Mechanisches Testen von
Materialien & Werkstoffen

Präzisions-Kraftaufnehmer für die mechanische Material- und Werkstoffprüfung

GTM-Kraftaufnehmer – Herzstück mechanischer Werkstoff-Prüfmaschinen in allen Branchen

Die richtige Materialauswahl ist im Frühstadium von Produktneuentwicklungen oft der entscheidende Vorteil auf dem Weg zum Markterfolg. Hersteller sind bestrebt, Gewicht und Kosten von Fahrzeugen, Maschinen, Geräten und Konstruktionen sowie Konsumgütern aller Art zu reduzieren oder deren Leistungsfähigkeit zu erhöhen.

Die Auslegung und experimentelle Prüfung von Konstruktionswerkstoffen wie Metallen, Legierungen, Baustoffen, Kunststoffen und Verbundbauteilen sowie Keramiken oder Materialien aus additiver Fertigung ist wesentlich für die strukturelle Integrität innovativer Produkte. Sie kommt in entsprechenden Nachweisen der Stabilität bzw. Funktionssicherheit zum Ausdruck. Die zuverlässige Material- und Werkstoffprüfung spielt deshalb in der Produktentwicklung eine entscheidende Rolle. Das Ziel der Material- und Werkstoffprüfung besteht darin, sowohl Schäden mit der gebotenen Sicherheit auszuschließen, als auch das Gewicht des Gesamtsystems wirtschaftlich und mit innovativen Lösungen zu reduzieren.

Die industrielle Material- und Werkstoffprüfung gliedert sich in verschiedene Kategorien der Bestimmung von Werkstoffeigenschaften oder Werkstoffmerkmalen hinsichtlich der Beeinträchtigung durch mechanische, thermische und elektrische Faktoren sowie Korrosion, Strahlung und biologischen Verfall.

Oft wird auch von einem „Coupon-Test“ gesprochen, wobei ein Coupon-Test bereits als eine Stufe nach dem „klassischen“ Material- und Werkstofftest betrachtet werden kann: Der Vorteil von Coupon-Tests ist, dass man direkt im Anschluss an einzelne Werkstoffprüfungen sehr effizient und kostenoptimiert unterschiedliche Variationen des Ursprungsprüflings weiter prüfen kann, wenn das notwendig wird.

Generell wird zwischen zerstörender und zerstörungsfreier Materialprüfung unterschieden
 

Zerstörende Materialprüfung

Bei der zerstörenden Werkstoffprüfung werden Prüflinge zerstört, so dass Höchstlasten und das entsprechende Verhalten der Probe ermittelt werden können. Das geprüfte Bauteil bzw. die Materialprobe kann anschließend nicht mehr genutzt werden.
 

Zerstörungsfreie Materialprüfung

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wird die Qualität eines Prüflings getestet, ohne diesen selbst zu beschädigen oder zu zerstören. So kann sichergestellt werden, dass der Werkstoff in der anschließenden Weiterverarbeitung eine ausreichende Qualität besitzt und Belastungen sicher und dauerhaft standhalten kann. Das geprüfte Bauteil bzw. die Materialprobe kann anschließend weiter genutzt werden.

In beiden Fällen wird die Belastbarkeit eines Materials bis zum Bruch und / oder bis zu einer bestimmten Verformung geprüft. In Abhängigkeit der Prüfung und der Branche können sich die Umgebungsbedingungen für diese Prüfungen unterscheiden. Zielsetzung der mechanischen Materialprüfung ist immer der Erkenntnisgewinn bezüglich der Materialeigenschaften bei Einwirkung von Beanspruchungen wie Zug, Druck, Biegung, Scherung oder Torsion sowie der Ermüdungseigenschaften und Materialkennwerte unter verschiedenen Belastungen. Auf Basis dieser Material- und Werkstoffprüfungen lassen sich die Materialeigenschaften eindeutig beschreiben und vergleichen.

Eine weitere Klassifizierung kann
nach Prüfverfahren vorgenommen werden:

(Quasi-)statische Tests:

Lasten (Zug-, Druck- oder Biegelasten) wirken sehr langsam oder konstant auf eine Materialprobe.

Dynamische Tests:

Die Probe wird einer abrupten Last ausgesetzt oder einer Last, die periodisch über einen längeren Zeitraum wirkt.

Zyklische Tests:

Die Probe wird wiederkehrenden, anschwellenden oder Wechsellasten ausgesetzt, zum Beispiel Schwingungen in Sinus- oder Dreiecksform.

Schlagversuche:

Die Probe wird einem Schlag ausgesetzt, beispielsweise bei einem Kerbschlagbiegeversuch (Charpy Test).

Einsatzgebiete & Branchen

Insbesondere die GTM-Kraftaufnehmer der Serien K, DR, RF sind wegen ihrer hohen Präzision und der geringen Empfindlichkeit gegenüber parasitären Einflüssen wie Querkräften, Biegemomenten, Torsionsmomenten und Temperaturschwankungen prädestiniert für den breitgefächerten Prüfstand-Einsatz für Werkstoff- und Materialprüfstände. GTM-Mehrkomponentenaufnehmer der Serie MKA sind ebenfalls eine perfekte Lösung.

Damit stellen Kraftsensoren, Kraft-Messketten und Mehrkomponentenaufnehmer von GTM eine der zentralen Komponenten in Prüfmaschinen dar und bilden mit ihren hochpräzisen und stets zuverlässigen Messergebnissen die Basis für eine herausragende Gesamtperformance der Prüfmaschinen. Mit der patentierten Kraftaufnehmer Serie DR und ihren zwei integrierten Beschleunigungsaufnehmern können sogar Einflüsse resultierender Trägheitskräfte des Prüfstandsaufbaus bei dynamischen Messungen einfach und effektiv bestimmt und nachgelagert weiterverarbeitet werden – ein echter Kundenvorteil. Material- und Werkstoffprüfstände findet man in den unterschiedlichsten Branchen wie der Transport- und Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Bahn-, Rad- und Schienentechnik, im Maschinen- und Anlagenbau, der Kunststoffindustrie, bei Spezialmaschinen, in der Lebensmitteltechnik und Verpackungsindustrie, der Medizin- und Pharmaindustrie sowie in nationalen und internationalen Forschungsinstituten.

 

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