ISO 37 / DIN 53504 Zugversuch Gummi
Die ISO 37 und DIN 53504 beschreiben Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von vulkanisiertem oder thermoplastischem Gummi. Sie dient der Ermittlung von Zugspannung, Zugfestigkeit und Bruchdehnung sowie der Modulwerte, die als Zugspannung bei festgelegten Dehnungen, oder umgekehrt, definiert sind. Ferner kann die Fließdehnung und Fließspannung zum Beispiel für thermoplastische Elastomere bestimmt werden. Alle Werte werden im Zugversuch bei konstanter Abzugsgeschwindigkeit ermittelt.
Ein weiteres standardisiertes Verfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem duroplastischem Gummi und thermoplastischen Elastomeren wird in der Norm ASTM D412 beschrieben.
Die nachfolgenden Inhalte erklären die wesentlichen Aspekte. Für normgerechte Prüfungen nach ISO 37 und DIN 53504 ist der Erwerb der vollständigen Norm jedoch zwingend erforderlich.
Ziel & Einsatzbereich Probekörper Versuchsdurchführung Video Kennwerte Prüfsysteme Automatisierung FAQ Beratung anfordern
ISO 37 / DIN 53504 Ziel & Einsatzbereiche
Die Verwendung der ISO 37 / DIN 53504 stellt sicher, dass Prüfungen wiederholbar und vergleichbar durchgeführt werden können, unabhängig vom Prüflabor. Sie legt dafür die Anforderungen an Probenform, Prüfgeschwindigkeit, Konditionierung und Auswertung fest.
Die Normen und Prüfungen kommen entlang der kompletten Wertschöpfungskette der Gummiindustrie zum Einsatz. Dies beginnt bei den Rohmaterialherstellern und Forschungseinrichtungen, der Compoundentwicklung und -produktion und findet ebenfalls in der verarbeitenden Industrie statt, die Produkte wie zum Beispiel Reifen, Dämpfer, Dichtungen, Riemen, Fördergurte, aber auch Gummihandschuhe, Kondome oder andere Produkte aus Gummi herstellt.
Schulterstäbe nach ISO 37 / DIN 53504
Für den Zugversuch an Gummi legt die ISO 37 als auch die DIN 53504 fünf zulässige Typen von Schulterstäben und zwei zulässige Arten von Ring-Probekörpern fest. Zwischen den Normen unterscheiden sich die jeweiligen Probekörper nur geringfügig.
| Typ | I (min) mm | Is mm | bk mm | b mm | a mm | L0 mm | r1 mm | r2 mm | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ISO 37 | 1 | 115 | 33±2 | 25±1 | 6,2±0,2 | 2±0,2 | 25±0,5 | 25±2 | 14±1 |
| 1A | 100 | 21±1 | 25±1 | 5±0,1 | 2±0,2 | 20±0,5 | 25±2 | 11±1 | |
| 2 | 75 | 25±1 | 12,5±1 | 4±0,1 | 2±0,2 | 20±0,5 | 12,5±1 | 8±0,5 | |
| 3 | 50 | 16±1 | 8,5±0,5 | 4±0,1 | 2±0,2 | 10±0,5 | 10±0,5 | 7,5±0,5 | |
| 4 | 35 | 12±0,5 | 6±0,5 | 2±0,1 | 1±0,1 | 10±0,5 | 3±0,1 | 3±0,1 | |
| DIN 53504 | S1 | 115 | 33 | 25 | 6 | 2±0,2 | 25 | 25 | 14 |
| S1A | 100 | 25 | 25 | 5 | 2±0,2 | 25 | 20 | 11 | |
| S2* | 75 | 25 | 12,5 | 4 | 2±0,2 | 20 | 12,5 | 8 | |
| S3 | 35 | 12 | 6 | 2 | 1±0,1 | 10 | 3 | 3 | |
| S3A | 50 | 16 | 8,5 | 4 | 2±0,2 | 10 | 10 | 7,5 |
Anmerkung DIN 53504: Vorzugsweise sollte der Schulterstab S2 verwendet werden
Ring-Probekörper nach ISO 37 / DIN 53504
| Außendurchmesser d3 | Innendurchmesser d4 | Breite b | Dicke a | ||
|---|---|---|---|---|---|
| ISO 37* | A | 52,6 | 44,6±0,2 | 4±0,2 | 4±0,2 |
| B | 10 | 8±0,1 | 1±0,1 | 1±0,1 | |
| DIN 53504 | R1 | 52,6 | 44,6 | 4,0 | 4±0,2 oder 6,3±0,3 |
| R2 | 44,6 | 36,6 | 4,0 | 4±0,2 oder 6,3±0,3 |
* Bevorzugt wird der Ring-Probekörper Typ A verwendet. Typ B kommt zum Einsatz, wenn nicht genügend Material für den größeren Prüfkörper Typ A zur Verfügung steht.
Probekörper-Vorbereitung
- Die Probekörper müssen nach DIN ISO 23529 hergestellt und vermessen werden
- In der Regel können Schulterstäbe und Ring-Probekörper mittels einer Schneidpresse mit dem entsprechenden Schneidmesser für die jeweilige Probekörperform hergestellt werden.
Versuchsdurchführung nach ISO 37 / DIN 53504
Prüfungen mit Schulterstäben:
ISO 37: Vor der Prüfung wird die Dicke des Probekörpers in der Mitte und an den Enden des parallelen Bereichs gemessen und der Querschnitt aus dem Medianwert von drei Messungen berechnet. Nachdem die Kraftmessung in frei hängendem Zustand genullt wurde, wird der Schulterstab in die Probenhalter der Prüfmaschine entlang der Maschinenachse so ausgerichtet eingesetzt, dass die Spannung gleichmäßig über den Querschnitt verteilt wirkt. Um die Prüfung in einem definierten Dehnungszustand zu starten, wird empfohlen, eine kleine Vorspannung von 0,1 MPa anzufahren und das Extensometer in diesem Zustand anzusetzen.
DIN 53504: Vor dem Zugversuch wird die Dicke des Schulterstabs an mindestens drei Stellen bei RT gemessen, vorzugsweise an den Enden des parallelen Bereichs und in der Mitte. Aus dem Median der Dicke und dem Stanzmaß der Stegbreite des Schneidmessers wird der Anfangsquerschnitt berechnet. Der Schulterstab wird so in die Einspannklemmen eingespannt, dass seine Längsachse mit der mechanischen Achse der Zugprüfmaschine übereinstimmt und der Probekörper gleichmäßig und rutschfest gehalten wird. Die Vorspannung von etwa < 0,1 MPa mit einer Vorschubgeschwindigkeit < 50 mm/min wird angefahren und die Maschine gestoppt. Das Extensometer wird angesetzt und die Maschine mit der in der Norm festgelegten Prüfgeschwindigkeit gestartet. Dabei wird die Kraft- und die Längenänderung erfasst und als Spannungs-Dehnungs Diagramm dargestellt. Für die Dehnungsmessung ist ein berührungsloses optisches Messsystem zu bevorzugen.
Prüfgeschwindigkeiten:
| ISO 37 | DIN 53504 | |
|---|---|---|
| Typ 1 / S1 | 500 mm/min | 500 mm/min |
| Typ 1A / S1A | 500 mm/min | 500 mm/min |
| Typ 2 / S2 | 500 mm/min | 200 mm/min (500 ± 50 mm/min möglich, wenn vereinbart) |
| Typ 3 / S3 | 200 mm/min | 200 mm/min |
| Typ 4 / S3A | 200 mm/min | 200 mm/min |
Prüfung mit Ringprobe:
ISO 37: Vor der Prüfung nach ISO 37 wird die radiale Breite und die axiale Dicke an sechs ungefähr gleichmäßig verteilten Stellen rund um den Ring gemessen. Der Medianwert jeder Messreihe wird zur Berechnung der Querschnittsfläche herangezogen. Vor Beginn der Prüfung wird die Kraftmesskette im unbelasteten Zustand genullt und der Rollenabstand auf das in der Norm angegebene Maß eingestellt. Der Probekörper wird auf die Rollen gelegt und die Maschine mit der angegebenen Prüfgeschwindigkeit gestartet. Während die Prüfung mit der in der Norm vorgegebenen Prüfgeschwindigkeit durchgeführt wird, ist es wichtig, dass sich die Rollen drehen, um eine Dehnungsbehinderung durch Reibung zwischen Probekörper und Rolle zu vermeiden.
DIN 53504: Vor dem Zugversuch wird die Dicke der Probekörper an mindestens drei Stellen bei RT gemessen. Beim Zugversuch an Ring-Probekörpern wird die Veränderung des Achsabstands der Rollen als Traversenweg der Prüfmaschine (siehe Tabelle unten) für die Dehnungsmessung herangezogen.
Vorgeschriebener Rollenabstand:
| Rollen für | ISO 37 | DIN 53504 |
|---|---|---|
| Typ A (Standard) | 30+0,2 / 0 mm | |
| Typ A (Alternative) | 35+0,2 / 0 mm | |
| Typ B (Standard) | 5,5+0,2 / 0 mm | |
| R1 | 35 mm | |
| R2 | 28,7 mm |
Bezeichnung der Kennwerte nach ISO 37
Prüfung mit Schulterstäben oder Ring-Probekörpern:
- TS = Zugfestigkeit
- TSb = Reißfestigkeit
- Eb = Dehnung bei Bruch
- Es = Dehnung bei Kraftvorgabe (1 MPa)
- Se = Kraft bei Wegvorgabe x 1% (50%)
Bezeichnung der Kennwerte nach DIN 53504
Prüfung mit Schulterstäben oder Ring-Probekörpern:
- σmax = Zugfestigkeit
- σR = Reißfestigkeit
- εR = Dehnung bei Bruch
- σ50 = Kraft bei Wegvorgabe x1%
- σ100 = Kraft bei Wegvorgabe x2%
Zusätzliche Ergebnisse:
- σ200 = Kraft bei Wegvorgabe x3%
- σ300 = Kraft bei Wegvorgabe x5%
- σ500 = Kraft bei Wegvorgabe x10%
ISO 37 / DIN 53504 Prüfsysteme
Eine Anforderung der Prüfung nach ISO 37 / DIN 53504 ist die Dehnung der Probe. Mit zunehmender Länge der Probe muss der Fahrweg der Traverse lang genug sein - und damit auch der Lastrahmen hoch genug - um die Verlängerung des Probekörpers bis zum Bruch aufzeichnen zu können. ZwickRoell bietet die dazu passenden Universalprüfmaschinen:
- zwickiLine – platzsparende Lösung für kleine Prüfkräfte bis 5 kN und mit einem Prüfbereich bis zu 1365 mm
- ProLine - für normgerechte Prüfungen und einfache Anwendungen mit einem Prüfbereich von 1050 mm bis 1450 mm
- AllroundLine - anpassbar und vielseitig mit einem Prüfbereich von 1030 mm bis 2560 mm
Probenhalter für Prüfungen nach ISO 37 / DIN 53504
Die Auswahl des geeigneten Probenhalters berücksichtigt sowohl die erwartete Anzahl von Prüfungen pro Tag oder Woche, als auch die Dicke und Materialeigenschaften des Probekörpers. ZwickRoell bietet zu diesem Zweck verschiedene Probenhaltertypen, von manuellen mechanischen Probenhaltern bis zu komfortablen pneumatisch gesteuerten Systemen mit jeweils geeigneten Backeneinsätzen.
- Pneumatische Probenhalter: Die Klemmkraft wird durch pneumatische Aktuatoren erzeugt und kann mit einer Hand- oder Fußsteuerung betätigt werden. Eine von der Zugkraft unabhängige Klemmkraft sorgt für eine konstante Prüfgeschwindigkeit während des gesamten Prüfablaufs.
- Zangenprobenhalter: beidseitig schließend. Die Klemmkraft wird durch das Scherenprinzip mit zunehmender Zugkraft proportional erhöht. Dies gewährleistet ein automatisches Nachspannen bei schwindenden Proben.
- Für Ring-Probekörper wird ein Werkzeug bestehend aus zwei drehbaren Rollen benötigt.
Extensometer für die Prüfung nach ISO 37/DIN 53504
Bei der Prüfung von Schulterstäben nach ISO 37/DIN 53504 dehnt sich nicht nur der mittlere Teil des Probekörpers, sondern auch die Schulter. Die Normen verlangen darum eine definierte Messgenauigkeit des Extensometer. Diese Anforderungen lassen sich entweder durch direkt befestigte Extensometer oder durch optische/berührungslose Systeme erfüllen. ZwickRoell bietet passende Extensometer mit hoher Messgenauigkeit - vom kosteneffizienten, manuellen Extensometer bis zum vollautomatischen System, ganz ohne Bedienereinfluss und mit höchster Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse.
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Automatisierte Zugversuche nach ISO 37 / DIN 53504
Zugversuche an Gummi und Elastomeren nach ISO 37 / DIN 53504 können auch automatisiert, das heißt mit vollautomatischer Probenzuführung durchgeführt werden. Ein automatisiertes Prüfsystem kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn viele Proben geprüft werden müssen oder wenn Bedienereinflüsse ausgeschlossen werden sollen. Handtemperatur oder Handfeuchtigkeit, aber auch ungenaues oder schräges Positionieren der Probe in den Probenhaltern können die Prüfergebnisse beeinträchtigen.
- Das kompakte Roboter-Prüfsystem roboTest L kann bis zu 350 Proben autonom prüfen. Ein im System integriertes Dickenmessgerät misst die Probendicke genau und vergleichbar. Der Probengreifer legt die Probe in die Prüfmaschine ein und der Zugversuch nach ISO 37 / DIN 53504 wird automatisch gestartet. Nach dem Versuch werden die Probenreste von separaten Entsorgungsgreifern aus den Probenhaltern entfernt.
- Das Roboter-Prüfsystem roboTest R ist komplexer und erlaubt die zusätzliche Einbindung weiterer Geräte wie beispielsweise eine Probenmarkierstation, eine Zentrierstation oder eine Temperaturkammer zur exakten Temperierung der Proben.
- Zur Vermeidung von Bedienereinflüssen auch bei kleinen Probenserien (Typ 1+2/S1+S2) hat ZwickRoell das Prüfsystem ALEX im Programm: einfach, kompakt und preisgünstig kann es bereits ab einer Seriengröße von 10 Proben eingesetzt werden.
ÜBER DEN AUTOR:
Branchenmanager für Kunststoffe & Gummi
- Convenor einer Arbeitsgruppe des internationalen Normungsgremiums ISO/TC 61 für Kunststoff-Prüfverfahren
- Obman im deutschen DIN Ausschuss für Hart- und Weichschäume
- Mitarbeiter in Arbeitsgruppen des “ISO/TC 61 Plastics”, des “ISO/TC 45 Rubber and rubber products”
- Mitarbeiter verschiedener Gremien im DIN - Deutsches Institut für Normung
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- Produktbroschüre: Prüfmaschinen und Prüfsysteme für Kunststoffe und Gummi PDF 9 MB
- Produktinformation: lightXtens: berührungslos, einfach und vollautomatisch hochdehnbare Materialien prüfen PDF 886 KB
- Produktinformation: videoXtens 1-270 P PDF 1 MB
- Produktinformation: multiXtens II HP Extensometer PDF 1 MB
- Produktinformation: Roboter-Prüfsystem 'roboTest L' (Linear) für Kunststoffe PDF 71 KB
- Produktinformation: Roboter-Prüfsystem ‘roboTest R’ (Polar) für Kunststoffe PDF 86 KB
- Produktinformation: ALEX - The automated lab expert PDF 308 KB
Weitere Informationen zu Zugversuchen an Gummi und Elastomeren
Häufig gestellte Fragen zur ISO 37 / DIN 53504
Die ISO 37/DIN 53504 beschreiben Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von vulkanisiertem oder thermoplastischem Elastomeren. Sie beschreiben die Durchführung von Zugversuchen an standardisierten Probekörpern (Schulterproben und Ringe) und dienen der Ermittlung von Zugspannung, Zugfestigkeit und Bruchdehnung sowie der Modulwerte, die als Zugspannung bei festgelegten Dehnungen, oder umgekehrt, definiert sind. Ferner kann die Fließdehnung und Fließspannung zum Beispiel für thermoplastische Elastomere bestimmt werden. Alle Werte werden im Zugversuch bei konstanter Abzugsgeschwindigkeit ermittelt.
Beide Normen beschreiben die Zugprüfung von Elastomeren, unterscheiden sich jedoch in Details. Die ISO 37 ist international ausgerichtet und definiert hauptsächlich Schulterproben (Dumb-bells) und Ringproben der Typen A und B mit festgelegten Abmessungen und Prüfbedingungen. Die DIN 53504 ist die deutsche Fassung, die sich zwar weitgehend an ISO 37 anlehnt, jedoch zusätzliche Ringtypen und Methoden enthält, die besonders für industrielle Anwendungen wichtig sind.
