Der Instron-Test

Nur wenigen Firmen wird die Ehre zuteil, dass sie mit dem Namen ihres Unternehmens oder eines Produktes – analog zu Tempo bei den Papier-Taschentüchern – als Synonym in ihrer Branche gelten. Instron ist dies gelungen. Als ‚Instron-Test’ hat das damalige Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Reutlingen Anfang der 90er-Jahre die Faserbündelprüfung bezeichnet, da es keine objektiven Messmethoden für die Charakterisierung von nachwachsenden Rohstoffen, sprich auch Fasern, gab. In der Folge hat sich der ‚Instron-Test’ als Bezeichnung für die Faserbündelprüfung bei Firmen und institutionellen Mitbewerbern etabliert, selbst wenn diese Prüfmaschinen von anderen Anbietern einsetzten.

Das IAF hat letztes Jahr mit dem ebenfalls an der Hochschule Reutlingen ansässigen Institut für Automatisierung zum Reutlingen Research Institute (RRI) fusioniert, nicht zuletzt, weil im Rahmen des Bologna-Prozesses die Forschung an Hochschulen größer geschrieben werden soll. Das RRI stellt mit seinen 45 Professoren und 25 Mitarbeitern einen eigenständigen Bereich der Hochschule dar und bearbeitet über alle Fakultäten hinweg die sechs Forschungsschwerpunkte Mobilität, Nachhaltigkeit, Intelligente Produkte, Innovationsmanagement, Internationales Management sowie Information und Kommunikation. Die Wurzeln der Hochschule Reutlingen reichen im Übrigen bis ins Jahr 1855 zurück. Heute hat die international ausgerichtete Hochschule fünf Fakultäten – Textil & Design, Technik, Angewandte Chemie, Informatik und European School of Business (ESB) – 120 Professoren, 250 Lehrbeauftragte, 260 Mitarbeiter und 3.900 eingeschriebene Studenten.

Die Zusammenarbeit zwischen den Reutlingern und Instron startete bereits 1992, als die erste Prüfmaschine von Instron angeschafft wurde. Diese ist 2007 gegen zwei neue Instron-Systeme der Serie 5500 mit 5 kN und 10 kN eingetauscht worden. „Aufgrund der Zufriedenheit mit der ersten Maschine und des guten Preis-/Leistungsverhältnis war für uns eigentlich von Anfang an klar, dass wir uns wieder für Instron entscheiden. Der wesentliche Aspekt war jedoch, dass uns die System-Software Bluehill überzeugt hat. Die Bluehill 2-Software beeindruckt vor allem durch ihren übersichtlichen Aufbau, der umso wichtiger ist, da rund 20 bis 30 Studenten jährlich im Wechsel mit den Systemen arbeiten. Dadurch ermöglicht die Software, die wichtigen Features in relativ kurzer Zeit zu erklären. Ein weiterer Vorteil von Bluehill 2 ist ihre Flexibilität, insbesondere bezüglich der Auswahl der Parameter. Das Berechnungsmodul erlaubt hierbei die Datenbank um neue Algorithmen zu erweitern,“ erläutert Rainer Alex, Chemie-Ingenieur im RRI, die Entscheidung pro Instron.

Die Instron Anwendungssoftware Bluehill 2 vereint einfache Strukturen und hohe Leistungsfähigkeit in einem Paket. Sie verfügt über anpassbare Versuchsbildschirme genauso wie über einen automatischen Emailversand von Prüfberichten. Das Standard-Softwarepaket für alle Prüftypen bietet eine einfache, intuitive Oberfläche mit Registerkarten. Weitere wesentliche Features von Bluehill 2 sind das leistungsfähige Berichts- und Graphikpaket für Visualisierung und Export von Daten und Ergebnissen sowie der Prüfprofil-Editor für komplexe zyklische Prüfsequenzen.

Mit Blick auf die Prüfaufgaben haben die Reutlinger die Hardware, die u.a. die Datenerfassung und den Zweisäulen-Prüfrahmen umfasst, ihrer Systeme noch weiter aufgerüstet. So haben sie in Eigenregie von einer alten mechanischen Messmethode für Baumwolle die bewährten, sogenannten Pressley-Klemmen, adaptiert. Den Prüfrahmen benutzen die Forscher in Kombination mit selbst entworfenen Halterungen, die die Flexibilität beim Einspannen wesentlich erhöhen. Und falls sie einen Adapter benötigen, werden diese in der hauseigenen Werkstatt kurzfristig hergestellt.

Von Instron hingegen kommt die Klimakammer, die den Reutlingern gestattet, Proben unter definierten Temperaturbedingungen von –70 °C bis + 350 °C auf den Temperatureinfluss hin zu prüfen. Der Einsatz dieses Zubehörteils ist Projekt-abhängig und erfolgte zuletzt beim Entwicklungsauftrag der Firma Autosock. Dabei handelte es sich um eine Winternotfahrhilfe für PKW und LKW auf textiler Basis. Diese wird bei Bedarf über die Reifen gestülpt und zentriert sich dann über Elastomerbänder selbstständig beim Anfahren. Die Elastomerbänder müssen natürlich auch bei Temperaturen unter 0 °C die idealen Eigenschaften aufweisen, damit sie ihrer Aufgabe gerecht werden können. In diesem Zuge war es absolut notwendig, Tests bei tiefen Temperaturen zu simulieren. „Neben der Klimakammer gibt es noch eine ganze Menge an weiteren speziell von uns entwickelten Zubehörteilen. Unsere Kunden haben dadurch die Option, das für ihre spezifischen Anforderungen passende Zubehör auszuwählen oder – wie das RRI – auch individuell selber anzufertigen. Die Instron-Systeme sind modular wie ein Baukastensystem aufgebaut und bieten damit jedem Anwender die Möglichkeit, sich auf jede Prüfaufgabe perfekt einzustellen,“ berichtet Anton Obermeier aus dem Vertrieb von Instron und Betreuer des RRI.

Mit dem vorhandenen Equipment sind die Reutlinger jedenfalls hervorragend aufgestellt, vielfältige Anwendungsfälle von Kunden aus der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Faser- und Textilindustrie, der Landwirtschaft sowie von Hochleistungswerkstoff-, Bau- und Dämmstoffherstellern optimal zu bearbeiten. Bei Prüfungen mit den Instron-Systemen haben die Forscher zwei Schwerpunkte: Kunststoffe, alle möglichen Arten von Polymeren, meistens Hightech-Compounds, und Fasern, wobei besonders Naturfasern charakterisiert werden. Dabei nutzen sie eine von Professor Kohler entwickelte ganz spezielle Messmethode zur qualitativen Charakterisierung von Naturfasern. Die Eigenschaften einer Synthesefaser sind relativ einfach zu bestimmen, da diese in der Regel eine homogene und definierte Dichte aufweisen. Eine Naturfaser hingegen besteht aus vielen Faserbündeln, Einzelfasern zu isolieren ist fast unmöglich. Daher werden Fasern fast immer als Faserbündel charakterisiert, worauf sowohl die Messmethode als auch die Datenauswertung abgestimmt werden müssen.

Naturfasern als Verstärkungsfaser in Polymere einzusetzen ist nicht immer einfach. Insbesondere die Haftung zwischen der Faser und der Polymermatrix ist wichtig, was sich in den mechanischen Eigenschaften und den Festigkeitswerten ausdrückt. In diesem Zuge prüfen die Forscher die Faser, die Polymermatrix und den fertigen Verbundwerkstoff. Dabei treten völlig unterschiedliche Mechanismen auf, denn ‚Festigkeit Faser’ plus ‚Festigkeit Polymere’ ergibt nicht die Festigkeit der Mischung. Im Faserbereich haben die Reutlinger diverse Eigenschaften getestet, verschiedene Qualitäten nach Anbaugebiet, nach Herkunftsland, nach Faserart, z.B. Ananas, Tabak, Bambus, charakterisiert. Demzufolge gibt es viel zu testen. In diesem Rahmen haben die Experten Methodenentwicklungen durchgeführt, um für landwirtschaftliche Institute, Universitäten und Firmen die Qualität von Naturfasern zu bestimmen. Außerdem sind Textilien und Garne bei Streifenzugversuchen gemessen worden.

Neben dem Entwicklungsauftrag der Firma AutoSock sind im RRI in der näheren Vergangenheit eine ganze Reihe interessanter Projekte mit den Instron-Systemen bearbeitet worden. So zum Beispiel das Recycling des Tetrapaks. Die äußere Hülle, die Kartonage, geht zurück in den Papier/Pappe-Stoffkreislauf, übrig bleibt lediglich die innere Beschichtung, bestehend aus Polyethylen und Aluminium. Damit aus diesem Abfall durch Zugabe verschiedener Additive Werkstoffe im Bereich der elektrisch leitfähigen Produkte entwickelt werden können, sind auch mechanische Eigenschaften relevant.

Im Rahmen eines anderen Projekts werden schmierfähige Additive in Polymere eingearbeitet, um nachher schwer zugängliche Bauteile zum Verbau in Getrieben spritzzugießen. Das Ziel war hierbei, die Schmierfunktion über die gesamte Lebensdauer eines Getriebes aufrecht zu erhalten. Während für die Automobilindustrie und bei Hochleistungswerkstoffen die Prüfungen hauptsächlich nach EN ISO erfolgen, müssen die Forscher für spezielle medizinische Produkte, wie zum Beispiel Implantate, eigene Prüfmethoden erstellen. Vor allem im Ballonkatheder-Bereich ist die Beanspruchung an das Material so extrem, dass diese über spezielle Prüfmethoden simuliert werden muss, um Chargenvariabilitäten und verschiedene Rezepturen miteinander erfolgreich vergleichen zu können.

Die Instron-Systeme haben sich beim Reutlingen Research Institute absolut bewährt. Bisher gab es keine Probleme, die Prüfmaschinen arbeiten sehr zuverlässig. Auch den Service beurteilen die Forscher sehr gut: Als sie kürzlich Fragen wegen der Programmierung eines Makros hatten und sich deswegen mit Instron in Verbindung setzten, erhielten sie das Makro innerhalb von wenigen Stunden. Zu überzeugen weiß auch die Möglichkeit, die Kraftmessdosen mit ein paar Griffen wechseln zu können. Dies ist auch ein Beleg dafür, dass der Flexibilitätsgedanke bei Instron groß geschrieben wird, was gerade für den Forschungsbereich einen erheblichen Vorteil darstellt.

Für die nähere Zukunft haben die Experten des RRI bereits Pläne für weitere Einsatzmöglichkeiten der Instron-Systeme: Sie wollen über externe Datenaufnehmer, Mikrofone, den Schall der brechenden Faser verarbeiten und mit den Instron-Daten synchronisieren. „Dies ist eine sehr anspruchsvolle Aufgabe, wir sind aber schon am Experimentieren. Unsere bisherigen Ziele mit den Prüfmaschinen konnten wir dagegen 100%-ig umsetzen: Beispielsweise selbst entwickelte Materialien nach den gängigen Normen zu charakterisieren, was viele Kunden von uns erwarten. Oder flexibel zu sein und selbst an den üblichen Methoden zu feilen, indem wir immer wieder Neues ausprobieren. Keine Frage – die Instron-Systeme haben unsere Erwartungen auf jeden Fall erfüllt,“ zeigt sich Kai Nebel, Textil-Chemiker im RRI, sehr zufrieden. Auf dieser Basis muss man kein Hellseher sein, um vorherzusagen, dass die Reutlinger noch viele weitere erfolgreiche ‚Instron-Tests’ durchführen werden …

Instron Deutschland, Pfungstadt

Die Systeme decken Prüfanforderungen von 0,5 kN bis 600 kN lückenlos ab. Die Serie 5500 besteht aus einem Hochleistungs-Prüfrahmen und einer auf DSP (Digital Signal Processing) basierenden Elektronik mit hoher Bandbreite, die eine kurze Reaktionszeit, hohe Genauigkeit und große Zuverlässigkeit gewährleistet. Die Elektronik ist modular aufgebaut, dadurch können Optionen wie Messverstärker, mehrkanalige Datenerfassung oder analoge Ausgangsmodule problemlos ausgetauscht werden. Die Genauigkeit der Kraftmessung beträgt +/- 0,5 % des Messwertes.