Dynamische Ermüdungsprüfung
Eine Einführung
Eine dynamische Prüfmaschine führt mechanische Prüfungen mit wiederholter Belastung durch. Während eine Zugprüfmaschine eine quasi-statische Last aufbringt, um Streckgrenze und Zugfestigkeit bis zum Bruch- bzw. Reißpunkt der Probe zu bestimmen, beansprucht eine dynamische Prüfmaschine einen Werkstoff in der Regel mit zyklischen Lasten innerhalb seines elastischen Bereichs, bis die Probe infolge von Ermüdung versagt. Zu den typischen Prüfarten zählen High-Cycle-Fatigue, Low-Cycle-Fatigue, Bruchmechanik einschließlich Voranriss, thermo-mechanische Ermüdung sowie simulierte Prüfungen, z. B. an Sportschuhen, Auto-Injektoren oder Stents. Dynamische Prüfmaschinen nutzen verschiedene Technologien, darunter servohydraulische Aktuatoren, servolektrische Motoren und lineare Elektromotoren.
Dynamische Prüfmaschine
Komponenten und Teile
Ermüdungsprüfungen werden auf dynamischen Prüfmaschinen durchgeführt. Eine dynamische Prüfmaschine besteht aus einem Prüfrahmen, der mit einer Kraftmessdose, Prüfsoftware und anwendungsspezifischen Spannzeugen und Zubehör wie z. B. Extensometern ausgestattet ist. Der zu prüfende Werkstoff bestimmt, welches Zubehör benötigt wird, und eine einzelne Maschine kann durch einfaches Wechseln der Aufspannvorrichtung an jedes Material innerhalb ihres Kraftbereichs angepasst werden.
Dynamische Prüfmaschine
- Lastrahmen
Lastrahmen für dynamische Prüfmaschinen sind je nach Kraftkapazität und dynamischer Leistungsfähigkeit als servohydraulische, servolektrische oder linear-elektrische Ausführung erhältlich. - Software
In der Prüfsoftware können Bediener die Maschine einrichten, Prüfmethoden erstellen, die Prüfung durchführen und die Ergebnisse exportieren. - Kraftmessdose
Die Kraftmessdose ist ein Wandler, der die auf die Probe aufgebrachte Kraft misst. Die patentierten Dynacell von Instron integrieren zudem Beschleunigungssensoren, um durch Trägheit verursachte Kraftmessfehler bei hochdynamischen Prüfungen zu eliminieren. - Spannzeuge und Vorrichtungen
Für Proben aus unterschiedlichen Materialien sowie in verschiedenen Formen und Größen steht eine große Auswahl an Spannzeugen und Vorrichtungen zur Verfügung. - Dehnungsmessung
Einige Prüfmethoden erfordern die Messung der Probenverlängerung unter Last. Instron liefert mehrere berührende und berührungslose Geräte, die sich für die dynamische Dehnungsmessung und -regelung eignen.
Dynamische Prüfmaschinen sind in verschiedenen Größen erhältlich, mit Kraftkapazitäten von 1000 N bis 5 MN und dynamischer Leistungsfähigkeit von 1 Hz bis 100 Hz. Die meisten dynamischen Prüfungen mit niedrigen Kräften werden auf Maschinen mit linearem Elektromotor durchgeführt, während Anwendungen mit höheren Kräften servohydraulische Rahmen und Aktuatoren erfordern. Die ElectroPuls systems von Instron sind in Kapazitätsbereichen von 1000 N bis 20 kN verfügbar und können eine Vielzahl unterschiedlicher Prüfarten durchführen, darunter Zug-Zug, Zug-Druck, Druck-Druck, Biegeermüdung sowie eine breite Palette biomedizinischer Normen. Die Servohydraulic systems von Instron sind für Prüfungen mit höheren Kapazitäten von 25 kN bis 5 MN ausgelegt, um stärkere Werkstoffe und größere Komponenten wie hochfeste Stähle und moderne Verbundwerkstoffe zu prüfen.
Normen für dynamische Prüfungen
Normen für die Prüfung von Kunststoffen, Elastomeren und Metallen
Die meisten dynamischen Prüfungen werden nach etablierten Normen durchgeführt, die von Normungsorganisationen wie ASTM und ISO veröffentlicht werden. Prüfnormen legen zulässige Prüfparameter und Ergebnisse für verschiedene Arten von Rohmaterialien wie Metalle, Kunststoffe, Elastomere, Textilien und Verbundwerkstoffe sowie für Endprodukte wie Medizinprodukte, Automobilteile und Unterhaltungselektronik fest. Diese Normen stellen sicher, dass Werkstoffe und Produkte in der Lieferkette vorhersehbare mechanische Eigenschaften aufweisen und in der vorgesehenen Anwendung voraussichtlich nicht versagen. Da die Kosten- und Sicherheitsauswirkungen von Produktversagen nicht hoch genug eingeschätzt werden können, werden Unternehmen dazu ermutigt, in hochwertige, präzise Prüfsysteme zu investieren, die ihnen helfen, einfach festzustellen, ob ihre Produkte die geltenden Normen erfüllen.
ASTM E647 / E399 / E1820
Die Bluehill Fracture-Module unterstützen alle gängigen Prüfnormen (ASTM, ISO und BS) für Rissausbreitung, duktilen und spröden Bruch, Risslängenmessungen und Probengeometrien. Anwender können nach vordefinierten Normen prüfen (z. B. ASTM E647, ASTM E399, ASTM E1820, ISO 12135).
ISO 14801
Mit einer Vielzahl von Implantatgrößen und -geometrien können gewinkelte Dentalimplantate in einer Vorrichtung mit variablem Winkel zur Prüfung nach ISO 14801 montiert werden. Die Vorrichtung muss sicherstellen, dass die Montage das Implantat nicht übermäßig einschränkt und keine großen Querkräfte erzeugt, die die Kraftmessdose oder die Prüfmaschine beschädigen können. Vorgewinkelte Dentalimplantate sollten in Umgebungsluft mit einer Frequenz von 15 Hz geprüft werden.
ASTM F1717
Die Instron-Wirbelsäulenvorrichtung ist so ausgelegt, dass sie die Anforderungen von ASTM F1717-12 erfüllt. Gemäß der Norm werden die UHMWPE-Blöcke an der Wirbelsäulenvorrichtung befestigt. Die Ausführung der Blöcke kann je nach klinischer Anwendung an der vorgesehenen Wirbelsäulenposition variieren. Die Art der Verbindung der Blöcke mit der Vorrichtung ermöglicht bei Biege-Druck-, Biege-Zug- und Torsionsprüfungen einen gewissen Freiheitsgrad.
Tuning
Weniger Einrichtung, mehr Prüfungen
Stiffness Based Tuning ist eine revolutionäre Methode zur Abstimmung Ihres Ermüdungsprüfsystems, die die Bedienbarkeit Ihrer Maschine verbessert und zur Erhöhung der Datenpräzision beiträgt. Der neue Prozess ist für alle Anwender einfach und trägt ohne Vorzyklisierung der Probe dazu bei, Ihre Daten zuverlässiger und besser reproduzierbar zu machen.
Schnellerer Prozess
Über 75 % Zeitersparnis durch patentierte Tuning-Technik
Einfacher zugänglich
Ein einfacher Prozess stärkt das Vertrauen der Anwender und reduziert die Abhängigkeit von Experten
Keine Vorzyklisierung
Keine Probenbeschädigung vor Beginn Ihrer Prüfung
Verbesserte Genauigkeit
Ein perfekt abgestimmtes System trägt dazu bei, zuverlässige Daten und präzise Spitzenwerte sicherzustellen