Worauf es bei der Biegeprüfung ankommt
Kunststoffe und deren Compounds werden in Biegeprüfungen überprüft oder miteinander verglichen. Dazu bieten Biegeversuche eine sichere Prüfmethodik bei einem relativ einfachen Prüfaufbau. Sie dienen zur Bestimmung des Spannungs-Dehnungsverhaltens eines Werkstoffs im Bereich geringer Probendehnungen.
Das typische Ergebnis ist das Biegemodul, aber auch Streckpunkte, maximale Biegespannungen oder Biege-Bruchdehnungen können an wenig duktilen Werkstoffen gemessen werden. Die direkte Messung der Durchbiegung mit einem Wegaufnehmer stellt dabei die präziseste Form der Messung dar, die sicher zu richtigen Prüfergebnissen führt.
Warum ist die genaue Querschnittsmessung für den Biegeversuch so wichtig?
Der Bestimmung der Probenabmessungen, insbesondere der Probekörperdicke kommt eine besondere Bedeutung zu, da die Probekörperdicke quadratisch in die Berechnung der Biegespannungen eingeht. Ein Messfehler von nur 0,1 mm verursacht bereits einen Fehler von ca. 5 % bei der Berechnung der Biegespannungen. Eine genaue Querschnittsmessung ist also maßgeblich für zuverlässige Prüfergebnisse.
Warum muss beim Biegeversuch auf eine genaue Ausrichtung der Biegeauflager, Stempel und Probekörper geachtet werden?
Eine mangelhafte Ausrichtung der Biegevorrichtung zeigt sich häufig in Form eines sogenannten Kurvenfußes, also eines nicht linearen Beginns des Spannungs-Dehnungs-Diagramms. Eine solcher Kurvenfuß ist unbedingt zu vermeiden, da er zu einer fehlerhaften Messung des Biegemoduls führt.
Für eine optimale Ausrichtung stehen verschiedene Hilfsmittel zur Verfügung. Beispielsweise können mit einer geeigneten Einstellehre sowohl Auflagerabstand als auch die Ausrichtung schnell und sicher eingestellt werden.
Welchen Einfluss hat die Material-Eindrückung durch Biegefinne und Auflager auf die Prüfergebnisse?
An den Auflagerstellen und im Bereich des oder der Biegestempel findet eine Eindrückung statt, die von der Härte des Werkstoffs, der Größe der wirkenden Kraft und dem Radius der Biegefinne des Auflagers abhängt. Sofern die Durchbiegung anhand der Bewegung des Biegestempels gegenüber den Auflagern gemessen wird, vergrößert diese Eindrückung scheinbar die gemessene Durchbiegung und kann in der Regel nicht durch eine Steifigkeitskorrektur kompensiert werden. Durch Verwendung eines mittig angesetzten Wegaufnehmers wird die Eindrückung des Biegestempels kompensiert.
Was bietet mir ein Wegaufnehmer bei der Messung der Durchbiegung?
Eine direkte Messung der Durchbiegung mit einem mittig zwischen den Auflagern angesetzten Wegaufnehmer stellt die präziseste Form der Messung dar, die sicher zu richtigen Prüfergebnissen führt.
Dieser Prüfaufbau ist sowohl im Verfahren Typ 2 nach ASTM D 790, als auch für richtige und präzise Messungen nach ISO 178 erforderlich. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn Datenblätter erstellt werden sollen, oder wenn Vergleiche zwischen verschiedenen Laboren durchgeführt werden.
Alternativ bieten die Normen Szenarien für einfache Qualitätssicherungsaufgaben, bei denen die Traversenwegmessung erlaubt ist.
Auf was muss ich bei einem Wegaufnehmer achten?
Ein wichtiger Faktor, um zuverlässige und genaue Prüfergebnisse zu erhalten, ist ein minimaler Einfluss des Wegaufnehmers auf die Prüfung. Die ZwickRoell Wegaufnehmer T15, T25 und T50 ermöglichen sichere Prüfergebnisse durch einen festen Anbau, eine exakte axiale Ausrichtung und Verfolgung sowie eine geringe Zunahme der Kontaktkraft, die den Verlauf der Prüfung und die Prüfergebnisse nicht beeinflusst.
Auch Verformungseinflüsse von Lastrahmen und Kraftaufnehmer müssen ausgeschlossen werden. Die ZwickRoell Wegaufnehmer vermeiden diese Einflüsse durch Montage direkt am Biegetisch.
Diese Wegaufnehmer erzielen eine hohe Messgenauigkeit unabhängig von der Prüftemperatur. Denn temperaturbedingte Genauigkeitsabweichungen werden an allen ZwickRoell-Prüfmaschinen automatisch kompensiert.
Welche Ergebnisse erhalte ich aus der Biegeprüfung?
Der Biegeversuch liefert eine Spannungs-Dehnungs-Kurve und verschiedene Kennwerte wie Biegemodul, Streckpunkt und gegebenenfalls den Bruchpunkt. Die Normen unterscheiden üblicherweise drei Kurventypen a, b und c. und stellen eine jeweils passende Auswertung zur Verfügung.
Bei allen Kurventypen kann ein Biegemodul bestimmt werden. Nach ISO 178 findet die Messung an festgelegten Grenzen zwischen 0,05 % und 0,25 % Biegedehnung statt. Die ASTM D 790 definiert die Modulmessung als Sekante (chord modulus) oder als Tangente.
Weitere Ergebnisse sind die maximale Biegespannung, die Biege-Bruchspannung, die Biege-Bruchdehnung, die Dehnung bei maximaler Biegespannung und ggf. die Biegespannung an der definierten Biegegrenze.
Wie unterscheidet sich die Messung von Biegespannung und -dehnung im Vergleich zum Zugversuch?
Anders als im Zugversuch können Biegespannungen nicht einfach aus dem Verhältnis zwischen Kraft und Querschnittsfläche ermittelt werden. Die auf den Probekörper aufgebrachte Durchbiegung erzeugt Biegemomente und Schubkräfte. Das Biegemoment nimmt zwischen Auflager und Biegefinne stetig zu, während die Schubkräfte in diesem Bereich konstant bleiben. Im 3-Punkt Biegeversuch tritt das höchste Biegemoment direkt unter der Biegefinne auf. Im 4-Punkt Biegeversuch entsteht ein konstantes Biegemoment zwischen den Biegefinnen. Dieser Bereich bleibt frei von Schubspannung, was einen Vorteil dieses Verfahrens für Werkstoffe mit geringer Schubfestigkeit darstellt.
Alle Informationen und noch mehr Details finden Sie in der Anwendungstechnischen Information „Biegeversuche an Kunststoffen“ (AI00221).
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