Vor Kurzem haben wir eine Zugprüfmaschine in Betrieb genommen, um auch die Zugfestigkeit leicht und schnell in Eigenregie messen zu können. Die Zugprüfmaschine ist Bestandteil unserer Strategie der kontinuierlichen Verbesserung und unseres Strebens nach Deutlichkeit und Qualität. Bei Bedarf prüfen wir eingehende Waren und Befestigungsmaterial, das wir in unserer Produktionsabteilung modifiziert haben, mit dieser Zugprüfmaschine.

Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit ist die maximale mechanische Zugspannung, die ein Objekt erreichen kann, bevor eine Einschnürung auftritt. Die Zugfestigkeit hängt vom Material und der Dicke des Objekts ab. Einschnürung bedeutet, dass ein Objekt in einem Teilbereich dünner wird, wodurch es dort weniger Spannung aufnehmen kann. Bei gleichbleibender Spannung beschleunigt sich das Dünnerwerden des Teils an dieser Stelle und es kann weniger Spannung standhalten. Dadurch ist ein Bruch im Grunde unabwendbar. Unter dem Gesichtspunkt einer korrekten Verwendung von Befestigungsartikeln ist die Ermittlung der Proportionalitätsgrenze, Elastizitätsgrenze und Streckgrenze interessanter. Diese werden vor Erreichen der Zugfestigkeit erreicht.

Wenn eine Schraube oder ein Bolzen unter Zugspannung steht, tritt zunächst eine elastische Verformung auf; diese ist bis zur Proportionalitätsgrenze proportional zur Spannung. Oberhalb dieser Grenze dehnt sich das Material bis zur Elastizitätsgrenze schneller aus als die Spannung steigt. Bis zum Erreichen der Elastizitätsgrenze nimmt das Material die ursprüngliche Form wieder ein, wenn die Spannung verschwindet. Oberhalb der Elastizitätsgrenze kommt es zu einer plastischen Verformung des Material, das heißt, es tritt eine bleibende Formänderung auf. Danach wird die Streckgrenze erreicht, ab der das Objekt immer länger und dünner wird, auch bei gleichbleibender Spannung. Das Material verformt sich dann bleibend und die Bruchgefahr ist groß, wenn die Spannung nicht entfernt wird.

Sehr harte Legierungen fließen kaum; die Streckgrenze ist in diesem Fall schwer zu ermitteln. Dank ihrer Härte erreichen sie nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze schnell die Zugfestigkeit. In diesen Fällen wird oft eine 0,2-%-Dehngrenze als theoretische Streckgrenze eingehalten. Bei Konstruktionen versucht man, Befestigungsmittel möglichst nah an der Proportionalitätsgrenze und auf jeden Fall unter der Streckgrenze zu halten, um eine maximale Festigkeit und Langlebigkeit der Konstruktion zu erzielen. Ab der Streckgrenze ist Befestigungsmaterial zu stark belastet.

Zugversuch

Eine gutes Verfahren zur Ermittlung all dieser Eigenschaften wie Proportionalitätsgrenze, Elastizitätsgrenze, Streckgrenze und Zugfestigkeit von Befestigungsmitteln ist die Durchführung eines Zugversuchs. Dabei handelt es sich um eine zerstörende Prüfung, bei der das zu prüfende Befestigungsmittel in eine Zugprüfmaschine eingespannt wird. Dann wird über die Zugprüfmaschine eine bestimmte Belastung auf die Schraube oder den Bolzen ausgeübt. Während des Zugversuchs werden verschiedene Messungen durchgeführt. Mit der Kraftmesszelle wird die Zugkraft gemessen, mit dem Extensometer (auch Dehnungsmesser genannt) die Längung des Befestigungsmittels. Das Ergebnis wird von der Software der Zugprüfmaschine in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm (auch Spannungs-Dehnungs-Kurve genannt) grafisch dargestellt, wobei auf der horizontalen Achse die Dehnung in Prozent und auf der vertikalen Achse die Spannung in MPa (oder N/mm²) angezeigt werden.

Proportionalitätsgrenze: Bis zur Proportionalitätsgrenze dehnt sich das Material proportional zur aufgebrachten Spannung.
Elastizitätsgrenze: Bis zur Elastizitätsgrenze nimmt das Material die ursprüngliche Form wieder ein, wenn die Spannung entfernt wird.
Streckgrenze: Bei Erreichen der Streckgrenze beginnt das Material zu fließen, die Dehnung nimmt bei gleichbleibender Spannung zu. (Stark) Gehärtete Materialien und harte Legierungen fließen kaum. In diesen Fällen wird meist eine theoretische Streckgrenze von 0,2 % Dehnung (manchmal weniger) eingehalten.
Zugfestigkeit: Oberhalb der Zugfestigkeit tritt am Objekt eine Einschnürung auf. Es wird an einer Stelle dünner und kann dadurch dort weniger Kraft standhalten, was die Einschnürung weiter beschleunigt. Bei Erreichen der Zugfestigkeit ist ein Bruch so gut wie unvermeidlich.
0,2-%-Dehngrenze: die Belastung, bei der die bleibende Dehnung nach Entlastung, auf die Anfangslänge des Prüfobjekts bezogen, 0,2 % beträgt.
Bruch: Das Objekt besteht nicht mehr aus einem Stück.

Unsere Zugprüfmaschine

Unsere Zugprüfmaschine ist vollständig programmierbar und liefert umfangreiche, übersichtliche Berichte, die in mehrere Dateiformate exportiert werden können. Sie ist auf bis zu 150 kN ausgelegt und kann als Prüfobjekte Befestigungsmittel von M2 bis M12 aufnehmen. In der Praxis bedeutet dies, dass wir die gängigen Festigkeitsklassen zuverlässig prüfen können, von 4.8 über 8.8 und 12.9 bis hin zu Unbrako 130. Wir setzen die Zugprüfmaschine nicht nur bei unserer eigenen Qualitätskontrolle, sondern auch für Projekte unserer Kunden ein. In bestimmten Fällen können sogar Studierende technischer Fachrichtungen unsere Zugprüfmaschine nutzen.

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