ISO 14126 | ASTM D3410: Composite Druckversuch
Die Normen ASTM D3410 und ISO 14126 (Verfahren 1) sind Standard-Prüfmethoden zur Bestimmung der Druckeigenschaften von Composites in der Laminatebene und beschreiben den Composite Druckversuch mit Krafteinleitung über Schub (Shear Loading Compression).
Bei dieser Methode des Composite Druckversuchs wird die Druckkraft über Schubkräfte in den in die Prüfvorrichtung und in der Regel mit Aufleimern versehenen Probekörper übertragen. Bei einer ausreichenden Einspannlänge wird im ungestützten mittigen Bereich der Probe eine homogene Spannungsverteilung erzielt. Ein Vorteil liegt in der guten axialen Führung des Probekörpers während der Prüfung, sowie dem Wegfall der Krafteinleitung über die Endflächen. Die Notwendigkeit einer hochpräzisen Bearbeitung der Proben Endflächen entfällt somit.
Auch die Norm DIN EN 2850 beschreibt den Shear Loading Compression Test an Composites (Type A).
Einsatzbereich IITRI- und HCCF Druckvorrichtung Prüfmaschinen Downloads Beratung anfordern
Für welche Composite Materialien eignet sich die Shear Loading Compression Methode?
In der ISO 14126 werden 2 Verfahren zur Bestimmung der Druckeigenschaften von faserverstärkten Kunststoff-Verbundwerkstoffen in der Laminatebene spezifiziert. ISO 14126 Verfahren 1 beschreibt den Druckversuch mit Krafteinleitung über Schub (Shear Loading), während ISO 14126 Verfahren 2 Druckversuch mit kombinierter Krafteinleitung (Combined Loading) beinhaltet.
Die Shear Loading Compression Methode nach ASTM D3410 und ISO 14126 (Verfahren 1) eignet sich für unidirektionale Composite Materialien mit niedrigeren Festigkeiten in Faserrichtung, sowie zur Druckprüfung von Geweben und multidirektionalen Composite Laminaten.
Bei Carbonfaserverstärkten Composite Materialien mit hohen Festigkeiten und Druckversuchen mit unidirektionalen Laminate in Faserrichtung (UD0°) reicht die Krafteinleitung über Schubkräfte allein oft nicht mehr aus. Es kommt entweder zu ungültigen Versagensmoden (End Crushing, Aufleimerversagen) oder zu niedrigeren Druckfestigkeiten aufgrund inhomogener Spannungsverteilung in der freien Probenlänge. In diesem Fall ist es besser die Combined Loading Compression Methode nach ASTM D6641 oder ISO 14126 (Verfahren 2) anzuwenden.
Prüfwerkzeuge und Versuchsdurchführung nach ISO 14126, ASTM D3410
Der Composite Druckversuch mithilfe der Shear Loading Compression Methode wurde in den 1980er Jahren in der ASTM D3410 als Celanese-Prüfvorrichtung mit kegelförmigen Spannelementen genormt. In dieser ursprünglichen Celanese-Vorrichtung führten jedoch Schwankungen in den Probendicken zu unerwünschten Linienauflagen der kegelförmigen Spannelemente. In den Normen DIN 65375 und DIN EN 2850 (Type A) lösen modifizierte Celanese-Vorrichtungen mit geführten Flachkeilen dieses Problem.
IITRI-Druckvorrichtung (Shear-loading) nach ASTM D3410
IITRI in den USA entwickelte eine ähnlich wirkende Vorrichtung mit Säulenführung, die in der aktuell gültigen ASTM D3410 die alte Celeanese-Vorrichtung ersetzt. Auch hier wird wie bei der modifzierten Celanese-Vorrichtung die Druckprobe in geführten Flachkeilen geklemmt.
Die Druckprobe wird dabei zunächst in die Keilbacken eingelegt, wofür ein separates Hilfswerkzeug oft nützlich ist. Mit einer Zentrierhilfe werden Probe und Keilbacken exakt zueinander ausgerichtet. Die Keilbacken mit eingebauter Probe werden dann in den unteren Probenhalterkörper eingesetzt. Der obere Probenhalterkörper wird in die obere Aufnahme geschoben. Die Teile der Vorrichtung werden ineinander gefahren. Zentrierbolzen gewährleisten die Ausrichtung von oberem zu unterem Probenhalter.
Der Spanndruck wird während der Druckprüfung über die wirkende Längskraft durch Keilwirkung erzeugt. Dies kann jedoch zu Bewegungen der Keile und somit zu einer ungleichmäßigen Belastung des Probekörpers führen.
Zur Bestimmung der Gültigkeit des Druckversuchs durch Quantifizierung überlagerter Biegeverformungen (Percent Bending) erfolgt eine Dehnungsmessung mit separat messenden, beidseitig mittig applizierten Dehnmessstreifen (DMS). Zur Bestimmung der Druckdehnung werden die Signale der DMS dann gemittelt.
Vorteile der IITRI Druckvorrichtung nach ASTM D3410:
- Zentrierhilfe zum Ausrichten des Probekörpers
- für Druckkräfte bis 220 kN
- Großer Temperaturbereich von -70…300 °C
- Keine Bearbeitung der Stirnseite der Probekörper notwendig
Hydraulische Druckvorrichtung HCCF nach ISO 14126
Mit der ursprünglich von IMA Dresden entwickelten und von ZwickRoell erhältlichen patentierten hydraulischen Druckvorrichtung HCCF (Hydraulic Composite Compression Fixture) können Composite Druckversuche nach ISO 14126 aber auch nach anderen gängigen Shear Loading Compression Prüfverfahren (ASTM D3410, EN 2850, Airbus AITM 1-0008) durchgeführt werden.
Die HCCF verfügt über eine sehr gute Zugänglichkeit, vereinfachtes Handling und feststehende Backen, die auch während der Prüfung exakt zueinander ausgerichtet bleiben und nicht verrutschen können.
Standardmäßig wird die Dehnung beidseitig mit Dehnungsmessstreifen (DMS) gemessen. Für Proben, bei denen der Abstand zwischen den Aufleimern und die Einspannlänge mindestens 2 mm größer als die Anfangsmesslänge sind, kann kundenspezifisch ein beidseitig messender Clip-on-Längenänderungsaufnehmer verwendet werden.
Vorteile der HCCF Durckvorrichtung:
- Für Druckprüfungen im erweiterten Temperaturbereich von -60 °C bis +150 °C einsetzbar
- Durch die Bauweise sind die Proben extrem genau ausgerichtet
- Das parallel schließende hydraulische Klemmprinzip ermöglicht einen sicheren Probenhalt, stufenlose Einstellung der Klemmkraft und eine weitgehend konstante Verformungsgeschwindigkeit
- Die HCCF verbleibt in der Prüfmaschine, wodurch der Probendurchsatz erheblich erhöht werden kann
- Ermöglicht Druckprüfungen mit Probenbreiten bis 35mm
- Dickenunterschiede bei Druckproben, hervorgerufen durch z.B. Dickenschwankungen im Aufleimermaterial oder der Klebespaltdicke, können während der Einspannung der Probe erkannt und einfach korrigiert werden.
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