Welche Prüfungen können auf einer Universalprüfmaschine durchgeführt werden?

A Universalprüfmaschine (UTM) kann Zug-, Druck-, Biege-, Scher-, Schäl-, Ermüdungs- und Härteprüfungen durchführen und damit den Großteil der branchenübergreifend erfoderderlichen Bewertungen mechanischer Eigenschaften abdecken. Ob Sie ein verwenden Elektronische Universalprüfmaschine oder ein Hydraulische Universalprüfmaschine Die Kernprüffunktionen sind breit gefächert und machen das UTM zu einem der vielseitigsten Instrumente in jedem Materialprüflabor.

Zugprüfung: Die häufigste Anwendung

Der Zugversuch ist der am häufigsten durchgeführte Versuch auf einer Universalprüfmaschine. Die Probe wird mit kontrollierter Geschwindigkeit auseinundergezogen, bis sie bricht. Zu den wichtigsten gemessenen Parametern gehören:

• Höchste Zugfestigkeit (UTS) — die maximale Belastung, der ein Material stundhalten kann
• Streckgrenze — die Spannung, bei der eine bleibende Verformung beginnt
• Bruchdehnung – ein Maß für die Duktilität
• Elastizitätsmodul (E-Modul) — Steifigkeit des Materials

Zugprüfungen gelten für Metalle, Kunststoffe, Gummi, Textilien, Folien, Klebstoffe und Verbundwerkstoffe. Stundards wie z ASTM E8/E8M (Metalle), ISO 6892-1 , und ASTM D638 (Kunststoffe) bestimmen diese Verfahren. Eine typische Stahlprobe kann eine Messlänge von 50 mm haben und mit einer Traversengeschwindigkeit von 2 mm/min geprüft werden.

Druckprüfung: Messung der Tragfähigkeit

Beim Kompressionstest wird bewertet, wie sich ein Material oder eine Komponente unter Druckbelastungen (Quetschbelastungen) verhält. Die Maschine übt eine nach unten gerichtete Kraft auf die Probe zwischen zwei Platten aus. Zu den Ergebnissen gehören Druckfestigkeit , Druckmodul , und deformation behavior.

Zu den gängigen Anwendungen gehören:

• Betonzylinder (Druckfestigkeit liegt üblicherweise im Bereich von 20 bis 40 MPa für Stundardkonstruktionsbeton)
• Schaumstoff und Verpackungsmaterialien
• Knochen und Biomaterialien in der medizinischen Forschung
• Federn und Elastomere

Zu den relevanten Standards gehören: ASTM C39 für Beton u ISO 604 für Kunststoffe. Hydraulische Universalprüfmaschinen werden häufig für Druckprüfungen mit hohen Kräften bevorzugt 500 kN wie Baubeton und Schwermetallbauteile.

Biegeprüfung: Bewertung der Biegefestigkeit

Beim Biegetest – auch Biegetest oder Dreipunkt-/Vierpunkt-Biegetest genannt – wird der Widerstand eines Materials gegenüber Biegekräften gemessen. Die Probe ruht auf zwei Stützen, während eine Last in der Mitte (Dreipunkt) oder an zwei inneren Punkten (Vierpunkt) aufgebracht wird.

Zu den wichtigsten Ergebnissen gehören: Biegefestigkeit and Biegemodul . Dieser Test ist entscheidend für:

• Keramik und Glas (bei denen eine Zugprüfung aufgrund von Sprödbruch unpraktisch ist)
• Faserverstärkte Verbundwerkstoffe und Kohlefaserplatten
• Kunststoffe pro ASTM D790 and ISO 178
• Holz und Bauholz

Beispielsweise würde eine gemäß ISO 178 getestete Standard-Polypropylenprobe typischerweise einen Biegemodul von ungefähr aufweisen 1.300–1.800 MPa .

Scher- und Torsionsprüfung

Beim Schertest wird ermittelt, wie ein Material auf Kräfte reagiert, die parallel zu seinem Querschnitt wirken. Universalprüfmaschinen können mit Schervorrichtungen ausgestattet werden, um Folgendes durchzuführen:

• Ein- und zweilagige Scherversuche — für Klebstoffe und Klebeverbindungen (gemäß ASTM D1002)
• Interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) — für Verbundlaminate
• Stiftscherversuche — für Verbindungselemente und Schraubverbindungen

Torsionstests werden normalerweise auf speziellen Torsionsmaschinen durchgeführt, können aber auch an UTMs durchgeführt werden, die mit Torsionsaufsätzen ausgestattet sind, um den Schermodul und das Verdrehverhalten bis zum Bruch zu messen.

Schäl- und Haftungsprüfung

Schältests quantifizieren die Haftfestigkeit von Klebematerialien, Bändern, Beschichtungen und Filmen. Die Universalprüfmaschine zieht eine Klebeschicht in einem definierten Winkel – üblicherweise 90° oder 180° – voneinander ab. Die Schälkraft wird in gemessen N/mm or N/25mm .

Zu den typischen Testkonfigurationen gehören:

• T-Peel-Test (ASTM D1876) – für flexible Laminate
• 180°-Schältest (ASTM D903) – für druckempfindliche Klebebänder
• 90°-Schältest — für Klebstoffe und Verpackungen für medizinische Geräte

Elektronische Universalprüfmaschinen eignen sich aufgrund ihrer präzisen Steuerung bei geringem Kraftaufwand besonders gut für die Schälprüfung und messen häufig Kräfte von nur 1000 kg 0,01 N mit hochauflösenden Wägezellen.

Ermüdungsprüfung auf Universalprüfmaschinen

Beim Ermüdungstest wird eine Probe wiederholt zyklischer Belastung ausgesetzt, um festzustellen, wie lange sie der Belastung standhält, bevor sie versagt. Es gibt zwar dedizierte Ermüdungsprüfsysteme, viele moderne UTMs – insbesondere servohydraulische Modelle – unterstützen diese Funktion zyklische Ermüdungsprüfung bei definierten Frequenzen.

Zu den wichtigsten Parametern gehören:

• Wöhlerkurven (Wöhlerkurven) — Spannungsamplitude vs. Anzahl der Zyklen bis zum Versagen
• Ermüdungsgrenze — Spannung, unterhalb derer das Material unendliche Zyklen überstehen kann
• Rissausbreitungsrate – gemäß ASTM E647

Hydraulische Universalprüfmaschinen arbeiten typischerweise mit Frequenzen von bis zu 10–50 Hz für Ermüdungstests, was sie effektiv für Komponenten in der Automobil-, Luft- und Raumfahrttechnik sowie im Bauingenieurwesen macht.

Härte- und Bruchzähigkeitsprüfung

Obwohl dedizierte Härteprüfer (Rockwell, Vickers, Brinell) Standardgeräte sind, können einige UTMs mit Eindringvorrichtungen zur Durchführung ausgestattet werden instrumentierte Eindruckprüfung , wodurch gleichzeitig Härte- und Elastizitätsmoduldaten bereitgestellt werden.

An UTMs werden auch Bruchzähigkeitstests durchgeführt, bei denen der Widerstand eines Materials gegen die Rissausbreitung gemessen wird. Zu den gängigen Testmethoden gehören:

• K _IC (Bruchzähigkeit bei ebener Dehnung) gemäß ASTM E399
• J-Integraltest gemäß ASTM E1820 für duktile Metalle
• CTOD (Crack Tip Opening Displacement) – relevant für Baustahl und Schweißnahtqualität

Elektronische vs. hydraulische Universalprüfmaschine: Vergleich der Testfähigkeiten

Die Art der Universalprüfmaschine hat maßgeblichen Einfluss darauf, welche Prüfungen praxistauglich sind. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede zusammen:

Spezielle Tests, die mit Vorrichtungen und Zubehör durchgeführt werden

Die Vielseitigkeit eines UTM wird durch austauschbare Halterungen und Klimakammern erheblich erweitert. Mit dem richtigen Zubehör können außerdem folgende Spezialprüfungen durchgeführt werden:

Kriech- und Spannungsrelaxationstests

Beim Kriechtest wird über einen längeren Zeitraum (Stunden bis Wochen) eine konstante Last ausgeübt, um zeitabhängige Verformungen zu messen. Spannungsrelaxationstests halten eine feste Verformung fest und überwachen den Spannungsabfall. Diese sind entscheidend für Polymere, Lötverbindungen und Hochtemperaturlegierungen .

Prüfung bei hohen und niedrigen Temperaturen

Auf UTMs montierte Umweltkammern ermöglichen Tests von -70 °C bis 350 °C Dies ermöglicht die Bewertung von Materialien in Betriebstemperaturbereichen. Dies ist für Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobildichtungen und Kühlkettenverpackungen von entscheidender Bedeutung.

Zugprüfung von Textilien und Garnen

Mit pneumatischen oder Spillgriffen testen UTMs einzelne Garne, Gewebe, Geotextilien und Vliesstoffe nach Standards wie z ISO 13934-1 and ASTM D5034 , Messung von Bruchkraft und Dehnung.

Medizinische Geräte und biomechanische Tests

UTMs werden im medizinischen Bereich häufig zum Testen von Nähten, Stents, Kathetern, Knochenschrauben und Implantaten eingesetzt. Diese Anwendungen erfordern die Einhaltung ISO 10993 and ASTM F543 (Knochenschrauben). Die Kraftauflösung kann so fein sein wie 0,001 N für empfindliche Gewebetests.

Übersicht über Branchenanwendungen und Standards

Universelle Prüfmaschinen bedienen nahezu jede Branche. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung gängiger Branchen, durchgeführter Tests und geltender Standards:

Auswahl der richtigen Universalprüfmaschine für Ihre Tests

Bei der Wahl zwischen einer elektronischen Universalprüfmaschine und einer hydraulischen Universalprüfmaschine sind folgende Hauptfaktoren zu berücksichtigen: Kraftbereich, Testtyp und erforderliche Genauigkeit :

• Wählen Sie ein Elektronisches UTM für Kräfte unter 600 kN, präzise Tests bei niedriger Geschwindigkeit, Schältests, Tests medizinischer Geräte und Anwendungen, die eine hohe Wegauflösung erfordern (bis zu 0,001 mm ).
• Wählen Sie ein Hydraulisches UTM für schwere industrielle Prüfungen über 600 kN, Ermüdung bei hoher Lastwechselbelastung, Baustahl, Beton und großformatige Schmiede- oder Gussteile.
• Beide Typen unterstützen Zug-, Druck-, Biege-, Scher- und Schälversuche bei entsprechender Ausstattung mit Vorrichtungen über das gesamte Materialspektrum hinweg.

Labore, die verschiedene Materialtests durchführen, sollten sicherstellen, dass die UTM-Software mehrere Teststandards gleichzeitig unterstützt und einen einfachen Wechsel der Vorrichtungen ermöglicht – wodurch die Einrichtungszeit verkürzt und der Testdurchsatz erhöht wird.