Ein Zugergebnis bei Raumtemperatur beschreibt nicht unbedingt, wie dasselbe Material bei −40°C oder +100°C funktioniert.
Für Ingenieure, die Materialien für Automobil-, Elektronik- oder Industrieanwendungen qualifizieren, kann temperaturabhängiges mechanisches Verhalten die Materialauswahl, die Produktzuverlässigkeit und die Konfiguration der Testgeräte beeinflussen.
Ein Hoch- und Niedertemperatur-Zugprüfsystem kombiniert eine universelle Prüfmaschine (UTM) mit einer Temperaturkontrollkammer, geeigneten Griffen und einer geeigneten Messanordnung. Doch die Auswahl eines solchen Systems erfordert mehr als nur die Überprüfung seiner maximalen Kraft- und Temperaturwerte.
Dieser Leitfaden untersucht die Prüfmethoden, relevante ASTM- und ISO-Normen, häufige Messherausforderungen und praktische Überlegungen bei der Auswahl einer temperaturkontrollierten Zugprüfmaschine.
Warum Zugeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen testen?
Die Temperatur kann beeinflussen, wie sich ein Material verformt und unter Last versagt.
Einige Polymere werden bei niedrigen Temperaturen weniger duktil. Andere Materialien können Veränderungen in Steifigkeit, Zugfestigkeit oder Verlängerung zeigen, wenn die Temperatur steigt. Die tatsächliche Reaktion hängt von der Materialzusammensetzung, der Probenpräparation, den Belichtungsbedingungen und der gewählten Testmethode ab.
Betrachten Sie ein Kunststoffbauteil, das für den Einsatz in einer Automobilmontage gedacht ist. Ein zufriedenstellendes Zugergebnis bei Raumtemperatur liefert möglicherweise nicht genügend Informationen über sein Verhalten während des Kaltbetriebs. Ebenso kann ein Material, das in der Nähe einer wärmeerzeugenden elektronischen Komponente verwendet wird, bei erhöhter Temperatur eine mechanische Bewertung erfordern.
Temperaturkontrollierte Zugtests ermöglichen es Ingenieuren, diese Unterschiede unter definierten Bedingungen zu untersuchen.
Je nach Material und Standard können die erforderlichen Ergebnisse Zugfestigkeit, Streckverhalten, Bruchdehnung, Elastizitätsmodul und Spannungs-Dehnungsantwort umfassen.
Die Messmethode ist jedoch wichtig. Eine von der Maschine erfasste Kraft-Verschiebungskurve ist nicht automatisch äquivalent zu einer Proben-Spannungs-Dehnungskurve. Wenn eine direkte Dehnungsmessung erforderlich ist, muss ein geeigneter Extensometer oder eine andere vom geltenden Standard erlaubte Methode in Betracht gezogen werden.
DieTesttemperatur ist nicht dasselbe wie die Probetemperatur
Ein Detail verdient vor Beginn eines Tests Aufmerksamkeit: Das Erreichen des Kammer-Sollwerts bedeutet nicht zwangsläufig, dass die Probe die erforderliche Temperatur erreicht hat.
Die Probe, die Griffe und die umgebende Luft können beim Erwärmen oder Abkühlen unterschiedlich reagieren. Die Überprüfung von Konditionierungszeit und Temperatur sollte daher der relevanten Testmethode oder dem Kundenverfahren folgen.
Dies ist besonders wichtig, wenn man Ergebnisse bei mehreren Temperaturen vergleicht.
Materialien erfordern Hoch- oder Niedrigtemperatur-Zugtests?
Der Bedarf an temperaturkontrollierter Zugprüfung wird in der Regel durch die vorgesehene Betriebsumgebung des Materials oder eine Qualifikationsanforderung verursacht – nicht nur durch die Verfügbarkeit einer Umweltkammer.
Technische Kunststoffe
Bei technischen Kunststoffen können Zugtests bei unterschiedlichen Temperaturen Ingenieuren helfen, Veränderungen in Festigkeit, Steifigkeit und Verlängerung zu untersuchen.
Typische Anwendungen umfassen Kunststoffteile von Automobilen, elektronische Gehäuse, strukturelle Kunststoffteile und andere Materialien, die sich ändernden thermischen Bedingungen ausgesetzt sind.
Die Probengeometrie, das Konditionierungsverfahren, die Prüfgeschwindigkeit und die Dehnungsmessung sollten gemäß dem relevanten Kunststoffprüfstandard ausgewählt werden.
Kautschuk und Elastomere
Die Eigenschaften von Gummi und Elastomeren sind besonders empfindlich gegenüber Temperatur- und Verformungsbedingungen.
Beim Testen dieser Materialien verdienen die Griffanordnung und die Verlängerungsmessung sorgfältige Aufmerksamkeit. Probenrutschen oder eine ungeeignete Messmethode kann die gemeldeten Ergebnisse beeinflussen.
ASTM D412 und ISO 37 sind relevante Ausgangspunkte, wobei die geltenden Anforderungen an die Temperaturaufbereitung durch das gewählte Verfahren bestimmt werden.
Verbundwerkstoffe
Verbundwerkstoffe bringen zusätzliche Überlegungen in Bezug auf die Ausrichtung der Probe, den Greifdruck, die Dehnungsmessung und den Versagensmodus mit sich.
Für Polymermatrix-Verbundwerkstoffe ist ASTM D3039/D3039M eine relevante Zugprüfmethode. Seine Anforderungen sollten zusammen mit den vorgesehenen Temperaturbedingungen und den Fähigkeiten des gesamten Testsystems überprüft werden.
Kfz- und Elektronikmaterialqualifikation
Temperaturkontrollierte Zugtests können auch die Materialbewertung für Automobilbaugruppen, elektronische Bauteile und Industrieprodukte unterstützen.
Es ist jedoch wichtig, zwischen der Prüfung einer Materialprobe und der Prüfung eines vollständig zusammengebauten Produkts zu unterscheiden.
Eine Zugmaschine mit einer Umweltkammer ist nicht automatisch ein Ersatz für eine Vollprodukt-Umweltprüfkammer. Komplexe Baugruppen können individuelle Vorrichtungen, eine andere Probevorbereitung oder eine alternative Testmethode erfordern.
Welche ASTM- und ISO-Normen gelten?
Es gibt keinen einheitlichen Zugprüfstandard, der alle Material- und Temperaturbedingungen abdeckt.
Die korrekte Methode hängt vom Probenmaterial, den erforderlichen Ergebnissen und dem Zweck der Bewertung ab.
Die folgenden Normen sind nützliche Referenzen bei der Planung eines Hoch- oder Niedrigtemperatur-Zugtestprojekts.
| Standard | Anwendung | Wichtige Überlegungen |
|---|---|---|
| ASTM D638 | Zugeigenschaften von Kunststoffen | Probentyp, Testgeschwindigkeit, Konditionierung und Messmethode |
| ISO 527-Serie | Zugeigenschaften von Kunststoffen | Wählen Sie den passenden Teil für das Material aus |
| ASTM D412 | Zugeigenschaften von Gummi und thermoplastischen Elastomeren | Probenvorbereitung, Greifen und Verlängerungsmessung |
| ISO 37 | Zugspannungs-Dehnungseigenschaften von Kautschuk | Konditionierung und Testtemperaturanforderungen |
| ASTM D3039/D3039M | Zugeigenschaften von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen | Ausrichtung, Greif- und Dehnungsmessung |
| ASTM E21 | Hochtemperaturspannungsprüfung von Metallmaterialien | Temperaturmessung und Testsystemkonfiguration |
| ISO 6892-2 | Zugprüfung metallischer Materialien bei erhöhter Temperatur | Anforderungen an Temperaturkontrolle, Messung und Verfahren |
Diese Standards sind nicht austauschbar, und ihre Aufnahme bedeutet nicht, dass eine bestimmte Testmaschine automatisch alle erfüllt.
Beispielsweise können ein ASTM D638-Kunststofftest und ein ASTM E21-Hochtemperatur-Metallzugtest wesentlich unterschiedliche Probenanordnungen, Griffe und Messkonfigurationen erfordern.
Ebenso sollte nicht angenommen werden, dass ein Hochtemperatur-Metallteststandard einen niedrigen Temperaturtest abdeckt, ohne das anwendbare Verfahren zu überprüfen.
Überprüfen Sie vor dem Kauf der Ausrüstung die genaue Standardnummer, die Ausgabe und alle weiteren kundenspezifischen Anforderungen.
Diese Details sollten die Maschinenkonfiguration von Anfang an leiten.
wird ein Zugtest bei hohen und niedrigen Temperaturen durchgeführt?
Das grundlegende Prinzip der Zugbelastung bleibt dasselbe wie bei einer herkömmlichen universellen Prüfmaschine. Der Unterschied besteht darin, dass die thermische Umgebung zu einer zusätzlichen kontrollierten Testbedingung wird.
Ein typisches Verfahren erfolgt aus mehreren zusammenhängenden Stufen.
Probenvorbereitung und Testaufbau
Der Ingenieur identifiziert zunächst das Material, die Probenmaße, die anwendbaren Standard- und erforderlichen Messergebnisse.
Die Probe wird dann mit Griffen eingebaut, die zu seiner Geometrie, erwarteten Zugkraft und Testtemperatur passen.
Eine korrekte Ausrichtung ist unerlässlich. Wenn die Probe nicht entlang der vorgesehenen Belastungsachse positioniert ist, kann unbeabsichtigte Biegung das Testergebnis beeinflussen.
Temperaturaufbereitung
Die Kammer wird auf die festgelegte Testtemperatur gebracht und die Probe wird nach dem entsprechenden Verfahren konditioniert.
Die erforderliche Konditionierungszeit sollte nicht durch eine willkürliche Wartezeit ersetzt werden, nur weil die Kammeranzeige ihren Sollwert erreicht hat.
Wo erforderlich, sollte die Probetemperatur überwacht oder mit einer geeigneten Anordnung überprüft werden.
Zugbelastung und Datenerfassung
Sobald die angegebenen Testbedingungen festgelegt sind, übt die Maschine eine Zugbelastung mit der vorgeschriebenen Geschwindigkeit oder Dehnungsrate aus.
Das Messsystem erfasst die erforderlichen Daten, die Kraft, Verschiebung und Probendehnung umfassen können.
Während der Prüfung sollte der Bediener auf Griffrutschen, abnormale Verformungen oder vorzeitigen Versagen in der Nähe des Greifbereichs achten.
Ergebnisbewertung
Nach der Prüfung werden die Ergebnisse gemäß der gewählten Methode bewertet.
Ein nützlicher Bericht sollte das Material, die Probengeometrie, die Prüftemperatur, das Konditionierungsverfahren, die Prüfgeschwindigkeit, die Messanordnung und den beobachteten Versagensmodus identifizieren.
Beim Vergleich mehrerer Temperaturen ist Konsistenz bei der Probenvorbereitung und im Prüfverfahren unerlässlich.
Wo können temperaturkontrollierte Zugtests Fehler machen?
Eine Prüfmaschine kann eine ausreichende Kraftkapazität und einen geeigneten Kammertemperaturbereich haben, aber dennoch fragwürdige Ergebnisse liefern, wenn die Probenanordnung oder das Messsystem ungeeignet ist.
Mehrere praktische Fragen verdienen besondere Aufmerksamkeit.
Griffrutschen und Halterungskompatibilität
Griffe müssen das Probe während des gesamten Tests sicher halten, ohne vorzeitige Schäden zu verursachen.
Temperaturänderungen können auch die Abmessungen der Befestigung und das Griffverhalten beeinflussen. Eine für den Betrieb bei Raumtemperatur geeignete Leuchte sollte nicht automatisch als geeignet für den gesamten thermischen Testbereich angesehen werden.
Vorrichtungsmaterial, Klemmmechanismus, Probengeometrie und Betriebsabstand sollten gemeinsam überprüft werden.
Probenausrichtung
Schlechte Ausrichtung führt zu unbeabsichtigten Belastungsbedingungen.
Für ein temperaturkontrolliertes System müssen die oberen und unteren Griffe korrekt positioniert bleiben, während ausreichend Freiraum im Inneren der Kammer gewährleistet ist.
Die Vorrichtung sollte vor dem Test überprüft werden, anstatt die Ausrichtung als Softwarekorrektur zu behandeln.
Dehnungsmessung
DieVerschiebung des Querkopfs umfasst Bewegung und Verformung innerhalb des Ladesystems. Je nach Testmethode liefert sie möglicherweise keine akzeptable Messung des tatsächlichen Probenstamms.
Wo ein Modul oder eine genaue Verlängerungsmessung erforderlich ist, sollte die Anordnung des Extensometers entsprechend ausgewählt werden.
Das Extensometer muss ebenfalls für die vorgesehene Testumgebung geeignet sein. Seine Kalibrierungsbedingungen und der nutzbare Messbereich sollten getrennt von der allgemeinen Genauigkeitsspezifikation des UTM überprüft werden.
Nutzbarer Hub und Kammerfreiraum
Die Kammer muss mehr als nur das Exemplar aufnehmen.
Ingenieure sollten die eingebauten Griffe, die Probenlänge, die erwartete Verlängerung, die Ausdehnungsanordnung und den erforderlichen Betriebsabstand berücksichtigen.
Der nominale Hub der Maschine entspricht nicht unbedingt dem Hub, der nach der Installation des vollständigen Fixierungssystems verfügbar ist.
Kraftkapazität und tatsächlicher Arbeitsbereich
Eine 50-kN-Maschine ist nicht automatisch die beste Wahl für eine Probe, die eine relativ geringe Zugkraft erzeugt.
Der erwartete Arbeitskraftbereich sollte mit der ausgewählten Lastzelle und ihrem verifizierten Messbereich verglichen werden.
Maximale Kapazität, Kraftauflösung und Messgenauigkeit sind verwandte Spezifikationen, sollten jedoch nicht als austauschbar behandelt werden.
Innerhalb eines tatsächlichen RS-8000GDW-Projekts: Maschine, Vorrichtungen und Messaufbau
Die RS-8000GDW-Projektfotos aus dem September 2021 zeigen mehr als nur einen universellen Prüfmaschinenrahmen.
Neben der Ausrüstung befinden sich separate Greifkomponenten, Verbindungszubehör und Erweiterungsanzeige. Diese Details verdeutlichen etwas, das bei der Erstellung einer Ausrüstungsspezifikation oft übersehen wird: Die Maschine muss als vollständiges Testsystem konfiguriert sein.
Die eigentliche Ausrüstung
Die Projektfotos zeigen den RS-8000GDW-Laderahmen und einen separaten Steuerschrank während der Ausrüstungsvorbereitung.
Die mechanische Anordnung der Maschine bildet die Grundlage für die Zugbelastung, während die endgültige Testkonfiguration von der installierten Kammer, Probevorrichtungen und Messzubehör abhängt.
Für Kunden, die eine ähnliche Laboranlage planen, sollten der nutzbare Testraum und die erforderliche Fixturanordnung vor der endgültigen Festlegung der Ausrüstung überprüft werden.
Vorrichtung und Zubehörkonfiguration
Die begleitenden Projektfotos zeigen verstellbare Metallgreifteile, Verbindungsteile und weiteres mechanisches Zubehör.
Ihre Anwesenheit ist nützlich, da die Auswahl der Armaturen kein zweites Kaufdetail ist. Sie beeinflusst die Probeninstallation, Ausrichtung, verfügbaren Hub und den praktischen Betrieb des gesamten Testsystems.
Für eine neue Anwendung sollte die Greifanordnung anhand der Probenentnahme, der erwarteten Kraft und der angegebenen Testtemperatur überprüft werden.
Die Projektfotos allein zeigen nicht, dass jedes abgebildete Zubehör für den gesamten verfügbaren Temperaturbereich der Maschine geeignet ist.
Extensometer-Dokumentation
Das Projektarchiv enthält außerdem Fotos eines GWB-200-Extensometers und entsprechende Kalibrierungsdokumentation.
Der sichtbare Datensatz zeigt eine Spurweite von 20 mm, Klasse 0,5, einen Kalibrierungsbereich von 0–1,0 mm und eine Kalibrierungstemperatur von 25°C.
Dies bietet ein nützliches Beispiel für messbezogene Dokumentation, die mit einem tatsächlichen Testgeräteprojekt verbunden ist.
Es zeigt jedoch nicht, dass die Messleistung des Extensometers über einen Hoch- und Tieftemperaturtestbereich hinweg überprüft wurde.
Für Anwendungen, die eine direkte Dehnungsmessung unter thermischer Exposition erfordern, müssen das Extensometer und seine Betriebsbedingungen als Teil der endgültigen Systemkonfiguration bestätigt werden.
Die praktische Lehre aus diesem Projekt ist einfach: Der Lastrahmen, die Kammer, die Vorrichtungen und das Messsystem sollten gemeinsam überprüft und nicht als unabhängige Bauteile gekauft werden.
Wahl der richtigen Zugprüfmaschine für hohe und niedrige Temperaturen
Eine nützliche Gerätespezifikation beginnt mit dem Test selbst.
Vor der Auswahl einer Maschine sollten Ingenieure den erforderlichen Temperaturbereich, die Abmessungen der Probe, die erwartete Zugkraft, den anwendbaren Standard und die Messwerte festlegen.
Diese Anforderungen bestimmen, ob die vorgeschlagene Lastzelle, die Kammer, die Befestigungen und der verfügbare Testraum geeignet sind.
ITM-LAB RS-8000GDW — Standardkonfiguration
Das ITM-LAB RS-8000GDW kombiniert eine universelle Prüfmaschine mit einer temperaturkontrollierten Testumgebung für die Materialbewertung außerhalb der Raumtemperatur.
Die in diesem Leitfaden besprochene Standardkonfiguration sieht einen Temperaturbereich von −40°C bis +150°C vor.
Wichtige Produktspezifikationen sind im Folgenden zusammengefasst.
| Parameter | RS-8000GDW |
|---|---|
| Standardtemperaturbereich | −40°C bis +150°C |
| Verfügbare Lastzellenkapazitäten | 500 N / 1 kN / 2 kN / 5 kN / 10 kN / 20 kN / 50 kN / 50 kN |
| Lastauflösung | 1/500.000 |
| Gerätegenauigkeit | Stufe 0,5 |
| Schlag (ohne Griffe) | 300–500 mm, individuell angepasst |
| Testgeschwindigkeit | 0,001–500 mm/min oder 1–1000 mm/min, je nach Konfiguration |
| Verdrängungsauflösung | 0,01 mm |
| Innenraum der Referenzkammer | 300 × 350 × 600 mm, anpassbar |
| Temperaturabweichung | ±2°C |
Die Spezifikationen basieren auf der bereitgestellten ITM-LAB-Produktdokumentation und der bestätigten Standardtemperaturkonfiguration. Die Endleistung der Ausrüstung und der Betriebszustand sollten anhand der genehmigten Projektspezifikation überprüft werden.
Für Anwendungen, die einen größeren thermischen Bereich erfordern, steht eine maßgeschneiderte Konfiguration von −70°C bis +250°C zur technischen Überprüfung zur Verfügung. Dies ist nicht die Standardspezifikation der Standardmaschine.
Was sollte vor der Bestellung bestätigt werden?
Ein Angebot sollte die gewählte Lastzellenkapazität, die erforderliche Kammerkonfiguration, die Probengriffe und die Messanordnung angeben.
Der beabsichtigte Teststandard sollte auch im Zusammenhang mit dem gesamten System überprüft werden.
Ein Test, der eine direkte Dehnungsmessung erfordert, benötigt beispielsweise eine andere Zubehörkonfiguration als ein routinemäßiger Test, der Kraft und Querkopfverschiebung erfasst.
Ebenso können die Geometrie des Probens und die erwartete Verlängerung den nutzbaren Hub und die erforderliche Kammerfreiheit beeinflussen.
Diese Details frühzeitig auszuwählen, hilft, den Kauf einer Maschine zu vermeiden, die die Headline-Spezifikationen erfüllt, aber für den vorgesehenen Test schwer konfiguriert werden kann.
Bevor Sie ein Angebot anfordern
Wenn Sie bereits eine Musterzeichnung und einen Teststandard haben, sind diese beiden Dokumente der beste Ausgangspunkt für eine Diskussion über Ausrüstung.
Sie helfen dem Hersteller, den erforderlichen Kraftbereich, die Temperaturbedingungen, die Griffe und die Messkonfiguration vor der Erstellung eines Angebots zu bewerten.
Für eine RS-8000GDW-Anfrage sind die nützlichsten Informationen:
-
Materialtyp und beabsichtigte Anwendung
-
Teststandard und erforderliche Ausgabe
-
Probenzeichnung oder Maße
-
Minimal- und Maximaltesttemperaturen
-
Erwarteter Zugkraftbereich
-
Erforderliche Testgeschwindigkeit oder Dehnungsrate
-
Erforderliche Ergebnisse, einschließlich jeglicher direkter Dehnungsmessung
-
Installationsanforderungen und individuelle Armaturenanforderungen
Wenn die endgültige Konfiguration noch nicht festgelegt ist, kann ITM-LAB die verfügbaren Probe und Testinformationen prüfen, um eine geeignete Startkonfiguration zu identifizieren.
FAQ
- Kann eine universelle Prüfmaschine Zugtests bei niedrigen und hohen Temperaturen durchführen?
Ja. Ein UTM kann temperaturkontrollierte Zugtests durchführen, wenn er mit einer geeigneten Umweltkammer, Leuchten und einem Messsystem konfiguriert ist. Die Eignung hängt von der vollständigen Konfiguration und der erforderlichen Testmethode ab.
- Reicht −40°C bis +150°C für jeden temperaturabhängigen Zugtest aus?
Nein. Dies ist der Standardtemperaturbereich der hier diskutierten RS-8000GDW-Konfiguration. Der tatsächliche erforderliche Bereich sollte anhand der Anwendung, der Materialspezifikation oder des Teststandards bestimmt werden. Anspruchsvollere Temperaturbedingungen erfordern möglicherweise ein maßgeschneidertes System.
- Können dieselben Zuggriffe bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur verwendet werden?
Nicht unbedingt. Griffmaterialien, Klemmmechanismen, thermische Ausdehnung und Probenverhalten sollten berücksichtigt werden. Die Eignung der Leuchte muss für die vorgesehenen Betriebsbedingungen bestätigt werden.
- Entspricht eine Prüfmaschine der Stufe 0.5 automatisch den ASTM- oder ISO-Standards?
Nein. Die Genauigkeit der Maschinen ist nur ein Teil der Bewertung. Die Einhaltung einer bestimmten Testmethode hängt auch von der Probenvorbereitung, den Vorrichtungen, der Temperaturkontrolle, dem verifizierten Messbereich, der Dehnungsmessung und dem erforderlichen Verfahren ab.
Konfigurieren Sie Ihr temperaturkontrolliertes Zugtestsystem mit ITM-LAB
Ein Hoch- und Niedertemperatur-Zugtestprojekt sollte mit dem Material und der Testmethode beginnen – nicht einfach mit der maximalen Kraft oder Temperatur, die in einem Maschinenkatalog gedruckt ist.
Wenn Sie ein neues Testsystem planen oder ein bestehendes Labor aufrüsten, senden Sie ITM-LAB Ihre Probedaten, den erforderlichen Teststandard und den Temperaturbereich.
Unser Team kann die Anwendung prüfen und eine geeignete RS-8000GDW-Konfiguration empfehlen, einschließlich Lastzelle, Kammer, Vorrichtungen und Messzubehör.
Technische Konfiguration und Angebot anfordern
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