Springe zum Seiteninhalt

Schlagpr├╝fungen an Kunststoffen

Schlagpr├╝fungen werden zur Bestimmung des Materialverhaltens bei h├Âheren Verformungsgeschwindigkeiten eingesetzt. Zur Charakterisierung des Verhaltens von Kunststoffen gegen├╝ber Schlagbeanspruchungen kommen Pendelschlagwerke, Fallwerke und Hochgeschwindigkeits-Pr├╝fmaschinen zum Einsatz.

Name Typ Gr├Â├če Download
  • Branchenbrosch├╝re: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB

Pr├╝fsysteme zur Durchf├╝hrung von Schlagpr├╝fungen im Vergleich

Pr├╝fsysteme zur Durchf├╝hrung von Schlagpr├╝fungen im Vergleich

Instrumentierte Fallwerke
Hochgeschwindigkeits-Pr├╝fmaschinen
Klassische Fallwerke
Klassische Pendelschlagwerke
Instrumentierte Pendelschlagwerke
Instrumentierte Fallwerke HIT230F f├╝r die Schlagpr├╝fung an Kunststoffen

Instrumentierte Fallwerke

  • Instrumentierte Fallwerke verf├╝gen ├╝ber einen Kraftsensor, eine Lichtschranke zur exakten Geschwindigkeitsbestimmung und eine schnelle Messwerterfassung.
  • So k├Ânnen komplette Kraft-Weg-Diagramme, zum Beispiel im Durchsto├čversuch, aufgezeichnet werden.
  • Aus diesen Diagrammen k├Ânnen sowohl charakteristische Kraftpunkte, wie auch die aufgenommene Schlagenergie berechnet werden. 
Hochgeschwindigkeits-Pr├╝fmaschine HTM5020

Hochgeschwindigkeits-Pr├╝fmaschinen

  • Hochgeschwindigkeits-Pr├╝fmaschinen erzeugen mit ihrem hydraulischen Antrieb Pr├╝fgeschwindigkeiten bis zu 20 m/s.
  • Sie sind immer instrumentiert ausgef├╝hrt und werden variabel f├╝r Schnellzerrei├čversuche, Durchsto├č- und Biegeversuche unter hohen Dehngeschwindigkeiten eingesetzt.
  • Sie decken die Verfahren der Pendelschlagwerke und der instrumentierten Fallwerke ab. Ein gro├čer Vorteil dieses Maschinentyps liegt im gro├čen Energie├╝berschuss, der - zusammen mit einer speziellen Regelung - nahezu konstante Geschwindigkeiten w├Ąhrend des Pr├╝fvorgangs erm├Âglicht. 

Klassische Fallwerke

  • Klassische Fallwerke arbeiten mit einer linearen Fallbewegung.
  • Eine Masse mit einem Auftreffk├Ârper wird aus einer meist definierten H├Âhe ausgel├Âst. 
  • Da nach dem Durchschlagen des Probek├Ârpers keine weitere Messung erfolgt, werden diese einfachen Fallwerke f├╝r Gut/Schlecht-Analysen, im Laststeigerungsverfahren (Staircase method) oder im Umfangsverfahren (Around the clock method) eingesetzt.
HIT Pendelschlagwerke zur Bestimmung der Schlagz├Ąhigkeit bzw. Kerbschlagz├Ąhigkeit

Klassische Pendelschlagwerke

  • Klassische Pendelschlagwerke bestimmen die von einem genormten Pr├╝fk├Ârper bis zum Bruch aufgenommene Schlagarbeit durch Messung der Steigh├Âhe des Pendelhammers nach dem Schlag.
  • Das Ergebnis ist eine Schlagz├Ąhigkeit oder Kerbschlagz├Ąhigkeit, die fl├Ąchenbezogen, z. B. in kJ/m┬▓, angegeben wird.
  • In der Rohrpr├╝fung werden Pendelschlagwerke auch f├╝r einfache Gut/Schlecht-Beurteilungen des Probenbruches eingesetzt, ohne quantitative Darstellung des Pr├╝fergebnisses.
Instrumentiertes Pendelschlagwerk - Schlagzugpr├╝faufbau am Bock

Instrumentierte Pendelschlagwerke

  • Instrumentierte Pendelschlagwerke sind mit einem Kraftsensor und einer schnellen Messwerterfassung ausgestattet, die bis zu 4 Millionen Kraft- und Zeitwerte pro Sekunde erfasst.
  • So k├Ânnen neben den Energiewerten der Schlagarbeit weitere Daten, zum Beispiel der Kraft- und Durchbiegungsverlauf oder bruchmechanische Kennwerte, erfasst werden.  

Schlagpr├╝fungen mit Pendelschlagwerken

Man unterscheidet 4 genormte Verfahren:

  • Charpy Pr├╝fung (ISO 179-1, ASTM D 6110)
  • Instrumentierte Charpy-Pr├╝fung (ISO 179-2)
  • Izod Pr├╝fung (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) sowie  "Unnotched cantilever beam impact" (ASTM D 4812)
  • Schlagzugversuche (ISO 8256 und ASTM D 1822)
  • Dynstat Schlagbiegeversuch (DIN 53435)

Unterschiede ISO und ASTM bei der Schlagpr├╝fung:

Jeder Pendelhammer darf nach ISO in einem Bereich von 10 % bis 80 % seines nominellen Arbeitsverm├Âgens eingesetzt werden. In der ASTM ist die Ausnutzung bis 85 % erlaubt.

Ein grunds├Ątzlicher Unterschied zwischen ISO und ASTM besteht in der Auswahl der Pendelgr├Â├če. Nach ISO muss der jeweils gr├Â├čtm├Âgliche Pendelhammer eingesetzt werden, wobei die ├ťberdeckungen zwischen den Pendelstufen oft sehr gering sind. Diese Forderung beruht auf der ├ťberlegung, dass der Geschwindigkeitsabfall beim Durchschlagen der Probe m├Âglichst gering gehalten werden soll. In der ASTM hat der Standard-Pendelhammer ein Nennarbeitsverm├Âgen von 2.7 Joule und alle weiteren Gr├Â├čen ergeben sich durch Verdoppelung. Hier soll der jeweils kleinste Pendelhammer im Bereich zur Pr├╝fung gew├Ąhlt werden.

Pr├╝fverfahren mit Pendelschlagwerken im Vergleich

Schlagbiegeversuch nach Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)

Im Rahmen der Norm f├╝r Einpunktkennwerte ISO 10350-1 ist Charpy nach ISO 179-1 die bevorzugte Pr├╝fmethode. 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 mit gekerbten Probek├Ârpern immer noch kein Probenbruch zu erreichen ist, wird die Schlagzugmethode angewandt.

Vorteile der Charpy Schlagpr├╝fung:

  • 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 f├╝r die Pr├╝fung 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.

Instrumentierter Charpy Schlagbiegeversuch (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.

Schlagbiegeversuch nach Izod (ISO 180, ASTM D256, ASTM D4508, ASTM D4812)

  • Im Rahmen der ASTM Normen ist es ├╝blich, nach dem Izod-Pr├╝fverfahren zu arbeiten, das in ASTM D256 festgelegt ist. Dabei wird immer mit gekerbten Probek├Ârpern gepr├╝ft.
  • Eine seltener angewandte Methode ist die in ASTM D4812 beschriebene "Unnotched cantilever beam impact", die dem Izod-Verfahren ├Ąhnlich ist, aber mit ungekerbten Probek├Ârpern durchgef├╝hrt wird.
  • Sofern nur kleine Probek├Ârper hergestellt werden k├Ânnen, kann die "Chip-impact" Methode nach ASTM D4508 verwendet werden, die ein Pendant zum Dynstat-Schlagbiegeversuch darstellt.

Dynstat Schlagbiegeversuch (DIN 53435)

  • Einige deutsche Automobilhersteller wenden zur Pr├╝fung von kleinen Probek├Ârpern das Dynstat Schlagbiegeverfahren an. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der Verwendung sehr kleiner Probek├Ârper, die auch aus relativ kleinen Bauteilen entnommen werden k├Ânnen.
  • Dieses Verfahren ist ausschlie├člich in der DIN beschrieben.

Durchsto├čversuch an Pr├╝fplatten

In der Formmassencharakterisierung ist der Durchsto├čversuch von besonderem Interesse. Die Versuchsart stellt einen mehrachsigen Spannungszustand an einer d├╝nnen Platte dar, der mit hoher Dehnrate eingebracht wird. Das Ergebnis: En Kraft-Zeit- oder ein Kraft-Weg-Diagramm, sowie Einpunktkennwerte, die neben der maximalen  Kraft auch die Durchbiegung an charakteristischen Punkten des Diagramms beschreiben.

Genormt ist der Durchsto├čversuch an Platten in ISO 6603-2 sowie in ASTM D 3763. Eine Variante der Norm f├╝r die Pr├╝fung von Folien ist die ISO 7765-2.

Die Pr├╝fungen werden mit einer Fallh├Âhe von 1 m durchgef├╝hrt, was einer Auftreffgeschwindigkeit von 4,43 m/s entspricht. Die potentielle Energie des Fallk├Ârpers muss mindestens 2,73 mal gr├Â├čer als die vom Probek├Ârper aufgenommene Durchsto├čarbeit sein. So wird die Normforderung nach Begrenzung des Geschwindigkeitsabfalls um maximal 20 % der Auftreffgeschwindigkeit eingehalten.

Besonders bei z├Ąhen Polymeren wie Polycarbonat, entsteht an der Spitze des Durchsto├čk├Ârpers Reibung, die zu einer deutlichen Verf├Ąlschung des Pr├╝fergebnisses f├╝hren w├╝rde. Aus diesem Grund legen die Normen fest, dass der Durchsto├čk├Ârper leicht geschmiert werden muss.

Zur Pr├╝fung bei niedrigen Temperaturen m├╝ssen die Pr├╝fplatten hinreichend lange an der Pr├╝ftemperatur konditioniert werden. Dazu k├Ânnen je nach Pr├╝ftemperatur handels├╝bliche K├╝hlboxen verwendet werden, die nahe am Pr├╝fger├Ąt stehen sollten. Zur Pr├╝fung werden die Probek├Ârper aus der Box entnommen, ins Fallwerk eingelegt und innerhalb weniger Sekunden gepr├╝ft.

Die Fallwerke der Baureihe HIT 230F sind so konstruiert, dass der Probentisch frei zug├Ąnglich ist. Bei Bet├Ątigung der Zweihand-Ausl├Âsung schlie├čt sich die Klemmung und verdeckt alle beweglichen Massen. So entsteht kein Risiko f├╝r den Bediener und die Pr├╝fung kann sekundenschnell durchgef├╝hrt werden. Gegen├╝ber Ger├Ąteausf├╝hrungen mit eingebauten Temperierkammern zeichnet sich die Bauweise des HIT 230F durch ihren hohen Probendurchsatz im Durchsto├čversuch und einfachste Bedienung aus.

Schlagpr├╝fungen mit Hochgeschwindigkeits-pr├╝fmaschinen

Hochgeschwindigkeits-Pr├╝fmaschinen HTM sind in der Kunststoffpr├╝fung sehr universell einsetzbar, da sie sowohl einen sehr gro├čen Pr├╝fgeschwindigkeits- und Kraftbereich abdecken als auch sehr flexibel im Zug- und Druckbereich eingesetzt werden. Der Einbau vonTemperierkammern erlaubt Pr├╝fungen in einem breiten Temperaturbereich.

Pr├╝fverfahren mit Hochgeschwindigkeitspr├╝fmaschinen im Vergleich:

Wir suchen und finden f├╝r jede Ihrer Anforderung die optimale Pr├╝fl├Âsung.

Nehmen Sie direkt Kontakt mit unseren Branchenexperten auf.

Wir beraten Sie gerne!

 

Jetzt Kontakt aufnehmen

Produkte zur Schlagpr├╝fung

Top