Eine Universalprüfmaschine (auch Druck-, Biege- oder Zug-Prüfmaschine genannt) ist ein Laborgerät, mit dem verschiedene, in der Regel genormte mechanische Prüfungen an Proben oder Materialstücken durchgeführt werden, die gealtert sein können. Eine herkömmliche Universalprüfmaschine ist mit einer austauschbaren Kraftmesszelle, einem Wegaufnehmer, zwei beweglichen Klemmen (Backen), und einem Grafikschreiber ausgestattet. Bei einem Zweisäulenrahmen wird die bewegliche Traverse durch zwei seitliche Schrauben angetrieben, die von einem Gleichstrommotor angetrieben werden. Die Verbindung zwischen den Schnecken und dem Getriebe wird in der Regel durch Riemenscheiben und Zahnriemen hergestellt. Die Geschwindigkeit der beweglichen Backe, die normalerweise konstant ist, kann von einem bis zu 3.000 Millimeter pro Minute eingestellt werden (typischer Wert: 10 Millimeter pro Minute).
Funktionsweise der konventionellen Maschinen
Die Art der Belastung, wie einachsiger Zug, Zug-Schub, Druck, Dreipunkt- oder Vierpunktbiegung, hängt vom gewählten Probeträger und den Abmessungen des Prüfkörpers ab. Die Vorrichtung kann in einer temperaturgeregelten Kammer (optional, für Umgebungs-/Warm-/Kaltprüfungen) von -80 bis 250 Grad angeordnet werden; die Zugprobe kann auch in einem offenen Ofen angeordnet werden (optional, maximale Betriebstemperatur von z.B. 1000 Grad). Der Lastbereich der Wägezelle kann von einigen Millinewton bis zu mehreren hundert Kilonewton reichen, je nach Art des zu prüfenden Produkts und der Art der Belastung. Es kann eine Spannung (z. B. Zug-Schubversagen) oder eine Verriegelungskraft gemessen werden. Moderne Prüfmaschinen verfügen über entsprechende Berechnungssoftware.
Dynamische Zug-Prüfmaschine
Für einige Prüfungen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, ist es üblich, Zahnstangen mit Hydraulikzylindern zu verwenden. Letztere ermöglichen es, mit Hüben von einigen zehn Zentimetern Geschwindigkeiten von mehreren m/s zu erreichen. Der Zylinder wird über ein Servoventil gesteuert, das durch ein PID-Regelsystem kontrolliert wird.
Zentrifugal-Zugversuch
Zentrifugal-Maschine
Eine moderne Variante der Zugprüfung wurde 2013 in Deutschland entwickelt. Dabei wird eine Zentrifugalkraft auf eine Verbindung ausgeübt, um eine Zugspannung zu erzeugen. Wenn der Wert der Zugfestigkeit einer Verbindung gleich der aufgebrachten Fliehkraft ist, wird deren Versagen erzeugt und die Versagensgrenze aufgezeichnet. Der Vorteil besteht darin, dass die Prüfungen an einer Reihe von Proben durchgeführt werden können, die während der Prüfung genau der gleichen Belastung ausgesetzt sind. Die 2013 patentierte Adhesion by Centrifugal Test Technology (CATT) ermöglicht die absolute Bestimmung der Adhäsionskräfte und der mechanischen Zug- oder Scherfestigkeit von Klebstoffen, Beschichtungen und Verbundwerkstoffen. Das Prinzip von CATT besteht darin, direkt eine Kraft auf die Prüfkörper auszuüben, die mit der Rotordrehzahl progressiv ansteigt, um die mechanische Spannung gegenüber der Bruchkraft in Echtzeit zu messen.
Extensometer
Einige Universalprüfmaschinen, die optional mit einem Dehnungsaufnehmer ausgestattet sind, ermöglichen die Aufnahme von Spannungs-Dehnungs-Kurven an hantelförmigen Probekörpern, um z. B. die Flexibilität der verwendeten Materialien durch den Wert der Bruchdehnung zu charakterisieren. In diesem Fall kann die Messung der Dehnungen nicht mehr durch die Messung der Verschiebung des Querbalkens erfolgen: Die Längenänderungsaufnehmer berücksichtigen die Dehnung zwischen zwei Markierungen (Wert von 10 bis 50 Milimeter, möglicherweise durch ein normatives Dokument vorgeschrieben) im mittleren (kalibrierten) Teil der Hantelprobe. Die Dehnungseigenschaften der Proben (Elastizitätsmodul und Sekantenmodul, Dehnung und Bruchspannung) können gemessen werden.
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