit in der Ebene von verstärkten Kunststoffen

ASTM D575-91: (2012) Standardtestmethode A für Gummieigenschaften in Kompression

ASTM F1306: Standardtestverfahren für die Penetrationsbeständigkeit von flexiblen Barrierefolien und Laminaten bei langsamer Durchdringung

ASTM F2267: Standardtestverfahren zur Messung der belastungsinduzierten Senkung des Zwischenwirbelkörper-Fusionsgeräts unter statischer axialer Kompression

EN12430: Wärmedämmstoffe für das Bauwesen, Bestimmung des Verhaltens unter Punktlast

ISO 7886-1: Sterile Einmalspritzen für medizinische Zwecke

ISO 844: Harte Schaumstoffe, Bestimmung der Druckeigenschaften