Kriech- und Zeitstandversuche bewerten das Verhalten von Materialien (Kunststoffe, Metalle, Verbundwerkstoffe und Keramiken) unter langanhaltender Belastung, meist bei erhöhten Temperaturen, um Bedingungen zu simulieren, denen das Material in seiner Endanwendung ausgesetzt sein wird. Beide Prüfverfahren dienen der Erforschung und/oder Validierung von Materialien, die in der Herstellung kritischer Bauteile verwendet werden, und liefern wertvolle Einblicke in die mechanischen Eigenschaften, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Materials.

Zeitstandversuche werden bei erhöhten Temperaturen unter Anwendung sehr hoher Materialspannungen durchgeführt, um die Zeit bis zum Bruch des Materials zu bestimmen. Dieser Test kann zur Bewertung neuer Materialien eingesetzt werden, wird jedoch überwiegend genutzt, um die Festigkeit von Materialien in der Fertigung zu validieren. Dies ist in der Produktion besonders wichtig, da viele Zeitstandversuche so ausgelegt sind, dass das Prüfgut unter Belastung und Temperatur nicht vor Ablauf von 24 Stunden versagt. Kommt es dennoch vorher zum Bruch, liegt ein Materialproblem vor. So erhält man schnell Rückmeldung über die Qualität des Materials.

Kriechversuche ähneln den Zeitstandversuchen insofern, als dass die Probe bei erhöhten Temperaturen und konstanter Belastung geprüft wird. Der Unterschied besteht darin, dass die aufgebrachte Spannung unterhalb der Streckgrenze des Materials liegt und die Längenänderung des Materials über die Zeit während des gesamten Tests gemessen wird. Diese Dehnung wird aufgezeichnet, um das Kriechverhalten der Probe während des Versuchs zu bestimmen. Hinweis: Kriechen bezeichnet die bleibende Verformung eines Materials infolge von Belastung. Das Kriechverhalten eines Materials über die Zeit ist ein entscheidender Parameter, um zu bestimmen, ob ein Material für spezielle Anwendungen geeignet ist. Man denke zum Beispiel an eine Turbinenschaufel eines Jet-Triebwerks, die sehr enge Toleranzen einhalten muss. Sollte die Schaufel zu stark kriechen oder sich verformen, könnte sie das Gehäuse berühren und einen katastrophalen Ausfall verursachen.

Für diese Tests werden spezielle Maschinen eingesetzt, die eine Methode zur Belastung des Materials sowie einen Ofen besitzen, um das Prüfgut auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Viele Jahre lang wurde die Belastung durch angehängte Gewichte erzeugt. Mit den Fortschritten in Computersteuerungen und Kraftsensoren nutzen moderne Prüfmaschinen jedoch vielfach mechanische Methoden zur Krafteinleitung. Dadurch sind auch neuartige Prüfverfahren möglich, bei denen Belastungssteigerungen nach unterschiedlichen Zeitplänen erfolgen, um die Tests weiter zu beschleunigen.

Fortschritte im Ofendesign und erneut bei den Steuerungen haben zu Prüfmaschinen geführt, die eine äußerst präzise Temperaturregelung ermöglichen und im Betrieb kostengünstiger sind als frühere Modelle. In Verbindung mit der automatisierten Erfassung aller Daten und der einfachen Erstellung von Berichten konnte der Personalaufwand für große Kriech- und Zeitstandlabore deutlich reduziert werden.

Weitere bedeutende Fortschritte gab es bei der Messung der Materialdehnung. Vor nicht allzu langer Zeit griff man bei Prüfmaschinen auf Lineare Differenztransformatoren (LVDTs) zur Dehnungsmessung zurück – analoge Geräte, die stark temperaturabhängige Messwertänderungen aufwiesen. Temperaturschwankungen im Labor wurden dabei als Dehnungsänderungen interpretiert. Neue Prüfsysteme setzen auf Glasmaßstab-Encoder-Technologie, die keine Kalibrierung erfordert und sehr temperaturstabil ist. Darüber hinaus bieten sie eine wesentlich höhere Auflösung als die LVDTs, was eine deutlich bessere Materialbewertung ermöglicht.

Obwohl Kriech- und Zeitstandversuche seit Jahrzehnten eingesetzt werden, hat die Weiterentwicklung der Prüftechnik dazu geführt, dass heutige Systeme wesentlich konsistentere und präzisere Daten liefern.

Angewandte Prüfsysteme

Um präzise Prüfergebnisse zu erhalten, müssen spezifische Bedingungen und Maschinen eingesetzt werden. Die Durchführung mechanischer Prüfungen, insbesondere solcher wie Kriech- und Zeitstandversuche, erfordert Fachkenntnis. Neben der richtigen Ausrüstung ist auch das Know-how erforderlich, um diese effektiv einzusetzen.

Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Unternehmen, das die Bedeutung mechanischer Prüfungen versteht, ist dabei von entscheidender Bedeutung.