Notwendigkeit von Torsionsprüfungen
Viele Produkte und Komponenten sind während der bestimmungsgemäßen Anwendung Torsionsbelastungen ausgesetzt. Mit Torsionsprüfungen können die Konstrukteure die Anforderungen in der Praxis besser verstehen, die Qualität verbessern, eine Konstruktion prüfen und den Produktionsprozess verifizieren. Produkte wie biomedizinische Stents, implantierbare orthopädische Geräte, Befestigungselemente sowie Teile für die Lenkung und Aufhängung in Automobilen sind Beispiele für Produkte, die in ihrem typischen Einsatz Torsionsbelastungen ausgesetzt sind.
Die Art der Torsionsprüfungen hängt davon ab, welche Informationen über das Material oder Teil benötigt werden. Beispiele sind biomedizinische Torsionsprüfungen für Knochen, Knochenschrauben und Knochenplatten. Handelt es sich um die Charakterisierung einer Torsionseinsatzprüfung für Knochenschrauben oder um die Durchführung einfacher Ausfallprüfungen, Sicherheitsprüfungen oder die Validierung von Fertigungsprozessen, können bestimmte Arten von Torsionsprüfverfahren konzipiert und entsprechend den Anforderungen jeder Anwendung durchgeführt werden.
Analogien zu Zug- und Druckversuchen
Torsionsprüfungen werden in der Regel durchgeführt, um die Torsionseigenschaften eines Materials oder einer Komponente zu bestimmen. Ähnlich wie bei der Bestimmung der Eigenschaften mit einem Zug- oder Druckversuch ähnelt das „Drehmoment-Winkeldiagramm“ beispielsweise dem Schubspannungsflussdiagramm. Die ermittelten Eigenschaften sind:
- E-Modul bei Scherbelastung
- Scherfließgrenze (torsionselastischer Grenzwert)
- Bruchscherfestigkeit
- Bruchmodul bei Scherbelastung
- Duktilität (entlang der maximalen Scherebene)
- Sprödbruch (lotrecht zur maximalen Zugspannung, 45 Grad)
Arten von Torsionsprüfungen
Torsionsprüfungen können entweder nur eine Rotationsbewegung oder sowohl eine axiale (Zug- oder Druck-) Schubspannung als auch Torsionskräfte (Moment) einschließen. Die Versuchsarten sind:
Reine Torsionsversuche: Es werden nur Torsionsbelastungen (Drehmoment oder Moment) der Probe oder des Geräts untersucht.
Axialtorsionsversuch: Es wirkt sowohl eine axiale (Schubspannungs- oder Druck-) Schubspannung als auch ein Drehmoment
Bruchversuch: Verdrehung der Probe, des Teils oder des Produkts bis zum Bruch.