Was ist die Druckprüfung?
Eine Einführung
Die Druckprüfung ist eine der grundlegendsten Arten der mechanischen Prüfung, neben Zug- und Biegeprüfungen. Druckprüfungen werden eingesetzt, um das Verhalten eines Materials unter aufgebrachten Drucklasten zu bestimmen, und werden typischerweise durch das Aufbringen von Druck auf eine Prüfprobe (üblicherweise mit quaderförmiger oder zylindrischer Geometrie) mittels Druckplatten oder spezieller Vorrichtungen auf einer Universalprüfmaschine durchgeführt. Während der Prüfung werden verschiedene Materialeigenschaften berechnet und in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt, das zur Bestimmung von Eigenschaften wie Elastizitätsgrenze, Proportionalitätsgrenze, Streckgrenze, Dehngrenze und, bei einigen Materialien, der Druckfestigkeit verwendet wird.
Warum eine Druckprüfung durchführen?
Druckprüfungen ermöglichen es Herstellern, die Integrität und Sicherheit von Materialien, Komponenten und Produkten in verschiedenen Phasen des Herstellungsprozesses zu bewerten. Damit ein Material für eine neue Anwendung oder ein neues Produkt ausgewählt werden kann, muss es die Fähigkeit aufweisen, allen mechanischen Kräften standzuhalten, denen es in seiner Endanwendung ausgesetzt sein wird. Die potenziellen Anwendungen können von der Festigkeitsprüfung einer Autoscheibe bis zur Dauerprüfung von Betonbalken im Bauwesen reichen. Schaumstoff muss in Sitzen für den Verbraucher bequem sein, während Medikamentenverabreichungssysteme für medizinisches Personal einfach zu handhaben sein müssen. Darüber hinaus können Materialien und Produkte kurz- oder langfristig, durch zyklische oder wiederholte Nutzung sowie unter einer Vielzahl unterschiedlicher Temperatur- und Umgebungsbedingungen mechanischen Kräften ausgesetzt sein. Sitzkissen sollen eine bestimmte Zeit halten, während Autoreifen bei jedem Wetter ihre Elastizität bewahren müssen. Materialien, die eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, neigen dazu (aber nicht immer!), eine geringe Druckfestigkeit zu zeigen. Ebenso zeigen Materialien mit hoher Druckfestigkeit tendenziell eine geringe Zugfestigkeit. Daher werden Druckprüfungen häufig an spröden Materialien wie Beton, Metallen, Kunststoffen, Keramiken, Verbundwerkstoffen und Wellpappe durchgeführt. Diese Materialien werden oft in tragenden Anwendungen eingesetzt, wo ihre Integrität unter Druckkräften entscheidend ist. Autoreifen müssen ihre Elastizität bei allen Witterungsbedingungen beibehalten. Werkstoffe, die eine hohe Zugfestigkeit neigen dazu (aber nicht immer!), eine geringe Druckfestigkeit aufzuweisen. Ebenso neigen Werkstoffe mit hoher Druckfestigkeit dazu, eine geringe Zugfestigkeit aufzuweisen. Daher wird die Druckprüfung häufig bei spröden Werkstoffen wie Beton, Metallen, Kunststoffen, Keramiken, Verbundwerkstoffen und Wellmaterialien wie Karton eingesetzt. Diese Werkstoffe werden häufig in tragenden Anwendungen verwendet, bei denen ihre Integrität unter Druckkräften entscheidend ist.
Im Gegensatz zu Zugprüfungen, die üblicherweise zur Bestimmung der Zugeigenschaften eines bestimmten Materials durchgeführt werden, werden Druckprüfungen oft an fertigen Produkten vorgenommen. Gängige Artikel wie Tennisbälle, Golfbälle, Wasserflaschen, Schutzhüllen, Kunststoffrohre und Möbel sind alles Beispiele für Produkte, deren Druckfestigkeit bewertet werden muss. Ein Ingenieur möchte beispielsweise Kunststoff einsparen, indem er Wasserflaschen mit dünneren Wänden herstellt, 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 Produktfestigkeit und Materialeinsparung zu optimieren.
Neben ihrer Bedeutung für den F&E-Prozess werden Druckprüfungen auch von Qualitätssicherungsabteilungen eingesetzt, um sicherzustellen, dass Chargen von Fertigprodukten die erforderlichen Spezifikationen für Druckeigenschaften erfüllen. Dies ist sowohl aus Sicherheits- als auch aus geschäftlicher Sicht wichtig, da fehlerhafte Produkte für den Endverbraucher gefährlich sein und Herstellern erhebliche Schäden in Form von Produktverzögerungen, Umsatzeinbußen und Rufschädigung verursachen können.
WIE MAN EINE DRUCKPRÜFUNG DURCHFÜHRT
Die Grundprinzipien der Druckprüfung
Druckprüfungen werden auf Universalprüfmaschinen, auch als Druckprüfmaschinen bekannt, durchgeführt. Diese Maschinen bestehen aus einem Ein- oder Zweisäulenrahmen, der mit einem Kraftaufnehmer, Prüfsoftware und anwendungsspezifischen Platten und Zubehör ausgestattet ist. Universalprüfmaschinen sind in einer Vielzahl von Kraftkapazitäten von 0,02 N bis 2.000 kN erhältlich. Die meisten Prüfungen mit geringer Kraft werden auf einer Tischmaschine wie der 6800er Serie von INSTRON® durchgeführt, während Anwendungen mit höheren Kräften Standmodelle erfordern, wie sie in der Industrial Serie von INSTRON® zu finden sind. Diese Systeme können mit verschiedenen Vorrichtungen konfiguriert werden, um jedes Produkt, jede Komponente oder jedes Material zu prüfen.
| Druckprüfmaschine | |
|---|---|
| Lastrahmen
Druckprüfmaschinen können je nach ihrer Kraftkapazität in Ein- oder Zweisäulenkonfigurationen erhältlich sein. |
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| Software
In der Prüfsoftware konfigurieren Bediener Prüfmethoden und geben Ergebnisse aus. |
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| Kraftaufnehmer
Der Kraftaufnehmer ist ein Wandler, der die auf die Prüfprobe ausgeübte Kraft misst. INSTRON® Kraftaufnehmer sind bis auf 1/1000 der Kraftaufnehmerkapazität genau. |
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| Druckplatten Eine große Auswahl an Druckplatten und anderen Druckvorrichtungen ist verfügbar, um Prüfproben unterschiedlicher Materialien, Formen und Größen aufzunehmen. |
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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 auf elektromechanischen Ein- oder Zweisäulen-Tischmaschinen durchgeführt, während Anwendungen mit höheren Kräften Standmodelle erfordern. Die 6800er Serie von INSTRON® ist in Kapazitätsbereichen bis zu 300 kN erhältlich und kann eine breite Palette verschiedener Prüfarten durchführen, darunter Zug, Druck, Biegung, Schälung, Reißfestigkeit, Scherung, Reibung, Torsion, Durchstich und mehr. Die servohydraulischen Systeme der Industrial Serie von INSTRON® sind für noch höhere Kapazitätsprüfungen von hochfesten Metallen, Legierungen und fortschrittlichen Verbundwerkstoffen konzipiert.
Universalprüfsysteme bis 300 kN
Ein- und Zweisäulen-Tisch- und Standprüfsysteme mit einem Kraftkapazitätsbereich von 0,02 N (2 gf) bis 300 kN.
Industrielle Universalprüfsysteme bis 2000 kN
Die Industrial Serie von INSTRON® umfasst Rahmen mit Einzel- oder Doppelprüfräumen und reicht in der Kraftkapazität von 300 kN bis 2000 kN.
Selbstausrichtend | Hohe Kraft | Ermüdungsgeprüft
Druckplatten werden zur Durchführung von Druckprüfungen an einer Vielzahl von Materialien und Komponenten eingesetzt. Wenn sie in eine Universalprüfmaschine eingebaut sind, ermöglichen sie die Durchführung verschiedener Prüfungen zur Bestimmung von Eigenschaften wie Druckmodul, Druckfestigkeit und Druckstreckgrenze.
50 N - 600 kN Lastkapazitäten
Für statische und dynamische Prüfanwendungen
600 kN - 5000 kN Lastkapazitäten
Katalog-Nr. 2810-130
200 kN - 2000 kN statische Lastkapazitäten | 100 kN - 1000 kN dynamische Lastkapazitäten
690 MPa (100.000 psi) Druckstufe
DRUCKPRÜFNORMEN
Normen für die Prüfung von Kunststoffen, Elastomeren und Metallen
Die meisten Druckprüfungen werden nach etablierten Normen durchgeführt, die von Normungsorganisationen wie ASTM und ISO veröffentlicht werden. Prüfnormen schreiben akzeptable Prüfparameter und -ergebnisse für verschiedene Arten von Rohmaterialien wie Metalle und Beton, die für Infrastrukturprojekte verwendet werden, sowie für Fertigprodukte wie Medizinprodukte und Unterhaltungselektronik vor. Diese Normen stellen sicher, dass Materialien und Produkte, die in die Lieferkette gelangen, vorhersehbare mechanische Eigenschaften aufweisen und in ihrer erwarteten Endanwendung wahrscheinlich nicht versagen werden. Zum Beispiel folgen die Möbel-, Automobil- und Matratzenindustrie der ASTM D3574, die die Eindrückhärte von Polyurethanschaum misst. Diese Prüfung misst die anfängliche Weichheit des Schaums, indem sie die Kraft misst, wenn der Schaum auf 25 % seiner ursprünglichen Dicke komprimiert wird. Anschließend misst die Prüfung, wie stützend er ist, indem sie die Kraft misst, wenn er auf 65 % seiner ursprünglichen Dicke komprimiert wird. Ingenieure für Autositze geben den Eindrückhärtewert des Schaums an, den sie in ihrem Endprodukt wünschen, und der Herstellungsort führt die Prüfung mehrmals pro Schicht durch, um zu gewährleisten, dass jeder hergestellte Sitz das gleiche Gefühl hinsichtlich Weichheit und Unterstützung bietet. Da die Kosten- und Sicherheitsauswirkungen eines Produktversagens nicht hoch genug eingeschätzt werden können, wird Unternehmen dringend empfohlen, in hochwertige, präzise Prüfgeräte zu investieren, die ihnen helfen, einfach festzustellen, ob ihre Produkte die geltenden Normen erfüllen.
Im Folgenden finden Sie eine Auflistung einiger der gängigsten internationalen Zugprüfnormen.
- ASTM C109 | Druckprüfung von 2-Zoll-Betonwürfeln
- ASTM C170 | Druckfestigkeit von Naturstein
- ASTM C365 | Druckprüfung von Sandwich-Kernmaterialien
- ASTM C39 | Druckprüfung von Beton-Zylindern
- ASTM D1621 | Druckeigenschaften von starren Zellkunststoffen
- ASTM D2844 | Feuchtigkeitsaustrittsprüfung von verdichteten Böden
- ASTM D3410 | Druckfestigkeit von Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen
- ASTM D575-91 | Standardprüfverfahren für Gummieigenschaften unter Druck
- ASTM D6484 | Druckfestigkeit von Polymer-Matrix-Verbundlaminaten mit offenem Loch
- ASTM D6641 | Druckeigenschaften von Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen unter Verwendung einer CLC-Prüfvorrichtung (Combined Loading Compression)
- ASTM D695 | Druckprüfung von starren Kunststoffen
- ASTM D7137 | Druckrestfestigkeitseigenschaften von beschädigten Polymer-Matrix-Verbundplatten
- ASTM F1306 | Langsame Eindringwiderstandsprüfung von flexiblen Barrierefolien und Laminaten
- ASTM D3574 | Standardprüfverfahren für flexible Zellmaterialien