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ISO 179-1 & ISO 179-2: Charpy Schlagz├Ąhigkeit und Kerbschlagz├Ąhigkeit von Kunststoffen

Die Normen ISO 179-1 (Nicht instrumentierte Schlagz├Ąhigkeitspr├╝fung) und ISO 179-2 (Instrumentierte Schlagz├Ąhigkeitspr├╝fung) beschreiben den Schlagversuch nach Charpy zur Ermittlung der Schlag- und Kerbschlagz├Ąhigkeit an Kunststoffen. Schlagversuche nach Charpy werden auch in der Norm ASTM D6110 beschrieben. 

Schlagversuche nach dem Charpy-Verfahren dienen zur Charakterisierung eines Kunststoffes bei hohen Dehnraten. Die Beanspruchung erfolgt schlagartig und in einem 3-Punkt-Biegeaufbau. Im klassischen Verfahren wird das Ergebnis als Energieaufnahme des Probek├Ârpers dargestellt. Instrumentierte Messverfahren erm├Âglichen dar├╝ber hinaus die Darstellung von Kraft-Weg Diagrammen, liefern zus├Ątzliche Materialinformationen, sowie die automatische Zuordnung der Bruchart.

Im Rahmen der Norm f├╝r Einpunktkennwerte, ISO 10350-1, ist Charpy nach ISO 179-1 die bevorzugte Pr├╝fmethode zur Messung der Schlagz├Ąhigkeit. Dabei wird die Pr├╝fung vorzugsweise an ungekerbten Probek├Ârper im schmalseitigen Schlag (1eU) gepr├╝ft. Sofern der Probek├Ârper in dieser Konfiguration nicht bricht, wird die Pr├╝fung mit gekerbten Probek├Ârpern durchgef├╝hrt. Die Pr├╝fergebnisse sind dabei nicht direkt vergleichbar. Falls auch mit gekerbten Probek├Ârpern kein Probenbruch zu erreichen ist, wird die Schlagzugmethode nach ISO 8256 angewandt.
 

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  • Branchenbrosch├╝re: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB

Ziele der Charpy Schlagversuche

Die Charpy Schlag- und Kerbschlag-Biegeversuche nach ISO 179-1 und ISO 179-2 liefern Kennwerte f├╝r die Schlagz├Ąhigkeit bei hohen Dehnraten in Form eines fl├Ąchenbezogenen Energiewertes. Die Pr├╝fungen werden ├╝blicherweise im Normalklima oder bei niedrigen Temperaturen durchgef├╝hrt. 

Einsatzbereiche sind:

  • Der Vergleich unterschiedlicher Formmassen
  • Erstellung von Materialkarten, z.B. nach ISO 10350-1
  • Toleranz├╝berwachung im Rahmen von Wareneingangskontrolle und Qualit├Ątssicherung
  • Pr├╝fung von Fertigteilen anhand von herausgearbeiteten Probek├Ârpern
  • Messung von Alterungseffekten
  • Bruchmechanische Untersuchungen

Die Charpy-Pr├╝fung hat gegen├╝ber Izod einen breiteren Anwendungsbereich und ist besser geeignet f├╝r Pr├╝fungen von Werkstoffen, die interlaminare Scherbr├╝che oder Oberfl├Ącheneffekte aufweisen.

Weiterhin bietet die Charpy-Methode Vorteile in der Versuchsf├╝hrung bei niedrigen Temperaturen. Da die Probenauflager weiter von der Kerbe entfernt sind, wird eine schnelle W├Ąrme├╝bertragung auf die kritischen Bereiche des Probek├Ârpers vermieden, was die K├╝hlung in einem externen K├╝hlger├Ąt und die anschlie├čende Zuf├╝hrung ins Pr├╝fger├Ąt vereinfacht. 

Anforderungen an die Pr├╝fung

Anforderungen an die Pr├╝fung

Konventionelle Charpy-Pr├╝fung nach ISO 179-1
Instrumentierter Charpy-Versuch nach ISO 179-2

Konventionelle Charpy-Pr├╝fung nach ISO 179-1

F├╝r die konventionellen Schlagversuche nach Charpy kommen Pendelschlagwerke zum Einsatz, die in der ISO 13802 sehr detailliert festgelegt sind. Dadurch wird eine gute Vergleichbarkeit der Pr├╝fungen ├╝ber verschiedene Pr├╝fmittel, Labore, Bediener und Standorte hinweg erm├Âglicht.
 
Das Prinzip der Messung basiert auf einem in Arbeitsverm├Âgen und Fallh├Âhe festgelegten Pendelhammer, der beim Durchschlagen des Probek├Ârpers einen Teil seiner kinetischen Energie abgibt. Dadurch steigt der Pendelhammer nach dem Schlag nicht mehr auf die urspr├╝ngliche Fallh├Âhe auf. Die gemessene H├Âhendifferenz zwischen Fallh├Âhe und Steigh├Âhe wird so zu einem Ma├č f├╝r die aufgenommene Energie. Durch die Festlegung der Fallh├Âhe wird auch die Auftreffgeschwindigkeit festgelegt, so dass die Pr├╝fungen bei vergleichbaren Dehnraten stattfinden. 

Jeder Pendelhammer darf in einem Bereich von 10 % bis 80 % seines Arbeitsverm├Âgens eingesetzt werden. Sofern mehrere Pendelhammer diese Bedingung f├╝r die Pr├╝fung eines Werkstoffs erf├╝llen, was aus der ├ťberdeckung der Arbeitsbereiche der verschiedenen Pendelhammer in der Regel der Fall ist, wird der Pendelhammer mit dem gr├Â├čten Arbeitsverm├Âgen verwendet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Geschwindigkeitsabfall im Schlagvorgang minimiert ist. 

Die Art der Messung impliziert, dass alle Energieverluste dem Probek├Ârper zuzurechnen sind. Aus diesem Grund ist es wichtig, alle ├Ąu├čeren Fehlerquellen zu minimieren, zu korrigieren, oder komplett auszuschlie├čen. F├╝r die Reibungsverluste, die durch Luftreibung und Reibung an den Lagerstellen des Pendelhammers zwangsl├Ąufig entstehen, gibt es enge Festlegungen in der ISO 13802, sowie Kontrollen im Rahmen der regelm├Ą├čigen Kalibrierung. Die Korrekturwerte werden vermessen und dem jeweiligen Pendelhammer zugeordnet. Wesentlich f├╝r die Qualit├Ąt der Messung ist eine ausreichende Masse und schwingungsfreie Aufstellung des Pendelschlagwerks auf einem sehr stabilen Labortisch, auf einer gegen eine solide Wand verschraubte Arbeitsplatte, oder auf einem Podest aus Mauerwerk. Innere Schwingungen im Ger├Ąt werden konstruktiv minimiert. So verwendet ZwickRoell Pendelhammer mit Doppelstangen aus unidirektionalen Carbonwerkstoffen, die sehr massenarm sind und gleichzeitig eine optimale Steifigkeit der Pendelstangen bieten.
 

Instrumentierter Charpy-Versuch nach ISO 179-2

Durch Aufzeichnung des Kraft-Zeit-Verlaufs kann durch doppelte Integration bei qualitativ hochwertiger Messtechnik ein Kraft-Weg-Diagramm mit hervorragender Genauigkeit erzielt werden. Die so gewonnenen Daten sind in unterschiedlicher Weise nutzbar:

  • Zus├Ątzliche Kennwerte, die ein besseres Verst├Ąndnis des Materialverhaltens erm├Âglichen
  • Bruchmechanische Kennwerte
  • Automatische, bedienerunabh├Ąngige Bestimmung der Bruchart anhand des Kurvenverlaufs im Kraft-Weg-Diagramm

Die Messwertkurven zeigen immer charakteristische Schwingungen. Dabei handelt es sich um Schwingungen des Probek├Ârpers, deren Frequenz in einem definierten funktionellen Zusammenhang mit der Probengeometrie, den Abmessungen sowie dem Modulwert des Polymers steht.

Ein weiterer gro├čer Vorteil der Instrumentierung ist der gro├če Messbereich. Anders als bei den konventionellen Pendelschlagwerken werden keine Energien, sondern Kr├Ąfte gemessen. Da die Messelektronik exakte Messungen schon ab 1/100 der Nennkraft erlaubt, wird das untere Ende der messbaren Schlagenergie in der Regel durch die Versuchsdauer und durch die Eigenfrequenz der Messelemente bestimmt. Aus diesem Grund ist es m├Âglich, den gesamten in der ISO 179-2 beschriebenen Messbereich mit zwei instrumentierten Pendelhammern abzudecken: Ein instrumentiertes 5 J Pendel f├╝r Auftreffgeschwindigkeiten von 2,9 m/s und ein 50 J Pendel f├╝r die Auftreffgeschwindigkeit 3,5 m/s. In Anlehnung an dieses Verfahren werden auch Pr├╝fungen nach dem Izod-Verfahren und Schlagzugpr├╝fungen instrumentiert.

ISO 179-1 und ISO 179-2: Schlagversuch an Kunststoffen

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