Zugschlagprüfung mit Fallwerken
Eine Einführung
Wozu dient die Zugschlagprüfung?
Die Zugschlagprüfung misst, wie sich ein Material unter einer plötzlichen, hochschnellen Zugbelastung verhält. Dies liefert Materialwissenschaftlern kritische Daten zur Zugfestigkeit, Energieabsorption, Dehnung und zu Versagensmodi. Im Gegensatz zur quasi-statischen Zugprüfung, die die Kraft langsam aufbringt, bildet die Zugschlagprüfung reale dynamische Belastungsszenarien ab, wie z. B. das Reißen eines Batteriegehäuses bei einem Aufprall oder das Zerreißen einer Folie bei schnellem Einsatz.
Diese Art der Prüfung eignet sich besonders gut für Polymere, Kunststoffe, dünne Folien und Verbundwerkstoffe, die sich bei hohen Dehnraten oft anders verhalten als unter langsamen, statischen Bedingungen. Diese Materialien können je nach angewandter Dehnrate unterschiedliche Versagensmodi aufweisen, sodass ein ausschließliches Verlassen auf statische Tests zu ungenauen Modellierungen, kostspieligen Fehleinschätzungen und schädlichen Rückschlägen im Produktdesign führen kann.
Fallwerk-Zugschlagprüfsysteme ermöglichen eine präzise Steuerung von Geschwindigkeit und Energieeintrag, während fortschrittliche Funktionen wie Hochgeschwindigkeitsbildgebung und die digitale Bildkorrelation (DIC) exakte Verformungs- und Versagensmodi aufzeigen. Das Ergebnis sind hochpräzise experimentelle Daten, die das Vertrauen in Simulation, Sicherheit und Konformität verbessern. Branchen, die dynamische Umgebungen wie Elektrofahrzeuge (EVs), Luft- und Raumfahrt sowie Unterhaltungselektronik umfassen, haben einen besonderen Bedarf an dieser Methodik.
Dynamische Zugschlagfestigkeitsprüfung vs. statische und quasi-statische Zugprüfungen
In der Materialwissenschaft und -charakterisierung geht es darum, das richtige Werkzeug für die richtige Aufgabe zu verwenden. Keine Prüfmethode ist von Natur aus „besser“ als eine andere – sie können jedoch für bestimmte Anwendungen besser geeignet sein.
Statische und quasi-statische Tests sind nützlich, um zu verstehen, wie sich Materialien und Produkte unter konstanten, langfristigen oder wiederholten Belastungen verhalten. Bei Anwendungen wie Gebäuden oder Verpackungsmaterialien müssen Designer und Hersteller wissen, dass ihre Komponenten dem Zahn der Zeit standhalten.
Obwohl diese Materialprüfmethoden grundlegende Eigenschaften ermitteln, sind sie in den Daten, die sie liefern können, begrenzt. Vor der Einführung von Fallversuchen verließen sich Forscher auf die Extrapolation quasi-statischer Ergebnisse, um das Verhalten unter dynamischen Bedingungen vorherzusagen.
Bei sicherheitskritischen Anwendungen, wie in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt oder bei Schutzausrüstungen, ist diese Extrapolation oft nicht ausreichend. Ein EV-Aufprall bei 64 km/h beispielsweise übt innerhalb von Millisekunden enorme Belastungen auf die Fahrzeugstrukturen aus. Polymere und Kunststoffe können auf diese dynamische Kraft ganz anders reagieren als bei geringeren Aufprallgeschwindigkeiten.
Fallwerksysteme wenden kontrollierte Aufprallkräfte bei diesen höheren Geschwindigkeiten an, wodurch Materialwissenschaftler die Energieabsorption, die Dehnratenempfindlichkeit und das Versagensverhalten unter Bedingungen beobachten können, die reale Anwendungsfälle genau nachahmen. Dieses Maß an Einblick ermöglicht genauere Simulationen, eine schnellere Materialvalidierung und eine sicherere, zuverlässigere Produktentwicklung.
Um mit Zuversicht zu innovieren, benötigen Sie beide Perspektiven. Ein Fallturm ersetzt keine statische Prüfung; er vervollständigt das Bild.
| Norm | Typ | Hinweis | L₃ mm | L/L₂ mm | b₂ mm | b₁ mm | L₀ mm | Form |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ISO 8256 | 1 | Bevorzugte Methode a, gekerbt | 80±2 | 30±2 | 10±0.5 | 6±0.2 | — |  |
| ISO 8256 | 2 | Bevorzugte Methode b | 60±1 | 25±2 | 10±0.2 | 3±0.05 | 10±0.2 |  |
| ISO 8256 | 3 | Quadratischer mittlerer paralleler Abschnitt mit 10 mm Kantenlänge; zur Dehnungsmessung mit DIC-Systemen | 80±2 | 30±2 | 15±0.5 | 10±0.5 | 10±0.2 |  |
| ISO 8256 | 4 | Bevorzugte Methoden A oder B | 60±1 | 25±2 | 10±0.2 | 3±0.1 | — |  |
| ISO 8256 | 5 | Starre Werkstoffe mit ausreichender Probenhöhe | 80±2 | 50±0.5 | 15±0.5 | 5±0.5 | 10±0.2 |  |
| ASTM D1822 | s | Methode B | 63.5 (2.5″) | L=25.4 (1″) | 9.53 oder 12.7 (0.375 oder 0.5″) | 3.18±0.03 | — |  |
| ASTM D1822 | L | Methode B | 63.5 (2.5″) | L=L₂=25.4 (1″) | 9.53 oder 12.7 (0.375 oder 0.5″) | 3.18±0.03 (0.125±0.01″) | 9.53±0.05 |  |
Einrichten eines Fallwerk-Zugschlagversuchs
Lernen Sie Ihr Instron® Fallwerk kennen
Fallwerke, auch als Fallgewichts-Prüfgeräte bekannt, sind die am besten geeigneten Instrumente zur Durchführung von Zugschlagprüfungen unter dynamischen Bedingungen. Diese Maschinen verwenden eine vertikal geführte fallende Masse oder einen Schlagkörper, um eine plötzliche, hochschnelle Zugbelastung auf eine Probe auszuüben.
Ein typisches System für die Schlagprüfung besteht aus einem Fallwerkrahmen, einem Schlagkörper oder Impaktor, einer Vorrichtung zum Halten der Probe, einem Kraftmesssystem wie einer piezoelektrischen oder Dehnungsmessstreifen-Kraftmesszelle und testspezifischem Zubehör wie einer Zugvorrichtung oder einem Klemmsatz für die Durchstoßprüfung.
Fallwerke verfügen über einen breiten Bereich an Energie- und Geschwindigkeitskapazitäten und können so konfiguriert werden, dass sie die Schlagleistung vieler Materialien, einschließlich Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, dünne Folien und Polymere, unter impulsiven Belastungsbedingungen bewerten.
Fallwerk-Zugschlagprüfgerät
Welche Materialien können Fallwerke testen?
Polymere und Kunststoffe
- Thermoplaste (z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat)
- Duroplaste (z. B. Epoxidharz, Phenolharz)
- Technische Kunststoffe (z. B. PEEK, Nylon, ABS, PTFE)
- Biokunststoffe und biologisch abbaubare Kunststoffe (z. B. PLA, PHA)
Folien und Filme
- Verpackungsfolien (z. B. PET, LDPE, mehrschichtige Laminate)
- Batterieseparatorfolien (z. B. mikroporöses Polyethylen oder Polypropylen)
- Optische oder Displayfolien (z. B. LCD-Schichten, OLED-Verkapselungen)
- Dünne Metallfolien (z. B. Aluminium, Kupfer)
Verbundwerkstoffe
- Faserverstärkte Polymere, FVK (z. B. Kohlefaser-, Glasfaserverbundwerkstoffe, Aramidfasern wie Kevlar)
- Thermoplastische Verbundwerkstoffe (z. B. CF/PEEK, GF/PP)
- Sandwichplatten und Kernmaterialien (z. B. Waben, Schaumkerne)
Elastomere und Kautschuke
- Kautschuke in Automobilqualität (z. B. EPDM, SBR, Naturkautschuk)
- Dichtungen, Dichtungsringe und flexible Membranen
- Silikon- und medizinische Elastomere
Textilien und technische Gewebe
- Gewebte und Vliesstoffe
- Industrietextilien (z. B. Airbags, Sicherheitsgurte, ballistische Gewebe)
- Geotextilien und Filtrationsmembranen
Batterie- und Elektronikmaterialien
- Batteriegehäusematerialien (z. B. Verbundgehäuse, leichte Metallbleche)
- Klebstoffe
- Leiterplattenlaminate und flexible Elektronikschichten
Fallwerke in Aktion
Klicken Sie auf eines der Videos unten, um zu sehen, wie unsere Ingenieure das Beste aus den Instron Fallwerken der Serie 9400 herausholen.
Sehen Sie sich einen kurzen Durchlauf der Zugschlagprüfung mit einem Fallwerk an.
Erfahren Sie genauer, wie Sie die Vorrichtung für die Zugschlagprüfung mit dem Fallwerk der Serie 9400 vorbereiten.
Entdecken Sie, wie die Hochgeschwindigkeitskamera in das Fallwerk der Serie 9400 integriert wird, um jeden Moment der Zugschlagprüfung festzuhalten.
Entdecken Sie mit unserem Fallwerk der Serie 9400, wie verschiedene Materialien unter Hochdehnratenbedingungen reagieren.
Zubehör
Die Leistung von Fallwerken hängt von der richtigen Kombination aus Auflagen, Schlagkörperhaltern und Einsätzen ab. Auflagen sichern Proben unterschiedlicher Geometrien, während austauschbare Schlagkörperhalter und Gewichte eine präzise Einstellung der Aufprallenergie ermöglichen. Der Schlagkörper und sein Einsatz definieren das Kontaktprofil, das auf Standards oder kundenspezifische Anforderungen zugeschnitten ist.
Für fortgeschrittene Anwendungen erfassen instrumentierte Schlagkörper mit Dehnungsmessstreifen- oder piezoelektrischen Sensoren Kraft-Zeit-Verläufe und ermöglichen so tiefere Einblicke in das Materialverhalten. Zusammen gewährleisten diese Zubehörteile flexible, genaue und normgerechte Prüfungen bei Zugschlag, Durchstoß, Druck nach Aufprall und anderen Methoden.
Um das beste Zubehör für Ihre Anwendung zu finden und die verfügbaren Spezifikationen für jedes einzelne zu sehen, lesen Sie den Zubehörkatalog für Fallwerke.
Unverzichtbare Ressourcen
Fallwerksysteme bieten Benutzern immense Möglichkeiten, dynamische Bedingungen zu reproduzieren und Daten zu erhalten, die mit anderen Techniken nicht verfügbar wären. Um deren Nuancen zu verstehen und Ihr neues Fallwerksystem optimal zu nutzen, sollten Sie unseren E-Guide für Fallwerke und andere Bildungsressourcen lesen.
