Kompressionstests erklärt:Definition, Zweck, Anwendungen und Methodik

Der Kompressionstest ist ein weit verbreiteter mechanischer Test, der wertvolle Einblicke in das Verhalten von Materialien unter Druckbelastung liefert. Der Test ist von entscheidender Bedeutung für die Auswahl des richtigen Materials für verschiedene Anwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und dem Baugewerbe. Dieser Artikel befasst sich mit der Definition, dem Zweck, den Anwendungen und der Funktionsweise von Komprimierungstests sowie mit den Schritten zur Durchführung eines Komprimierungstests.

Was ist ein Kompressionstest?

Ein Druckversuch ist ein mechanischer Test zur Bestimmung des Verhaltens von Materialien unter Druckbelastung. Die aus Kompressionstests gesammelten Daten liefern hilfreiche Einblicke in die mechanischen Eigenschaften verschiedener Materialien, die bei der Auswahl des richtigen Materials für verschiedene Anwendungen, insbesondere in der Bau- und Maschinenbauindustrie, von unschätzbarem Wert sind.

Wie funktioniert der Kompressionstest?

Bei einem Drucktest wird eine Materialprobe zwischen zwei Platten oder Backen einer Prüfmaschine gelegt. Dabei kann es sich um eine Universalprüfmaschine handeln, bei der eine Kraftmessdose die aufgebrachte Kraft misst. Auf die Probe wird eine Druckkraft ausgeübt, bis sie eine bestimmte Verformung erreicht oder bis sie bricht. Zusätzliche Geräte wie ein Deflektometer oder ein Extensometer können verwendet werden, um die Durchbiegung oder Druckspannung der Probe zu messen.

Eine Illustration eines Druckverformungstests.

Was ist der Zweck der Kompressionsprüfung?

Das Ziel der Kompressionsprüfung besteht darin, das Verhalten oder die Reaktion eines Materials auf eine Druckbelastung zu ermitteln, indem Schlüsselparameter wie Dehnung, Spannung und Verformung gemessen werden. Kompressionstests ermöglichen unter anderem die Bestimmung der Druckfestigkeit, der maximalen Tragfähigkeit, der Streckgrenze, des Elastizitätsmoduls und der Elastizitätsgrenze eines Materials. 

Sobald diese verschiedenen Faktoren und die mit einem bestimmten Material verbundenen Werte verstanden sind, kann beurteilt werden, ob das Material für eine bestimmte Anwendung geeignet ist oder ob es unter den gegebenen Belastungen versagt.

Wann werden Kompressionstests verwendet?

Kompressionstests werden verwendet, um zu zeigen, wie ein Material auf Kompression reagiert. Sie können zur Beurteilung des plastischen Fließverhaltens und der duktilen Bruchgrenzen eines Materials verwendet werden. Sie bestimmen auch, wie ein Material auf Druckbelastungen reagiert. Kompressionstests sind von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung der elastischen und kompressiven Brucheigenschaften spröder oder wenig duktiler Materialien.

Der Elastizitätsmodul, die Druckstreckgrenze, die Proportionalitätsgrenze, die Druckfestigkeit und die maximale Druckfestigkeit können alle durch Druckversuche bestimmt werden. Diese Eigenschaften spielen eine Schlüsselrolle bei der Feststellung, ob ein Material für eine bestimmte Anwendung geeignet ist oder unter bestimmten Belastungen versagt.

Wo werden Kompressionstests angewendet?

Es gibt mehrere Branchen, in denen Kompressionstests eingesetzt werden. Einige der wichtigsten Branchen sind unten aufgeführt:

1. Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie

Kompressionstests sind ein wesentlicher Bestandteil der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie. Sie dienen zur Messung der Druckfestigkeit von Materialien, die in Motorkomponenten, Strukturbauteilen und anderen kritischen Teilen verwendet werden. In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden beispielsweise Drucktests verwendet, um die Festigkeit von Materialien zu testen, die bei der Herstellung von Flugzeugflügeln, Rümpfen und Triebwerksteilen verwendet werden. In der Automobilindustrie werden Kompressionstests verwendet, um die Festigkeit von Materialien zu testen, die bei der Herstellung von Motorblöcken, Kurbelwellen, Federn und anderen Komponenten verwendet werden.

2. Bauindustrie

In der Bauindustrie werden Druckversuche zur Bestimmung der Druckfestigkeit von Beton, Zement und anderen Baustoffen eingesetzt. Diese Tests sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Baumaterialien den erforderlichen Festigkeitsstandards entsprechen und dem Gewicht und Druck der Struktur standhalten können. Druckprüfungen werden auch verwendet, um die Druckleistung von Dachplatten, Isolierplatten und Plattenmaterialien für den Bau zu messen und um Eindruckprüfungen für Gipskartonplatten, Rohrleitungen und Spritzbeton durchzuführen.

3. Kosmetikindustrie

Kompressionstests sind ein wichtiger Bestandteil der Kosmetikindustrie und werden auf folgende Weise eingesetzt:

• Sprays und Dosierpumpen werden auf Betätigungskraft getestet.
• Tests zur Bruchfestigkeit von Lippenstift, Lippenbalsam und Eyeliner.
• Die Stärke von Lidschatten und Puder verdichtet sich beim Verdichten.
• Messen der Kraft, die zum Verteilen von Cremes und Lotionen aus Flaschen und Beuteln erforderlich ist.

4. Elektro- und Elektronikindustrie

In der Elektro- und Elektronikindustrie werden Kompressionstests verwendet, um die Druckfestigkeit von Isolatoren, Steckverbindern, LCD-Bildschirmen, Tastaturen und anderen Komponenten zu testen. Diese Tests sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Komponenten dem Druck und Gewicht anderer Komponenten und Geräte standhalten, ohne mit der Zeit zu brechen oder sich zu verschlechtern.

5. Medizingeräteindustrie

Die medizinische Industrie ist eine weitere Branche, in der Kompressionstests vielfältig eingesetzt werden können. Einige davon sind:

• Der Dreipunkt-Biegetest für Nadeln.
• Aktuatorkrafttests für Dosierinhalatoren und Pen-Injektoren.
• Skalpell- und Nadelschärfe, Einführung und Durchdringungskraftprüfung.
• Betätigung des Spritzenkolbens und Bewertung der „Weg“-Kraft.

6. Verpackungsindustrie

In der Verpackungsindustrie werden Druckversuche eingesetzt, um die Druckfestigkeit von Pappe, Pappe und anderen Verpackungsmaterialien zu prüfen. Diese Tests sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Verpackung dem Gewicht und dem Druck der darin enthaltenen Produkte standhält, ohne zu brechen oder zu reißen.

7. Papier- und Kartonindustrie

In der Papier- und Kartonindustrie werden Drucktests durchgeführt, um die Druckfestigkeit von Karton zu testen.

8. Kunststoff-, Gummi- und Elastomerindustrie

Kompressionstests in der Gummi-, Kunststoff- und Elastomerindustrie umfassen hauptsächlich die Identifizierung der Druckeigenschaften eines Polymers unter Last.

9. Sicherheits-, Gesundheits-, Fitness- und Freizeitindustrie

Zu den Anwendungen von Kompressionstests in der Sicherheits-, Gesundheits-, Fitness- und Freizeitbranche gehören:

• Testen der Wirksamkeit von Tennis-, Golf- und Cricketbällen.
• Druckprüfung des Sicherheitsgurtes für Autositze.

Wie führt man einen Kompressionstest durch?

Beim Kompressionstest wird ein Material einer Druckkraft ausgesetzt, bis es eine bestimmte Verformung oder Brüche erreicht. Der Prozess umfasst normalerweise die folgenden Schritte:

• Vorbereitung der Probe:Eine Probe des zu prüfenden Materials wird gemäß der Prüfnorm ausgewählt und vorbereitet. Die Probe kann je nach Testanforderungen eine zylindrische oder kubische Form haben.
• Montage der Probe:Die Probe wird zwischen zwei Platten oder Backen einer Prüfmaschine montiert. Die Maschine kann hydraulische, pneumatische oder mechanische Kraft einsetzen, um eine Last auf die Probe auszuüben.
• Kraftanwendung:Eine Druckkraft wird mit einer konstanten Geschwindigkeit auf die Probe ausgeübt, bis sie eine bestimmte Verformung oder Brüche erreicht. Während des Tests werden die aufgebrachte Kraft und die daraus resultierende Verformung gemessen und aufgezeichnet.
• Analyse der Ergebnisse:Die während des Tests gesammelten Daten werden zur Berechnung verschiedener Eigenschaften des Materials verwendet, einschließlich Druckfestigkeit, Elastizitätsmodul und Verformungseigenschaften.

Eine Illustration eines Druckbelastungstests.

Was ist ein Kompressionsprüfgerät?

Für Kompressionstests werden Prüfgeräte mit universeller Kompatibilität eingesetzt. Mit Kraftkapazitäten von 0,02 N bis 2.000 kN werden diese Geräte typischerweise in einer Vielzahl von Größen angeboten. Eine Universalprüfmaschine muss mit Dehnungsaufnehmern, anwendungsspezifischen Aufspannplatten und Prüfsoftware ausgestattet sein. Eine einzelne Maschine kann so angepasst werden, dass sie jedes Material innerhalb ihres Kraftbereichs prüft, indem einfach die Vorrichtung geändert wird, abhängig von der Art des zu prüfenden Materials.

Bei einem Drucktest wird eine Materialprobe zwischen zwei Platten oder Backen einer Druckprüfmaschine eingelegt und bis zu einer vorgegebenen Verformung oder bis zum Reißen komprimiert.

Was sind die häufigsten Ergebnisse von Kompressionstests?

Die Ergebnisse der Kompressionstests variieren von Material zu Material und hängen auch von den gewünschten Eigenschaften ab, die der Benutzer testet.

Welche Arten von Kompressionstests gibt es?

Die verschiedenen Arten von Komprimierungstests werden unten aufgeführt und erläutert:

1. Uniaxialer Kompressionstest

Die einachsige Druckprüfung ist die gebräuchlichste und grundlegendste Art der Druckprüfung. Dabei wird eine Druckbelastung auf einen Prüfling in einer einzigen Achse ausgeübt, typischerweise zwischen zwei flachen Platten in einer Universalprüfmaschine. Dieser Test wird verwendet, um die Druckfestigkeit, den Elastizitätsmodul, die Streckgrenze und das Verformungsverhalten einer Vielzahl von Materialien zu bewerten.

Uniaxiale Tests eignen sich besonders für Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Keramik, Beton und Verbundwerkstoffe. Die Proben haben normalerweise eine zylindrische oder kubische Form und der Test wird mit einer kontrollierten Verformungsgeschwindigkeit durchgeführt, bis ein Versagen oder eine bestimmte Dehnung erreicht wird.

2. Frühlingstest

Bei der Federprüfung handelt es sich um eine Methode zur Prüfung von Druckfedern, um deren Leistungsmerkmale zu messen. Eine Feder wird in eine Druckprüfmaschine gelegt und zusammengedrückt, bis sich alle Windungen berühren. Anschließend ermittelt die Maschine die folgenden Eigenschaften:

• Feste Höhe:Die Höhe der Feder, wenn sie vollständig zusammengedrückt ist.
• Maximale Belastung:Die Kraft, die erforderlich ist, um die Feder vollständig zusammenzudrücken.
• Freie Länge:Die Länge der Feder ohne Last.
• Federrate:Die Kraft, die erforderlich ist, um die Feder um eine bestimmte Distanz zusammenzudrücken.

3. Topload/Crush

Bei der Top-Load-Prüfung wird eine nach unten gerichtete Kraft auf eine Probe ausgeübt, um zu messen, wie sie einem Zerdrücken standhält. Dies kann an jeder Art von Probe durchgeführt werden, wird jedoch häufig in der Verpackungsindustrie verwendet, um die Druckfestigkeit von Behältern wie Plastikflaschen, Kartons und Gläsern zu testen.

Was sind die Kompressionsteststandards?

Es gibt viele Industriestandards für Kompressionstests, die von verschiedenen Organisationen gepflegt werden, wie zum Beispiel:

Metalle

ASTM E9-89a – Standardtestmethoden für die Kompressionsprüfung metallischer Materialien bei Raumtemperatur

Behandelt Geräte, Proben und Verfahren für die Prüfung metallischer Werkstoffe unter axialer Belastung bei Raumtemperatur. 

Kunststoffe

ISO 844:2021 – Hartschaumstoffe – Bestimmung der Kompressionseigenschaften

Gibt Methoden zur Bestimmung der Druckfestigkeit, der Spannung bei 10 % relativer Verformung und des Druckmoduls von starren Zellkunststoffen an. 

ISO 15527:2007 – Kunststoffe – Formgepresste Platten aus Polyethylen (PE-UHMW, PE-HD) – Anforderungen und Prüfmethoden

Legt Anforderungen und Prüfverfahren für massive, flache, formgepresste Polyethylenplatten ohne Füllstoffe oder Verstärkungsmaterialien fest. 

ASTM D6713-01 – Standardspezifikation für extrudierte und formgepresste Formen aus Poly(vinylidenfluorid) (PVDF)

Behandelt Anforderungen und Prüfmethoden für extrudierte und formgepresste Formen aus PVDF. 

Gummi und Elastomere

ISO 7743:2008 – Gummi, vulkanisiert oder thermoplastisch – Bestimmung der Kompressions-Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften

Gibt Methoden zur Bestimmung der Druckspannungs-Dehnungseigenschaften von vulkanisiertem oder thermoplastischem Gummi unter Verwendung eines Standardteststücks an. 

ASTM D575 – Standardtestmethoden für Gummieigenschaften unter Druck

Bestimmt die Kompressions-Verformungseigenschaften von Gummimischungen. 

admet.com

ASTM C864-05 – Standardspezifikation für dichte Elastomer-Kompressionsdichtungen, Einstellblöcke und Abstandshalter

Umfasst vorgeformte, dichte Elastomer-Kompressionsdichtungen und Zubehör für den Einsatz in Dichtungs- und Verglasungsanwendungen. 

Papier und Karton

ISO 9895:1989 – Papier und Karton – Druckfestigkeit – Kurzspannungstest

Gibt eine Methode zur Bestimmung der Druckfestigkeit in Maschinen- und Querrichtung von Papier und Karton mit einem Kurzspannen-Druckprüfgerät an. 

Baumaterialien

BS EN 12365-2:2003 – Baubeschläge – Dichtungen und Dichtungsstreifen für Türen, Fenster, Fensterläden und Vorhangfassaden – Teil 2:Testmethoden für lineare Druckkräfte

Gibt Testmethoden zur Bestimmung der linearen Druckkraft von Dichtungen und Dichtungsstreifen an, die in Baubeschlägen verwendet werden.

Was sind die Vorteile eines Kompressionstests?

Komprimierungstests bieten zahlreiche Vorteile, darunter:

• Im Vergleich zu anderen Testarten ist es im Allgemeinen kostengünstig.
• Es kann auf einer Vielzahl von Materialien durchgeführt werden.
• Es handelt sich um eine bewährte Technik, die bei korrekter Durchführung zuverlässige Ergebnisse liefern kann.

Was sind die Einschränkungen eines Kompressionstests?

Es gibt einige Einschränkungen beim Komprimierungstest, darunter:

• Gibt nur Informationen über die Druckfestigkeit eines Materials und die damit verbundenen Eigenschaften wie Elastizitätsmodul und Streckgrenze.
• Es kann zeitaufwändig sein.
• Testproben müssen auf eine ganz bestimmte Art und Weise vorbereitet werden, was kostspielig sein und die Genauigkeit der Ergebnisse beeinträchtigen kann.
• Die Genauigkeit der Ergebnisse kann durch Umgebungsfaktoren wie die Temperatur sowie durch Bedienerfehler wie das falsche Laden der Probe beeinträchtigt werden.

Sind Kompressionstests genau?

Ja, Kompressionstests können äußerst genau sein, sofern hochwertige Maschinen und Testverfahren verwendet werden. Es gibt jedoch verschiedene Faktoren, die die Genauigkeit von Tests beeinträchtigen können, wie zum Beispiel inkonsistente Testaufbauten, minderwertige Maschinen oder falsch kalibrierte Maschinen. Durch die Abschwächung dieser Faktoren ist es möglich, bei Kompressionstests eine sehr hohe Genauigkeit zu erreichen.

Was ist der Unterschied zwischen Zugprüfung und Druckprüfung?

Der Unterschied zwischen Zugprüfung und Druckprüfung besteht darin, dass bei der Zugprüfung eine Zugspannung bzw. Zugkraft ausgeübt wird. Bei der Druckprüfung hingegen wird eine Druckspannung bzw. Druckkraft ausgeübt.

Zusammenfassung

In diesem Artikel werden Komprimierungstests vorgestellt, erklärt, was sie sind, und ihr Zweck und ihre Typen besprochen. Um mehr über Kompressionstests zu erfahren, wenden Sie sich an einen Xometry-Vertreter.

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Dean McClements

Dean McClements hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau mit Auszeichnung und über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Sein beruflicher Werdegang umfasst wichtige Positionen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für technische Prozesse und Innovationen entwickelte.

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