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Lektion 1, Thema 1
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(WT3-09-3) Zugversuch – Prüfprinzip

Beim Zugversuch wird eine zunehmende Zugkraft auf einen Probenstab (flach oder rund) so lange ausgeübt, bis letztlich der Bruch eintritt. Dem Bruch geht eine Verlängerung der Probe längs seiner Stabachse voraus.

Während der Versuchsdauer wird die Beanspruchungsgeschwindigkeit bewusst niedrig gehalten, wodurch es möglich ist die Belastung und die daraus resultierende Verlängerung der Probe stetig zu messen.

 

Universalprüfmaschine

Der Zugversuch wird auf einer Universalprüfmaschine durchgeführt. Wie diese aussieht, siehst du schematisch dargestellt in der nächsten Abbildung:

Zugversuch - Universalprüfmaschine
Zugversuch – Universalprüfmaschine

 

Anhand der Abbildung kannst du auch sehen warum diese Prüfmaschinen ihren Namen trägt. Denn je nach Wunsch lassen sich hier sowohl Zugversuche, als auch Druck- und Biegeversuche durchführen. Im oberen Bereich werden Druck- und Biegeproben eingelegt und im unteren Bereich entsprechend Zugproben.  

Zu den Zahlen in der Abbildung:

  1. Linke Zugstange
  2. Rechte Zugstange
  3. Hydraulik – Hier wird die Kraft für die Versuche induziert. 
  4. Obere Druckplatte
  5. Biegetisch mit Auflagern
  6. Obere Einspannung
  7. Bereich der Grobeinstellung
  8. Rahmen

Ältere Varianten, die bis heute noch in Gebrauch sind, können Prüfmaschinen mit alleiniger mechanischer oder hydraulischer Krafterzeugung sein.

 

Kraftverlängerungskurve

Innerhalb der Prüfmaschine befindet sich eine Messeinrichtung die die gemessenen Werte an eine Schreibeinrichtung weiterleitet, welche aus den Messwerten eine Kraft-Verlängerungs-Kurve erzeugt.

Zugversuch - Kraft-Verlängerungs-Kurve
Zugversuch – Kraft-Verlängerungs-Kurve

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Moderne Universalprüfmaschinen, die hydraulisch-elektronisch arbeiten, erlauben sogar neben der statischen Beanspruchung eine dynamische Beanspruchung einer Probe.

Diese eignen sich neben Zugversuchen je nach Prüfaufbau auch für Druckversuche und Biegeversuche.

 

 


Zugversuch – Proben


Zugversuch – Proben / Probenstäbe

Wie die Zugproben zu gestalten sind, ist in der DIN 50125 geregelt. Ausnahmen bilden dünne Bleche, Druckguss, Temperguss, Grauguss und Schweißverbindungen. Hier gelten zusätzliche, besondere Richtlinien.

 

Probenformen

Im Grundsatz unterscheiden wir jedoch Rundproben von Flachproben. Beide sind in den nachfolgenden beiden Abbildungen dargestellt:

Rundprobe
Rundprobe
Flachprobe
Flachprobe

Beide Formen haben gemein, dass sie als Proportionalitätsstäbe erzeugt werden, um vergleichbare Werte für die Bruchdehnung zu erhalten.

 

Einspannung

Ein weiteres Unterscheidungskriterium sind die Einspannköpfe. Diese können als

  • Gewindeköpfe
  • Schulterköpfe
  • Kegelköpfe

realisiert werden und erfordern eine entsprechende Gestaltung der Einspannvorrichtung an der Prüfmaschine.

 

Auch hier findest du hilfreiche Angaben zu Maßen und Toleranzen für die Zugproben in der oben genannten DIN-Norm.”

 

Wie die Einspannung mit Spannkeilen aussieht, zeigt dir die nachfolgende Abbildung:

Einspannung der Zugprobe
Einspannung der Zugprobe

Hier sorgt die zunehmende Zugkraft für eine Erhöhung der Spannkraft. Die eingesetzten Kugelschalen gewährleisten, dass die axiale Zugbeanspruchung optimal erfolgt.

 

Probenlänge

Auch die Probenlänge kann unabhängig von der Probenform (rund, rechteckig) variieren. So gibt es kurze und lange Proportionalitätsstäbe. Bei diesen stehen Ausgangslänge des Stabes und Ausgangsquerschnitt in einem festen Verhältnis zueinander. Wie sich dieses errechnet, zeigen dir die nachfolgenden Gleichungen:

 

 \boxed{ L_0 = 5 \cdot d_o = 5,65 \sqrt{S_o} } Kurzer Stab

 

 \boxed{ L_0 = 10 \cdot d_o = 11,3 \sqrt{S_o} } Langer Stab

 

Kennzahlen:

 \boxed{ d_o = } Probendurchmesser einer Rundprobe

 \boxed{ L_o =} Ausgangslänge der Probe bei Raumtemperatur

 \boxed{ S_o = } Ausgangsquerschnitt der Rund- und Flachprobe

 

undefiniert
Ist es dir aufgefallen?

Wie du vielleicht bemerkt hast, entspricht das Verhältnis des kurzen Stabes in Bezug auf Länge und Durchmesser exakt dem Verhältnis von Länge und Durchmesser des langen Stabes.

 

Messmöglichkeiten

Innerhalb der Messphase erfassen wir die elastischen Formänderungsbeträge. Für deren Messung stehen uns unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung.

Ein rein mechanisches Prinzip ist die Feindehnungsmessung, hier werden Dehnungen des Probenstabs über Hartmetallschneiden (die einen Abstand von L_o zueinander haben) und direkt an der Probe anliegen, exakt auf Messeinrichtungen (Uhren) übertragen.

 

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