Universelle Prüfmaschine

Eine Universalprüfmaschine ( UTM ), auch bekannt als Universalprüfgerät ^{[ 1 ]} , Universalzugprüfmaschine , Werkstoffprüfmaschine oder Werkstoffprüfrahmen , dient zur Prüfung von Zugfestigkeit (Zug) , Druckfestigkeit (Druck), Biegefestigkeit, Scherfestigkeit , Härte und Torsion . Sie liefert wertvolle Daten für die Konstruktion und Qualitätssicherung von Werkstoffen . Eine frühere Bezeichnung für eine Zugprüfmaschine ist Tensometer . Der Begriff „Universalprüfmaschine“ verdeutlicht ihre Vielseitigkeit und ermöglicht die Durchführung zahlreicher Standardprüfungen an Werkstoffen, Bauteilen und Strukturen.

Eine elektromechanische Universalprüfmaschine (UTM) nutzt einen Elektromotor zur Krafteinwirkung, während eine hydraulische UTM Hydrauliksysteme verwendet. Elektromechanische UTMs zeichnen sich durch Präzision, Geschwindigkeit und einfache Bedienung aus und eignen sich daher für ein breites Anwendungsspektrum, darunter Zug-, Druck- und Biegeprüfungen.

Hydraulische Universalprüfmaschinen (UTMs) hingegen erzeugen höhere Kräfte und werden häufig zum Testen hochfester Werkstoffe wie Metalle und Legierungen eingesetzt, wo extreme Krafteinwirkungen erforderlich sind. Beide UTM-Typen spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Branchen, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Bauwesen und Materialwissenschaft. Sie ermöglichen es Ingenieuren und Forschern, die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen präzise für Konstruktion, Qualitätskontrolle und Forschungszwecke zu bestimmen.

Es sind verschiedene Varianten im Einsatz. ^{[ 2 ]} Zu den gängigen Komponenten gehören:

• Lastrahmen – Besteht üblicherweise aus zwei stabilen Stützen für die Maschine. Einige kleinere Maschinen haben nur eine einzige Stütze.
• Wägezelle – Zur Messung der Last wird ein Kraftaufnehmer oder ein anderes geeignetes Mittel benötigt. Eine regelmäßige Kalibrierung ist in der Regel durch geltende Vorschriften oder das Qualitätssicherungssystem vorgeschrieben.
• Querkopf – Ein beweglicher Querkopf (Querkopf) wird gesteuert, um sich auf und ab zu bewegen. Üblicherweise erfolgt dies mit konstanter Geschwindigkeit; man spricht daher auch von einer Maschine mit konstanter Dehnungsrate (CRE-Maschine). Einige Maschinen ermöglichen die Programmierung der Querkopfgeschwindigkeit oder die Durchführung von zyklischen Prüfungen, Prüfungen mit konstanter Kraft, Prüfungen mit konstanter Verformung usw. Als Antriebe kommen elektromechanische, servohydraulische, lineare und Resonanzantriebe zum Einsatz.
• Methoden zur Messung von Dehnung oder Verformung – Viele Prüfungen erfordern die Messung der Reaktion der Prüfprobe auf die Bewegung des Traversenkopfes. Hierfür werden mitunter Extensometer eingesetzt.
• Bedienfeld und Softwaregerät – Sie liefern das Testergebnis mit den vom Benutzer festgelegten Parametern für Datenerfassung und -analyse. Einige ältere Geräte verfügen über Dreh- oder Digitalanzeigen und Registriergeräte . Viele neuere Geräte besitzen eine Computerschnittstelle für Analyse und Ausdruck.
• Konditionierung – Viele Tests erfordern kontrollierte Konditionierungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck usw.). Das Gerät kann in einem klimatisierten Raum aufgestellt werden, oder es kann eine spezielle Klimakammer um die Testprobe herum platziert werden.
• Für viele Prüfverfahren werden Prüfvorrichtungen , Probenhaltebacken und zugehörige Probenherstellungsgeräte benötigt .

Aufbau und Anwendung sind in einer Prüfmethode detailliert beschrieben , die häufig von einer Normungsorganisation veröffentlicht wird . Diese spezifiziert die Probenvorbereitung, die Vorrichtung, die Messlänge (die zu untersuchende oder zu beobachtende Länge), die Analyse usw.

Die Probe wird zwischen den Spannbacken in die Maschine eingespannt. Ein Extensometer kann, falls erforderlich, die Änderung der Messlänge während des Tests automatisch aufzeichnen. Ist kein Extensometer vorhanden, kann die Maschine selbst die Messwerte erfassen, einschließlich eines möglichen Verrutschens der Probe in den Spannbacken.

Sobald die Maschine gestartet ist, beginnt sie, die Probe zunehmend zu belasten. Während der gesamten Versuche erfassen das Steuerungssystem und die zugehörige Software die Belastung sowie die Dehnung oder Stauchung der Probe.

Die Maschinen reichen von sehr kleinen Tischgeräten bis hin zu solchen mit einer Kapazität von über 53 MN (12 Millionen lbf ). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

• Elastizitätsmodul
• Spannungs-Dehnungs-Kurve
• Elastizitätsmodul
• Einschnürung (Technik)
• Ermüdungsprüfung
• Hydraulische Presse

• A. Beaumont, G. R. Higginson, B. Hunter, W. B. Palmer. Universelle mechanische Prüfmaschine für Lehrzwecke. Universität Leeds, The Engineer, 14. Februar 1964.
• ASTM E74 - Verfahren zur Kalibrierung von Kraftmessgeräten zur Überprüfung der Kraftanzeige von Prüfmaschinen
• ASTM E83 - Verfahren zur Verifizierung und Klassifizierung von Extensometersystemen
• ASTM E1012 – Verfahren zur Überprüfung der Ausrichtung von Prüfrahmen und Probe unter axialer Zug- und Druckkrafteinwirkung
• ASTM E1856 - Standardleitfaden zur Bewertung computergestützter Datenerfassungssysteme zur Datenerfassung von Universalprüfmaschinen
• JIS K7171 - Norm zur Bestimmung der Biegefestigkeit von Kunststoffmaterialien und -produkten

• Video einer Universalprüfmaschine bei der Durchführung eines Zugversuchs auf YouTube