Neue Prüfmöglichkeiten mit der Zug-Druck-Torsions-Prüfmaschine

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Zur genauen Beschreibung des Bruch- und Verformungsverhaltens von Faser-Thermoplast-Verbunden (FTV) ist es erforderlich, Materialprüfungen mit mehrachsigen Lastzuständen durchzuführen.

Ein geeignetes Verfahren für dieses Vorhaben ist das Prüfen von Rohrproben unter kombinierter Axial- und Torsionslast. Dafür wurde 2020 am IVW eine Zug-/Druck-Torsionsprüfmaschine (ZDT) der Fa. ZwickRoell angeschafft.

Mit Hilfe der ZDT können Probekörper axial (Zug/Druck bis ± 250 kN) und/oder auf Torsion (bis 4000 Nm) belastet werden. Beide Achsen der Maschine sind simultan ansteuerbar, um so einen definierten kombinierten Lastzustand aufbringen zu können. Auch einachsige Versuche mit reiner Axiallast oder reiner Torsion sind damit durchführbar.

Für die Ermittlung von Materialkennwerten sowie nichtlinearen Spannungs-Dehnungs-Kurven werden umfangsgewickelte Rohrprobekörper verwendet und bei verschiedenen Verhältnissen zwischen Schub- und Querspannung im ebenen Spannungszustand untersucht. Auf diese Weise können die Interaktionen zwischen den Spannungskomponenten ermittelt werden.

Zur Einspannung der Rohrprobekörper wurde ein Schnellspannsystem entwickelt, das die Proben über die Innenfläche spannt und exakt ausrichtet. Die Anbindung an die Prüfmaschine geschieht über eigens entwickelte spielfreie Kardangelenke, die eine mögliche Überlagerung von Biegemomenten verhindern. In Kombination mit einer Temperaturkammer ist es außerdem möglich, die Materialeigenschaften in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +250 °C zu untersuchen.

Mit diesem Verfahren ist es somit möglich, das Materialverhalten bei ein- und mehrachsiger Belastung (ebener Spannungszustand) zu ermitteln und damit umfangreiche Festigkeits- und Fließkriterien zu bedaten (z.B. Bruchkriterium nach Puck oder Cuntze).

Weitere Prüfmöglichkeiten:

  • Zugversuche an Flachproben mit hydraulischem Spannsystem bis 100 kN
  • Druckversuche an Flachproben mit einer hydraulischen Druckvorrichtung für Verbundwerkstoffe (HCCF) bis 150 kN
  • Bauteiltests: individuell ausgelegte Prüfaufbauten für Bauteil-/Sonderprüfungen

Technische Daten: Zug-/Druck-Torsionsprüfmaschine

Max. Axialkraft

± 250 kN

Max. Torsionsmoment

4000 Nm

Axiale Prüfgeschwindigkeit

0,00005 – 600 mm/min

Rotatorische Prüfgeschwindigkeit

0,0002 – 5 U/min

Temperaturkammer Temperaturbereich

-40 °C – +250 °C

 

Kontakt:
M.Sc. Andreas Kenf
Wiss. Mitarbeiter
Mechanische Charakterisierung & Modellierung
Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
Erwin-Schrödinger-Straße 58
67663 Kaiserslautern
Telefon: +49 631 2017-327
E-Mail: andreas.kenf@ivw.uni-kl.de