Hochtemperatur-Zeitstandprüfung bis +1.500°C
Case Study
- Kunde: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
- Ort: Magdeburg, Deutschland
- Branche: Institute & Akademie
- Thema: Mechanische Charakterisierung neuartiger Hochtemperaturwerkstoffe
Februar 2026
Die Entwicklung moderner Hochtemperaturwerkstoffe ist ein zentraler Baustein für technische Fortschritte in der Energie-, Luft- und Raumfahrttechnik. Die mechanische Prüfung von Hochtemperaturwerkstoffen stellt hohe Anforderungen an Prüftechnik und Messsysteme. Bei Temperaturen bis +1.500 °C können Oxidation, Temperaturgradienten und Umgebungseinflüsse die Messergebnisse erheblich beeinträchtigen. Gleichzeitig erfordert die Umsetzung moderner Werkstoffkonzepte häufig sehr kleine Probengeometrien, sehr niedrige Prüfgeschwindigkeiten sowie langandauernde Zeitstand- und Kriechversuche. Vor diesem Hintergrund plante der Lehrstuhl Hochtemperaturwerkstoffe am Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik (IWTM) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg seit 2019 die Anschaffung einer geeigneten Prüfmaschine.
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) ist eine öffentliche Universität in Sachsen-Anhalt, die 1993 aus der Zusammenlegung mehrerer Hochschulen hervorgegangen ist. Sie deckt ein breites Lehr- und Forschungsportfolio in den Ingenieur-, Natur-, Medizin-, Wirtschafts- und Geisteswissenschaften ab.
Innerhalb dieser Struktur ist die Professur Hochtemperaturwerkstoffe am Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik (IWTM) angesiedelt. Als spezialisierte Forschungseinheit befasst sich die Arbeitsgruppe mit der Erforschung, Entwicklung, Charakterisierung und Bewertung von Werkstoffen für anspruchsvolle Einsatzbedingungen. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der mechanischen und thermomechanischen Prüfung bei erhöhten Temperaturen.
In den Laboren steht eine umfangreiche Prüfinfrastruktur und moderne Methoden zur Charakterisierung metallischer und intermetallischer Werkstoffe sowie von Werkstoffverbunden zur Verfügung. Die Erforschung neuartiger Hochtemperaturwerkstoffe, beispielsweise auf Refraktärmetallbasis, sowie die Bestimmung ihrer mechanischen Kennwerte bis zu Temperaturen von +1.500 °C bilden einen wesentlichen Forschungsschwerpunkt.
Ergänzt werden die experimentellen Arbeiten durch begleitende Analytik, Modellierung und Simulation. Auf dieser Basis bietet die OVGU fundierte Forschungs- und Prüfdienstleistungen sowie Kooperationsmöglichkeiten für Industrie und Forschung.
Die ZwickRoell Top Kompetenzen
- Kundenorientierte Lösung durch individuelle Anpassungen
- Optische Dehnungsmessung
- Prüfmaschine mit qualitativ hochwertiger Ausführung und Komponenten
Die Anforderungen an die Prüftechnik
Der Lehrstuhl Hochtemperaturwerkstoffe am Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik (IWTM) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg untersucht Werkstoffe für anspruchsvolle Einsatzbedingungen, insbesondere im Energie- und Hochtemperaturbereich. Für die experimentelle Grundlagenforschung bestand daher der Bedarf an einem Prüfsystem, das zeit- und temperaturabhängige Prüfungen unter kontrollierten Atmosphärenbedingungen ermöglicht – und zwar zuverlässig, reproduzierbar und normkonform.
Seit der Gründung der Professur Hochtemperaturwerkstoffe im Oktober 2019 wurde daher die Beschaffung einer neuen Zeitstand-Prüfmaschine zur Hochtemperaturwerkstoffprüfung bis +1.500 °C geplant.
Ziel war die Realisierung eines Prüfsystems für Zug-, Druck- und Biegeversuche sowie für Zeitstand- und Kriechprüfungen bei Temperaturen bis +1.500 °C. Neben einem großen Temperaturbereich waren eine stabile Kraft- und Dehnregelung bei sehr niedrigen Verformungsgeschwindigkeiten sowie eine präzise Dehnungsmessung an kleinen Proben erforderlich.
Darüber hinaus sollten die Prüfungen normkonform durchgeführt werden, um eine Vergleichbarkeit mit internationalen Forschungsergebnissen und industriellen Prüfstandards sicherzustellen. Die Anlage sollte sowohl Prüfungen im Hochvakuum als auch unter Schutzgas ermöglichen, um Oxidations- und Umgebungseinflüsse gezielt zu minimieren.
Die ZwickRoell Lösung
Zur Erfüllung dieser Anforderungen entschied sich der Lehrstuhl für die elektromechanische Zeitstand-Prüfmaschine Kappa 100 SS-CF mit integrierter Hochtemperatur-Vakuumkammer. Das System ist speziell für die Untersuchung des zeit-, temperatur- und lastabhängigen Werkstoffverhaltens ausgelegt und eignet sich sowohl für Forschungs- als auch für qualitätsrelevante Prüfaufgaben.
Die Kappa 100 SS-CF verfügt über einen hochsteifen, viersäuligen Prüfrahmen mit spielfreiem Zentralspindelantrieb. Diese Konstruktion gewährleistet eine exakt axiale Krafteinleitung und minimiert Störeinflüsse auf die Probe. Die maximale Nennkraft des Systems beträgt 100 kN. Für hochauflösende Messungen wird jedoch ein 50-kN-Kraftaufnehmer direkt in der Vakuumkammer eingesetzt, wodurch Reibungs- und Temperatureinflüsse auf die Kraftmessung reduziert werden.
Ein zentrales Element der Anlage ist die integrierte Hochtemperatur-Vakuumkammer mit Wolframheizelementen. Der eingesetzte 3-Zonen-Ofen ermöglicht Prüfungen bis zu +1.500 °C an der Probe und sorgt für eine homogene Temperaturverteilung im Probenbereich. Prüfungen können sowohl im Hochvakuum als auch unter inertem Gas durchgeführt werden, wodurch Oxidations- und Umgebungseinflüsse gezielt minimiert werden.
Präzise Messung bei extremen Bedingungen
Für die berührungslose Erfassung der Probenverformung kommt ein optisches Extensometer zum Einsatz. Das laserXtens 1-32 HP/TZ ermöglicht die hochauflösende Messung kleinster Dehnungen bei Anfangsmesslängen von 1,5 bis 25 mm und erfüllt die Genauigkeitsklasse 0,5 nach EN ISO 9513 – ohne Anbringen von Messmarken an der Probe.
Da kein mechanischer Kontakt zur Probe besteht, bleibt das Material auch bei hohen Temperaturen unbeeinflusst. Dies ist insbesondere bei spröden Werkstoffen oder sehr kleinen Proben von Vorteil. Bei eingeschränkter Laserreflexion oder langandauernden Zeitstandversuchen kann alternativ die integrierte Funktionalität des videoXtens HP/TZ genutzt werden. Die hierfür notwendige Markierung der Proben bedingt jedoch, dass nur bis zu einer Maximaltemperatur von +1.400 °C an der Probe geprüft werden kann.
Die modulare Mess-, Steuer- und Regelelektronik der Kappa 100 SS-CF ermöglicht kraft- und dehnungsgeregelte Prüfungen mit hoher Regelstabilität. Auch sehr niedrige Prüfgeschwindigkeiten im µm/h-Bereich lassen sich zuverlässig realisieren.
Normkonforme Prüfungen
Am Lehrstuhl Hochtemperaturwerkstoffe werden mit der Anlage unter anderem Zug-, Druck- und Biegeversuche bei Temperaturen bis +1.500 °C durchgeführt. Zeitstand- und Kriechprüfungen erfolgen normkonform gemäß ISO 204 und ASTM E139. Die Kraftmessung ist nach DIN EN ISO 7500-1 ausgelegt. Dadurch ist eine hohe Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse mit internationalen Forschungs- und Industriestandards gewährleistet.
„Die Kappa 100 SS-CF ist zum zentralen Element bei der Erforschung und Entwicklung neuer Hochtemperaturwerkstoffe geworden. Die Materialcharakterisierung bei Prüftemperaturen bis 1500 °C unter Schutzgas bzw. im Vakuum ermöglicht uns ein tiefergehendes Verständnis der Verformungsmechanismen etablierter und neuartiger Werkstoffe unter extremen Beanspruchungen im anwendungsrelevanten Temperaturbereich."
Dr.-Ing. Georg Hasemann, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnis und Nutzen
Mit der Inbetriebnahme der Kappa 100 SS-CF wurden die prüftechnischen Möglichkeiten an der Professur Hochtemperaturwerkstoffe gezielt erweitert. Die Anlage kombiniert hohe Temperaturbeständigkeit mit präziser Kraft- und Dehnungsmessung und ermöglicht die normkonforme Durchführung anspruchsvoller Hochtemperaturprüfungen. Damit steht eine leistungsfähige und zukunftssicher Plattform für die mechanische Charakterisierung moderner Hochtemperaturwerkstoffe zur Verfügung. Der Lehrstuhl leistet somit einen Beitrag zur Entwicklung neuer Werkstoffe für die Energie-, Luft- und Raumfahrttechnik.
Durch die reproduzierbare Simulation realer Einsatzbedingungen lassen sich Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen fundiert analysieren und belastbare mechanische Kennwerte ermitteln. Die Zeitstand-Prüfanlage stärkt zudem die Position der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg als kompetenten Partner für Industrie und Forschung. Die gewonnenen Prüfergebnisse sind direkt auf industrielle Fragestellungen übertragbar, beispielsweise bei der Auslegung hochtemperaturbeanspruchter Bauteile oder bei der Qualifizierung neuer Werkstoffkonzepte.
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