Zugprüfgerät – Grundlagen und Überblick
Das Zugprüfgerät TST-01 dient zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Folien, Kunststoffbahnen, Klebebändern, Elastomeren, Verbundmaterialien, Papier, Textilien und weiteren Werkstoffen. Als vielseitige Zugprüfmaschine ermöglicht der TST-01 neben der klassischen Zugprüfung auch Schäl-, Weiterreiß-, Siegelnahtfestigkeits- und Durchstoßprüfungen mit geeigneten Prüfvorrichtungen. Damit eignet sich das System insbesondere für Laborprüfung, Qualitätskontrolle, Materialentwicklung und Prozessvalidierung in der Verpackungs-, Medizin-, Pharma- und Kunststoffindustrie.
Bei der Auswahl eines Zugprüfgeräts sind jedoch nicht nur Kraftbereich und Prüfgeschwindigkeit entscheidend. Ebenso wichtig sind eine reproduzierbare Krafteinleitung, geeignete Spannzeuge, eine stabile Wegführung, definierte Prüfbedingungen und eine Auswertung, die zum jeweiligen Prüfverfahren passt. Der TST-01 kombiniert diese Anforderungen mit einer SPS-Steuerung, einem 7″-HMI und einem Präzisions-Kugelgewindetrieb.
Was ist ein Zugprüfgerät?
Ein Zugprüfgerät bestimmt das Verhalten eines Prüfkörpers unter einer kontrollierten Zugbelastung. Die Probe wird zwischen zwei Spannzeugen befestigt. Anschließend bewegt sich ein Spannzeug mit definierter Geschwindigkeit, während die auf die Probe wirkende Kraft und der Prüfweg kontinuierlich erfasst werden.
Aus der resultierenden Kraft-Weg- bzw. Aus der Kraft-Dehnungs-Kurve lassen sich je nach Material und Prüfverfahren unterschiedliche Kennwerte ableiten:
- Zugfestigkeit
- Maximalkraft
- Dehnung
- Dehnung bei Bruch
- Kraft bei definierter Dehnung
- Schälkraft
- Weiterreißkraft
- Siegelnahtfestigkeit
- Bruchverhalten
Bei einer Zugfestigkeitsprüfung müssen Probengeometrie, Prüfgeschwindigkeit, Einspannung und Materialkonditionierung kontrolliert werden. Gerade bei dünnen Kunststofffolien können bereits Unterschiede in Probendicke, Schnittkante oder Einspannbedingungen die Messergebnisse beeinflussen. ASTM D882 weist ausdrücklich darauf hin, dass unter anderem Probendicke, Probenvorbereitung, Prüfgeschwindigkeit, Spannzeuge und die Bestimmung der Dehnung die Ergebnisse beeinflussen können.
Warum ist Zugprüfung für die Qualitätssicherung wichtig?
Materialien müssen während ihrer Verarbeitung und späteren Anwendung mechanische Belastungen zuverlässig aufnehmen. Eine Verpackungsfolie darf beispielsweise beim Öffnen oder Transport nicht unerwartet versagen. Ein medizinischer Vliesstoff muss definierte mechanische Eigenschaften aufweisen. Ein Klebeband benötigt eine reproduzierbare Haft- und Schälleistung.
Die Zugprüfung liefert hierfür quantitative Kennwerte und ermöglicht den direkten Vergleich zwischen:
- unterschiedlichen Materialrezepturen,
- Lieferanten und Chargen,
- Produktionsbedingungen,
- Beschichtungen und Laminataufbauten,
- verschiedenen Folienstärken,
- unterschiedlichen Klebstoffsystemen.
Damit unterstützt ein Zugprüfgerät sowohl die Wareneingangskontrolle als auch Forschung und Entwicklung, Prozessoptimierung und Reklamationsanalysen.
Besonders bei flexiblen Verpackungsmaterialien ermöglicht die Zugfestigkeitsprüfung eine objektive Beurteilung der mechanischen Belastbarkeit. Bei Kunststofffolien kann beispielsweise die Kombination aus Zugfestigkeit und Bruchdehnung Hinweise darauf geben, ob eine Folie eher hochfest und steif oder dehnbar und duktil ausgelegt ist.
Wie wird eine Zugfestigkeitsprüfung durchgeführt?
Der konkrete Prüfablauf hängt vom Material und der zugrunde liegenden Norm ab. Das allgemeine Prinzip bleibt jedoch vergleichbar.
1. Probenvorbereitung
Die Probe wird entsprechend dem jeweiligen Prüfverfahren zugeschnitten. Bei Folien können beispielsweise Streifen mit definierter Breite verwendet werden. Für Elastomere kommen häufig genormte Probekörper zum Einsatz.
2. Einspannen
Die Probe wird mittig und möglichst fluchtend zwischen den Spannzeugen befestigt. Eine ungleichmäßige Einspannung kann zu lokalen Spannungsspitzen oder vorzeitigem Versagen führen.
3. Festlegen der Prüfparameter
Vor Beginn der Messung werden unter anderem Prüfgeschwindigkeit, Kraftbereich und gegebenenfalls Messlänge beziehungsweise Wegparameter eingestellt.
4. Durchführung
Das bewegliche Spannzeug fährt mit der definierten Geschwindigkeit. Das Prüfgerät erfasst die aufgebrachte Kraft und den Weg kontinuierlich.
5. Ermittlung der Kennwerte
Die Software beziehungsweise Steuerung bestimmt aus den Messdaten relevante Kennwerte wie Maximalkraft, Zugfestigkeit oder Dehnung.
6. Bewertung des Bruchverhaltens
Neben dem Zahlenwert sollte das tatsächliche Versagensbild berücksichtigt werden. Besonders bei Folien, Laminaten und Verbundmaterialien können unterschiedliche Brucharten auf Materialfehler, Delaminierung oder eine unzureichende Krafteinleitung hinweisen.
Zugprüfung von Kunststofffolien
Die Zugprüfung von Kunststofffolien gehört zu den wichtigsten Anwendungen eines universellen Zugprüfgeräts. Dünne Kunststofffolien werden typischerweise als Streifen geprüft und unter kontrollierter Geschwindigkeit bis zum Versagen belastet.
ASTM D882 beschreibt die Bestimmung der Zugeigenschaften dünner Kunststoffbahnen und Folien. Die Norm gilt grundsätzlich für Kunststoffbahnen mit einer Dicke unter 1,0 mm; für dünne Folien wird sie gegenüber ASTM D638 bevorzugt.
Typische Materialien sind:
- PE-Folien
- PP-Folien
- PET-Folien
- PA-Folien
- PVC-Folien
- Schrumpffolien
- Stretchfolien
- Verbundfolien
- beschichtete Folien
- pharmazeutische Verpackungsfolien
- medizinische Verpackungsfolien
Für Verpackungsentwickler sind insbesondere Zugfestigkeit und Dehnung relevant. Eine hohe Zugfestigkeit allein bedeutet nicht automatisch eine optimale Verpackungsleistung. Die Kombination aus Festigkeit, Dehnung, Bruchverhalten und Materialdicke ermöglicht eine wesentlich aussagekräftigere Bewertung.
Relevante Prüfverfahren im Überblick
| Prüfaufgabe | Typische Materialien | Relevantes Verfahren / Norm |
|---|---|---|
| Zugprüfung | Gummi, Elastomere | ISO 37 |
| Zugprüfung von Kunststofffolien | Kunststofffolien, Kunststoffbahnen | ASTM D882 |
| Zugprüfung von Kunststoffen | Kunststoffproben | ASTM D638 |
| Schälhaftung | Haftklebebänder | ASTM D3330/D3330M |
| Siegelnahtfestigkeit | Flexible Barrierematerialien | ASTM F88/F88M |
| Weiterreißprüfung | Kunststofffolien | ASTM D1938 |
| Zugeigenschaften von Papier | Papier und Pappe | JIS P 8113 |
| Kraftmessung / Kalibrierung | Universalprüfmaschinen | ASTM E4 |
Geeignete Prüfvorrichtungen und Erweiterungen
Ein wesentlicher Vorteil einer modular aufgebauten Zugprüfmaschine liegt in der Möglichkeit, verschiedene Prüfvorrichtungen einzusetzen. Dadurch kann das Grundgerät unterschiedliche Prüfaufgaben abdecken.
Für den TST-01 stehen je nach Anwendung beziehungsweise kundenspezifischer Auslegung Vorrichtungen für folgende Prüfungen zur Verfügung:
- Zugfestigkeitsprüfung
- Dehnungsprüfung
- 90°-Schälprüfung
- 180°-Schälprüfung
- Siegelnahtfestigkeitsprüfung
- Weiterreißprüfung
- Durchstoßprüfung
- Durchdringungsprüfung
- Haftkraftprüfung
- Reibungskoeffizientenprüfung
- Druckprüfung
- Top-Load-Prüfung
- Spritzenprüfung
- Kanülenprüfung
- Bruchfestigkeitsprüfung
- Härteprüfung
- Gelstärkeprüfung
- Texturanalyse
Damit eignet sich der TST-01 nicht nur als klassisches Zugprüfgerät, sondern als flexibel konfigurierbare Kraftprüfplattform für unterschiedliche Laboranwendungen.
Vorteile für Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle
Ein vielseitiges Zugprüfgerät bietet insbesondere dann Vorteile, wenn ein Labor unterschiedliche Materialien und Prüfaufgaben untersucht.
Für Forschung und Entwicklung ermöglicht die Zugprüfung den Vergleich neuer Materialrezepturen, Schichtaufbauten und Produktionsparameter.
Für die Qualitätskontrolle lassen sich Wareneingang, Zwischenprodukte und Fertigprodukte anhand definierter mechanischer Kennwerte überprüfen.
Für Verpackungsentwickler können Folien, Laminate und Siegelnähte hinsichtlich ihrer mechanischen Leistungsfähigkeit untersucht werden.
Für medizinische und pharmazeutische Anwendungen lassen sich beispielsweise Vliesstoffe, Verbundmaterialien, Verpackungsfolien und Haftmaterialien prüfen.
Für Einkaufs- und Qualitätsverantwortliche liefern standardisierte Prüfungen objektive Vergleichsdaten für Lieferanten, Chargen und Spezifikationen.
Welche Zugprüfmaschine ist für die jeweilige Anwendung geeignet?
Die Auswahl sollte nicht allein anhand der maximalen Prüfkraft erfolgen. Entscheidend sind vielmehr die Kombination aus Prüfaufgabe, Material, Probengeometrie und Norm.
| Auswahlkriterium | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Kraftbereich | Verhindert eine unnötig hohe oder zu geringe Messbereichsauswahl |
| Prüfgeschwindigkeit | Muss zum jeweiligen Prüfverfahren passen |
| Spannzeuge | Entscheidend für sichere und reproduzierbare Krafteinleitung |
| Hub | Relevant bei Materialien mit hoher Dehnung |
| Wegauflösung | Wichtig für präzise Dehnungsmessungen |
| Probenbreite | Muss zur jeweiligen Probengeometrie passen |
| Software / Prüfprogramme | Vereinfacht wiederkehrende Prüfabläufe |
| Datenausgabe | Relevant für Dokumentation und Qualitätsmanagement |
| Erweiterbarkeit | Ermöglicht zusätzliche Prüfmethoden mit demselben Grundgerät |
Bei der konkreten Auslegung sollten außerdem die aktuelle Ausgabe der jeweiligen Norm, die geforderte Probengeometrie und die gewünschte Messgröße berücksichtigt werden.
Normenkonformität richtig bewerten
Ein Prüfgerät sollte nicht allein deshalb als „normkonform“ bezeichnet werden, weil eine bestimmte Norm in einer Produktbeschreibung aufgeführt ist. Die tatsächliche Eignung hängt vom vollständigen Prüfaufbau ab.
Dazu gehören:
- Prüfgerät und Kraftmessbereich
- Spannzeuge
- Probenabmessungen
- Prüfgeschwindigkeit
- Messweg beziehungsweise Dehnungsmessung
- Probenkonditionierung
- Prüfverfahren
- Auswertung
- Kalibrierung und Verifizierung
Fazit
Das TST-01 Zugprüfgerät ist eine vielseitige Kraftprüfmaschine zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Kunststofffolien, Papier, Elastomeren, Klebebändern, Verbundmaterialien und weiteren Werkstoffen. Es ermittelt unter kontrollierter Belastung unter anderem Zugfestigkeit, Maximalkraft und Dehnung. Mit geeigneten Prüfvorrichtungen lassen sich zusätzlich Schäl-, Weiterreiß-, Siegelnahtfestigkeits-, Durchstoß- und weitere Kraftprüfungen durchführen.
Der TST-01 kann auf unterschiedliche Materialien, Probengeometrien und Prüfaufgaben abgestimmt werden. Neben Standardspannzeugen sind kundenspezifische Vorrichtungen und Mehrstationen-Prüfsysteme für spezielle Anwendungen möglich. Wenn Sie eine Zugprüfung nach ISO 37, ASTM D882, ASTM F88 oder einem anderen Prüfverfahren durchführen möchten, sollte die Auswahl von Kraftbereich, Spannzeug und Prüfparametern auf die konkrete Anwendung abgestimmt werden. Kontaktieren Sie Cell Instruments für eine technische Beratung und eine passende Prüflösung.