Innovative Prüflösungen für statische und dynamische Prüfungen an Spannstahl und Spannlitzen

Spannstahl ist ein hochfester Stahl, der vor allem im Spannbetonbau zum Vorspannen verwendet wird. Hierbei unterscheidet man zwischen drei Lieferformen. Stabstahl (15 bis 36 mm), Draht (5 bis 16 mm) und Litzen aus drei bzw. sieben ineinander gewundenen Einzeldrähten (Nenndurchmesser der Litzen bei Dreidrahtlitze beträgt 5,2 bis 7,5 mm, bei Siebendrahtlitze 7 bis 18 mm). Diese unterschiedlichen Lieferformen stellen hohe Ansprüche an die Materialprüfung. ZwickRoell bietet hier ein komplettes Portfolio für die statische und dynamische Prüfung von Spannstahl, im Speziellen für die Prüfung von Spannlitzen.

Dynamische Prüfungen an Spannlitzen
Die Hersteller sind über Erzeugnisnormen dazu verpflichtet diese Prüfungen durchzuführen. Um die Kosten für Equipment zu sparen werden diese Prüfungen oft an Dienstleister vergeben. Zusätzlich werden die Hersteller von unabhängigen Instituten fremdüberwacht.

Im Dauerschwingversuch (z.B. nach ISO 15630-3, XP A 35-045-2011, FprEN 10138-3:2009) an Litzen muss die Probe bei einer Frequenz von max. 20 Hz zwei Mio. Prüfzyklen ertragen ohne zu brechen. Bricht die Probe nah oder in der Einspannung ist der Versuch ungültig und muss wiederholt werden. Die Prüfung dauert mehrere Tage und ungültige Versuche sind dadurch sehr teuer. Nachdem Spannlitzen sehr hohe Festigkeiten besitzen sind sie sehr kerbempfindlich. Im Spannbereich überlagert sich die Beanspruchung aufgrund der Klemmkraft mit der dynamischen Prüfkraft, was dort zum vorzeitigen Bruch der Probe führen kann. Deshalb werden bei klassischen Zugproben aus Vollmaterial die Enden oft mit größeren Querschnitten ausgeführt, um sicherzustellen, dass die Probe im freien Teil zwischen den Probenhaltern bricht. An Litzen ist dies nicht so einfach möglich. Um dennoch ordnungsgemäße Prüfresultate zu erzielen, müssen die Prüflinge meist aufwändig präpariert, wie beispielsweise eingegossen werden.

Mit einem speziell für die Litzenprüfung entwickelten Probenhalter bietet ZwickRoell die Option, Litzen ohne speziell angefügte Einspannelemente zu prüfen. Dies reduziert den Handlings-, Zeit- und Kostenaufwand für den Kunden erheblich. Der Probenhalter besitzt eine hydraulisch-mechanische und eine rein mechanische Klemmung. Letztere besteht aus einer konischen Hülse, in die jedes Ende der Litze zusammen mit einem Gegenkonus eingeführt und verspannt wird. Hiermit wird der Großteil der Klemmkraft aufgebracht.

Den verbleibenden Restanteil, der für die jeweilige Prüfung noch benötigt wird, übernimmt eine klassische hydraulisch-mechanische Klemmung mit Spannbacken. Durch die Kombination dieser zwei Spannprinzipien kann die Spannkraft so eingeleitet werden, dass es zu keinen Klemmbrüchen kommt und Litzenproben ohne Vorbehandlung geprüft werden können.

Der Probenhalter (Fmax 500 kN) ist sehr flexibel für verschiedenste Prüfanwendungen einsetzbar. Die variabel einstellbare hydraulische Klemmkraft kann von Prüfung zu Prüfung durch entsprechende Regulierung des Öldrucks unkompliziert verändert werden. Typischerweise werden die Prüfungen mit einer servoyhdraulischen Prüfmaschine der HA-Baureihe durchgeführt.

Statische Zugversuche an Spannlitzen

Zu den Hauptuntersuchungen in der Qualitätssicherung zählt die Zugprüfung mit Dehnungsmessungen ZwickRoell bietet hierfür gemäß den gängigen Normen (ISO 6892-1, ISO 15630, ISO 12076) eine Zugprüfmaschine für Kräften bis 600 kN als Standardkonfiguration an. Da sich Spannlitzen unter Zug entwinden, setzt ZwickRoell auf spezielle Probenhalter-Einsätze, um ein vorzeitiges Versagen an ungewollten Stellen zum verhindern.

Die Prüfmaschine ist mit Monoblock-Probenhalter mit speziellen Spannlitzen Einsätzen ausgestattet, die ein sicheres Halten der Probe garantieren. Es können Spannlitzen mit Durchmesser 3 bis 20 mm im Zugversuch geprüft werden. Weiter können mit der Prüfmaschine auch Umlenk-Zugversuche, z.B. nach EN ISO 15630-3, durchgeführt werden. Hierfür ist die Prüfmaschine mit einer Durchgangsbohrung in der Fahrtraverse ausgestattet.

Ein Bruch von Spannlitzen führt häufig zum Ausschlagen einzelner Drähte. Dadurch besteht die Gefahr, dass ein berührender Längenänderungsaufnehmer beschädigt wird. ZwickRoell setzt deshalb gerade für sichere und genaue Messungen an hochdehnbaren und elastischen Materialien auf optische Langwegaufnehmer. Der lightXtens Extensometer erreicht über den gesamten Messweg von bis zu 900 mm eine Auflösung von 5 μm und erfüllt ab 3 mm die Genauigkeitsklasse 1 gemäß ISO 9513. Weitere Vorteile sind, dass dieser Extensometer die Messmarken auf der Probe und die Anfangsmesslänge automatisch erkennt, beziehungsweise bestimmt und alle Daten an die Software testXpert III überträgt.