Biegeprüfung

ISO 178 und ASTM D 790

Die 3-Punkt-Biegeprüfungen, die in ISO 178 und in ASTM D 790 beschrieben sind, stellen klassische Charakterisierungsmethoden für steife und halbsteife Kunststoffe dar. Typische Prüfergebnisse sind der Biegemodul, die Spannung bei 3,5 % Dehnung sowie Spannungen und Dehnungen am Steckpunkt und bei Probenbruch.

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Für die Formmassencharakterisierung werden die Probekörper aus dem mittleren Teil des Probekörpers nach ISO 20753 entnommen. So wird das Polymer im gleichen Verarbeitungszustand wie im Zugversuch geprüft.

Die Berechnung der Biegespannungen und – dehnungen erfolgt in der Regel unter der Annahme kleiner Durchbiegungen und unter Vernachlässigung etwaiger Reibung an den Auflagern. Aus diesem Grund wird das Verfahren durch die Normen auf eine Biegedehnung von 3,5 % begrenzt, was einer Durchbiegung von 6 mm beim ISO-Probekörper mit einer Höhe von 4 mm entspricht. Der anzunehmende Berechnungsfehler der Normen liegt in diesem Bereich noch unter 1 % des Messwerts.

Die Messung der Probendimensionen erfordert beim Biegeversuch ganz besondere Sorgfalt. Da die Probendicke quadratisch in die Berechnung der Biegespannung eingeht, folgt auch der Messfehler einer quadratischen Funktion. Ein Messfehler von nur 0,1 mm bei der Probenhöhe von nominell 4,0 mm erzeugt bereits einen Fehler bei der Biegespannung von rund 5 %.

Grafik_3-Punkt-Biegeversuch bei Raumtemperatur ISO178, ASTM D 790

Die Ergebnisse der Biegeprüfung zeigen insbesondere das Werkstoffverhalten nahe der Oberfläche des Prüfkörpers. Im Vergleich zur Zugprüfung sind die zu messenden Durchbiegungen etwa viermal größer als die Längenänderungen im Zugversuch.
ZwickRoell Prüfmaschinen können die Verformung des Lastrahmens, des Kraftsensors und des Biegewerkzeugs mit Hilfe der Software testXpert kompensieren. Dies ermöglicht die hinreichend genaue Messung über den Traversenwegaufnehmer der Prüfmaschine. Besonders für QS-Zwecke wird dadurch die Bedienung der Prüfmaschine vereinfacht.
Wenn eine hohe Vergleichspräzision gefordert ist, dann empfiehlt sich der Einsatz eines Längenänderungsmessgeräts, das die Durchbiegung lastfrei unter dem Probekörper ermöglicht. ZwickRoell bietet entsprechende Fühlerarme für die Biegeprüfung, die einfach in den automatischen Längenänderungsaufnehmer makroXtens oder multiXtens anstelle der Zugfühler eingesetzt werden.

Ein wesentliches Merkmal professionell ausgeführter Biegeeinrichtungen ist neben der Maßhaltigkeit deren exakte Ausrichtbarkeit. Die Auflager müssen zueinander, wie auch gegenüber dem Biegestempel sehr genau ausgerichtet werden. Winkelfehler lassen im Spannungs-Dehnungsdiagramm einen sogenannten „Kurvenfuß“ entstehen, der möglicherweise die Modulbestimmung erheblich verfälscht. Einstellbare Auflager und
durchdachte Lehren erleichtern diese Aufgabe erheblich. Probenanschläge an den Auflagern erleichtern die exakte Positionierung der Probekörper.