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ISO 178 3-Punkt Biegeversuch an Kunststoffen

Die Norm ISO 178 beschreibt die Bestimmung der Biegeeigenschaften an Kunststoffen. Beim 3-Punkt Biegeversuch wird die Probe auf zwei parallel angeordneten Auflagern gelegt und mittels einer Druckfinne gebogen. Die Probe darf hierbei nicht brechen.

Eine weitere Beschreibung des 3-Punkt Biegeversuchs an Kunststoffen finden Sie in der Norm ASTM D790.

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Ziel des 3-Punkt-Biegeversuchs ISO 178

Die 3-Punkt-Biegeversuche, die in ISO 178 und in ASTM D790 beschrieben sind, stellen klassische Charakterisierungsmethoden für steife und halbsteife Kunststoffe dar.

TypischePrüfergebnisse sind:

  • der Biegemodul
  • die Spannung bei 3,5 % Dehnung
  • Spannungen und Dehnungen am Streckpunkt und bei Probenbruch

Anforderungen an den 3-Punkt-Biegeversuch

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 %.

Die Messung der Durchbiegung erfolgt in Abhängigkeit von der jeweiligen Zielsetzung des Prüflabors.

  • Im einfachsten Fall ist nur eine maximale Kraft oder Spannung zu bestimmen, so dass keine Durchbiegungsmessung erforderlich ist. 
  • Wenn nur Durchbiegungen zu bestimmen sind, die zu einer Randfaserdehnung größer 1% führen, also zum Beispiel die 3,5% Biegegrenze, dann ist eine einfache Messung über den Traversenwegaufnehmer der Prüfmaschine ausreichend. 
  • Die in der Norm definierte Art III beschreibt den Fall einer Qualitätssicherung oder einer F&E Aufgabe mit Biegemodulmessung, die nur dem internen Vergleich oder einer Toleranzüberwachung dient, es also nicht so sehr auf die Richtigkeit, sondern auf eine gute Wiederholbarkeit der Messung ankommt. In diesem Fall kann zur Vereinfachung des Prüfaufbaus mit dem Traversenwegaufnehmer der Prüfmaschine und einer Nachgiebigkeitskorrektur gearbeitet werden. 
  • Wenn präzise und richtige Prüfergebnisse erzielt werden sollen, die auch einen Vergleich mit anderen Prüflaboren standhalten, dann ist der Einsatz einer direkten Durchbiegungsmessung in der Genauigkeitsklasse 1 zwingend erforderlich. 
     

ZwickRoell Prüfmittel für sichere Prüfergebnisse

  • 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 III 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 Extensometers, 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.

3-Punkt-Biegeversuch nach ISO 178

Einstellung des Prüfwerkzeugs und Durchführung des 3-Punkt-Biegeversuch an einer Kunststoffprobe nach ISO 178. Die Biegedehnung wird mit dem makroXtens Extensometer gemessen.

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