Prüfung von mechanischen Eigenschaften an CFK-Proben nach ASTM D3039, DIN EN ISO 527, ASTM D790 & DIN EN ISO 14125

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), auch als Carbon bekannt, zeichnen sich durch ihre Kombination aus hoher Festigkeit und geringem Gewicht aus. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, dem Fahrzeugbau sowie im Sportgerätebereich. Aufgrund ihrer anisotropen Struktur – höhere Festigkeit und Steifigkeit in Faserrichtung im Vergleich zur Querbelastung – ist es jedoch unerlässlich, die mechanischen Eigenschaften von CFK-Materialien in verschiedenen Belastungsrichtungen zu testen.

Prüfungen in unterschiedlichen Belastungsrichtungen

Um die mechanischen Eigenschaften umfassend zu bewerten, können mit der Universalprüfmaschine inspekt 250kN von Hegewald & Peschke verschiedene Prüfmethoden angewendet werden, darunter Zug-, Biege- und Druckversuche. Besonders relevant sind Biegeversuche, da sie bei sehr hohen Materialsteifigkeiten oft präzisere Ergebnisse liefern und Zugversuche in der Regel nicht ausreichend geeignet sind, um relevante Kennwerte zu ermitteln. Für die Prüfung von Compsitemateralien gibt es international diverse relevante Normen, die spezifische Prüfverfahren festlegen. Für Zugversuche sind vor allem die Normen ASTM D3039 und DIN EN ISO 527 verbreitet. Die Prüfverfahren für Biegeversuche werden u.a. in den Normen ASTM D790 und DIN EN ISO 14125 festgelegt.

Temperaturabhängige Prüfungen

CFK-Materialien sind in vielen Einsatzbereichen – etwa in der Luftfahrt oder im Automobilbau – extremen Temperaturbedingungen ausgesetzt. Daher ist die Prüfung unter variierenden Temperaturen essenziell, um die Leistungsfähigkeit des Materials unter realen Bedingungen zu bewerten. Mit der Erweiterung der Prüfmaschine durch eine Temperierkammer können Belastungstests bei Temperaturen von -70°C bis +350°C durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige Bewertung der Materialeigenschaften unter verschiedenen thermischen Bedingungen.

Präzise Dehnungsmessung mit Videoextensometer

Für die genaue Ermittlung der Dehnung in und außerhalb der Temperaturkammer kommt ein Videoextensometer zum Einsatz. Das optische Messprinzip dieses Systems sorgt für eine kontaktlose und somit beschädigungsfreie Dehnungsmessung, selbst bei sprödem Bruchverhalten des Materials.

Flexible Handhabung durch hydraulische Spannzeuge

Die Verwendung von Hydraulikspannzeugen gewährleistet eine optimale Probeneinspannung, wodurch Verfälschungen der Prüfergebnisse vermieden werden. Mit den Spannzeugen können Zugversuche u.a. nach ASTM D3039 und DIN EN ISO 527 normgerecht durchgeführt werden. Über ein Koppelsystem können direkt an die Hydraulikspannzeuge zusätzliche Prüfwerkzeuge eingebaut werden. Dies erspart dem Anwender einen zeit- und kraftaufwendigen Ausbau der Spannzeuge beim Wechsel zwischen verschiedenen Prüfverfahren. Eine Biegebank kann somit ohne großen Umrüstauswand in das Prüfsystem adaptiert werden, womit die Durchführung von Biegeversuchen u.a. nach ASTM D790 und DIN EN ISO 1412 ermöglicht wird.

Alle Prüfwerkzeuge sind auf eine maximale Prüfkraft von 250 kN ausgelegt, was eine große Bandbreite an Prüfmethoden ermöglicht und die Maschine flexibel einsetzbar macht.

Fazit

Mit der Universalprüfmaschine inspekt 250kN und den ergänzenden Temperierkammern sowie Videoextensometern können umfassende und genaue mechanische Prüfungen an CFK-Proben durchgeführt werden. Dies bietet eine ideale Lösung zur Bewertung der Materialeigenschaften in anspruchsvollen Anwendungsbereichen.

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