Das Verformungsverhalten von Kunststoffen bei langdauernder Belastung ist von entscheidender Bedeutung für deren Einsatz in verschiedenen Bereichen der Technik. Die Kriechneigung der Kunststoffe bei konstanter Belastung wird hierbei wesentlich durch die Temperatur beeinflußt.
Bernd Brummer,Unternehmensbereich Projekte,Zwick, Ulm
Das langzeitige Verformungsverhalten wird vorwiegend im Zeitstandsversuch geprüft. Diese Prüfungen werden im größerem Umfang von den Rohstoffherstellern und zum Teil auch von der verarbeitenden Industrie durchgeführt. In vielen Fällen begnügte man sich, die Proben konstant mit Gewichten zu belasten und die Zeit bis zum Bruch festzustellen.
Durch erheblich gesteigerte Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit und Versuchsdurchführung müssen vermehrt Zeitstand-Zugversuche durchgeführt werden. Dies ergibt sich aus den erweiterten Anforderungsprofilen in der Kunststofftechnik:
– der Anwendungsbereich von Kunststoffen wird heute zunehmend zu höheren Temperaturen und größeren Verformungen bzw. Spannungen weit über den linearviskoelastischen Verformungsbereich hinaus verschoben.
– Kunststoffe werden immer häufiger verstärkt bzw. in Verbundsystemen eingesetzt und diese Verbundwerkstoffe haben wesentlich andere, verbesserte Eigenschaften als die bisher geprüften einphasigen Kunststoffe.
Die Bestimmung der mechanischen Werkstoffkennwerte, die hier zur Beurteilung des langzeitlichen Verformungsverhalten benötigt werden, erfolgt überwiegend im Zeitstands-Zugversuch. Hierfür entwickelte Zwick ein Prüfsystem, das aus Lastrahmen mit Belastungseinheit, Längenänderungsmesser, Temperaturkammer und einer Mess-datenerfassung-/visualierungs- und Auswertessoftware besteht.
Lastrahmen und Belastungseinheit
Bedingt durch die Anforderung von 6 Messstellen und einer Temperierkammer, wurde ein Lastrahmen mit der Fmax von 10 kN in einer verbreiterten Version von 1040 mm gewählt. Die Belastung jeder Messstelle wird mit bis zu 1000 N ohne Hebelübersetzung durch Auflegen von Gewichten in den Abstufungen 0,5 kg, 1,0 kg, 5,0 kg und 10 kg durchgeführt. Das gleichzeitige Anheben und Absenken der Gewichte der 6 Belastungseinheiten, wurde durch eine motorische Verstellung der Fahrtraverse, mittels Auf- und Abtaste, realisiert. Die Belastung der einzelnen Probe erfolgt nach unten.
Die Konstruktion der Belastungseinheit und deren Führungen wurde entsprechend so ausgelegt, daß Krafteinflüsse nicht auf die benachbarten Messstellen übertragen werden. Ebenso wird bei Bruch der Probe der Aufprall der Gewichte über Öldruckdämpfer aufgefangen. Die wesentlichen Vorteile der Belastung durch Gewichte sind hier
– konstante Belastung ohne Regeleinheit
– keine stetige Energiezufuhr erforderlich
– sehr genaue Gewichtsbelastung durch die Abstufungen der Gewichte
– gleichzeitige Belastung der Proben.
Längenänderungsmessung
Die Messung der Längenänderung erfolgt über direkt angesetzte analoge Längenänderungsaufnehmer mit der Ausgangsmesslänge von 25 mm, umsetzbar auf 50 mm und mit einem Messbereich von 25 mm an jeder einzelnen Probe. Bedingt durch die Anforderung Einsatz unter Temperatur wurden diese Längenänderungsaufnehmer bis 200 °C ausgelegt.
Temperierkammer
Mit diesem System können Proben in einer Temperierkammer mit einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis + 150°C geprüft werden. Damit eine stabile Raumtemperatur erreicht wird, wurde ein Kühlaggregat eingesetzt.
An jeder Messstelle wird die Temperatur einzeln unmittelbar an der Probe erfasst.Die benötigte Temperatur kann manuell an der Temperierkammer eingestellt werden.
Zur visuellen Kontrolle der Proben ist ein großes Fenster in der Türe der Kammer vorhanden.
Messdatenerfassungs-, Visualisierungs- und Auswertesoftware
Der Prüfungsablauf und die Ausgabe der Ergebnisse auf dem Bildschirm oder Peripheriegeräte läßt sich komfortabel über den PC steuern. Es können gleichzeitig sechs Proben erfasst werden.
Die Messwerte (Längenänderung, Zeit und Temperatur) werden in Messwertdateien abgespeichert. Die Abtastrate bzw. das Speicherintervall kann in zwei verschiedenen Stufen eingegeben werden.
Die Darstellung der Messwerte erfolgt in der grafischen Darstellung mit bis zu 6 Kurven gleichzeitig.
Durch Aktivieren und Deaktivieren kann eine entsprechende Kurvenselektion erreicht werden, bzw. eine Darstellung als Einzel- oder Seriengrafik.
Die Zeitachse kann wahlweise linear oder logarithmisch dargestellt werden.
Das Erfassen der Temperatur wird von jeder Messstelle erfaßt und als Kurve und numerischen Wert angezeigt. Als Temperaturachse wird die Y2-Achse verwendet.
Die Temperatur der einzelnen Messstellen in Form der numerischen Anzeige kann ebenfalls entsprechend aktiviert und deaktiviert werden.
Weitere Informationen A QE 501
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