Dynamische Werkstoffprüfung
Eine Einführung
Eine dynamische Prüfmaschine führt mechanische Prüfungen mit wiederholter Belastung durch. Während bei einer Zugprüfmaschine eine quasi-statische Last aufgebracht wird, um die Streckspannung und die Zugfestigkeit zu messen, bis die Probe ihre Bruch- oder Reißgrenze erreicht, wird bei einer dynamischen Prüfmaschine ein Material innerhalb seines elastischen Bereichs zyklisch belastet, bis die Probe aufgrund von Ermüdung versagt. Zu den typischen Prüfarten gehören Ermüdung bei hohen und niedrigen Zyklenzahlen (HCF und LCF), Bruchmechanik einschließlich Anrisserzeugung und Rissfortschrittsmessungen, thermomechanische Ermüdung und Belastungssimulationen wie bei Sportschuhen, Autoinjektoren oder Stents. In den dynamischen Prüfmaschinen kommen verschiedene Antriebs-Technologien zum Einsatz, darunter servohydraulische Prüfzylinder, elektrische Servomotoren und elektrische Linearmotoren.
Komponenten und Teile
Ermüdungsprüfungen werden auf dynamischen Prüfmaschinen durchgeführt. Eine dynamische Prüfmaschine besteht aus einem Lastrahmen, der mit einem Kraftaufnehmer, einer Prüfsoftware, und anwendungsspezifischen Spannzeugen und Zubehör, wie z. B. Dehnungsmessern, ausgestattet ist. Die Art des zu prüfenden Materials bestimmt die Art des benötigten Zubehörs, und eine einzelne Maschine kann durch einfaches Auswechseln der Spannvorrichtung für die Prüfung beliebiger anderer Materialien innerhalb ihres Kraftbereichs angepasst werden.
| Dynamische Prüfmaschine | |
|---|---|
| 1) | Lastenrahmen Lastrahmen für dynamische Prüfmaschinen können je nach Kraftkapazität und dynamischer Leistung entweder servohydraulisch, servoelektrisch oder linear-elektrisch sein. |
| 2) | Software Mit der Prüfsoftware können Bediener die Maschine einrichten, Prüfmethoden erstellen, die Prüfung durchführen und die Ergebnisse exportieren. |
| 3) | Kraftaufnehmer Der Kraftaufnehmer ist ein Sensor, der die auf den Prüfling ausgeübte Kraft misst. Die patentierten Dynacell’s von Instron enthalten auch Beschleunigungssensoren, um die durch Massenträgheit verursachten Messfehler bei dynamischen Hochgeschwindigkeitsprüfungen zu reduzieren. |
| 4) | Spannzeuge und Vorrichtungen Es gibt eine große Auswahl an Probenhaltern und Vorrichtungen für Proben aus unterschiedlichen Materialien, Formen und Größen. |
| 5) | Dehnungsmessung Einige Prüfverfahren erfordern die Messung der Dehnung einer Probe unter Last. Instron bietet verschiedene berührende und berührungslose Sensoren an, die sich für die dynamische Dehnungsmessung und -regelung eignen. |
Dynamische Prüfmaschinen gibt es in verschiedenen Größen, mit einer Kraftkapazität von 1.000 N bis 5 MN und Prüffrequenzen von 1 Hz bis 100 Hz. Die meisten dynamischen Prüfungen mit geringen Kräften werden auf Maschinen mit elektrischem Linearmotor durchgeführt, während für Anwendungen mit höheren Kräften servohydraulische Rahmen und Prüfzylinder erforderlich sind. Die ElectroPuls-Systeme von Instron sind in Kraftbereichen von 1.000 N bis 20 kN erhältlich und können eine Vielzahl unterschiedlicher Prüfarten durchführen, darunter Ermüdungsprüfungen bei Schwell- oder Wechsellast. Sie decken damit eine breite Palette biomedizinischer Normen ab. Die servohydraulischen Systeme von Instron sind für höhere Prüfkräfte von 25 kN bis 5 MN ausgelegt und eignen sich für die Prüfung stärkerer Materialien und größerer Bauteile, wie z.B. hochfeste Stähle und moderne Verbundwerkstoffe.
Normen für die Prüfung von Kunststoffen, Elastomeren oder Metallen
ASTM E647/E399E1820
Die Bluehill Fracture Module unterstützen alle gängigen Prüfnormen (ASTM, ISO und BS) für Rissfortschritt, duktilen und spröden Bruch, Risslängenmessungen und Probengeometrien. Benutzer können nach vordefinierten Normen prüfen (z.B. ASTM E647, ASTM E399, ASTM E1820, ISO 12135).
ISO 14801
Mit einer Reihe von Implantatgrößen und -geometrien können abgewinkelte Zahnimplantate zur Prüfung nach der Norm ISO 14801 in einer Halterung mit variablem Winkel montiert werden. Die Halterung muss sicherstellen, dass die Belastungseinleitung laterales Spiel erlaubt, damit keine großen Seitenkräfte entstehen, die die Kraftmessdose oder die Prüfmaschine beschädigen könnten. Vorgewinkelte Zahnimplantate sollten bei Raumtemperatur mit einer Frequenz von 15 Hz geprüft werden.
ASTM F1717
Die Instron-Prüfvorrichtung für Wirbelsäulenimplantate erfüllt die Anforderungen der ASTM F1717-12. In Übereinstimmung mit der Norm werden die UHMWPE-Blöcke an der Wirbelsäulenvorrichtung befestigt. Das Design der Blöcke kann je nach klinischer Anwendung an der vorgesehenen Wirbelsäulenposition unterschiedlich sein. Die Art und Weise, wie die Blöcke mit der Wirbelsäulenhalterung verbunden sind, erlaubt einen gewissen Freiheitsgrad bei der Durchführung von Biege-Druck-, Biege-Zug- und Torsionsprüfungen.
Einrichtung der Regelparameter
Weniger Einrichtzeit - mehr Prüfungen
Die automatische Ermittlung der Regelparameter auf Basis der gemessenen Steifigkeit des Laststranges ist eine revolutionäre Methode zur Abstimmung Ihres Ermüdungsprüfsystems, welche die Benutzerfreundlichkeit Ihrer Maschine und die Genauigkeit Ihrer Daten verbessert. Das neue Verfahren ist für alle Benutzer einfach und schnell und trägt damit dazu bei, dass Ihre Daten zuverlässiger und wiederholbarer werden, ohne dass die Probe vorher zyklisch vorbelastet werden muss.
Schnellerer Prozess
Über 75 % Zeitersparnis mit patentierter Abstimmungsfunktion
Zugänglicher
Der einfache Prozess schafft Vertrauen bei den Nutzern und verringert die Abhängigkeit von Experten
Keine zyklische Vorbelastung
Keine Vorschädigung der Probe vor Beginn des eigentlichen Versuches
Erhöhte Genauigkeit
Sauber abgestimmte Regelparameter gewährleisten exakte Spitzenwerterfassung und zuverlässige Daten
