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Prüfwerkzeuge für Biegeprüfung

Die Biegebeanspruchung gehört zu den Beanspruchungsarten, die in der Praxis am häufigsten auftreten. Daher besitzt sie große Bedeutung für die Materialprüfung an unterschiedlichsten Werkstoffen. Aus diesem Grund dient der Biegeversuch zur Ermittlung mechanischer Werkstoffeigenschaften an Stahl, Kunststoff, Holz, Papier, Keramik und weiteren Werkstoffen.

Die Kennwerte des Biegeversuchs werden im Allgemeinen mittels 3-Punkt- oder 4-Punkt-Biegeversuch gewonnen.

Bei Beanspruchung eines symmetrischen Querschnitts auf Biegung treten in der einen Randfaser Zugspannungen auf. In der gegenüber liegenden Randfaser treten Druckspannungen auf. Die Spannungen nehmen auf beiden Seiten mit dem Abstand von der neutralen Faser so zu, dass die höchsten Werte jeweils in den Randzonen vorliegen. Wird die Streck- oder Quetschgrenze des Werkstoffs erreicht, kommt es zum plastischen Fließen.

Während des Biegeversuchs treten in der Probe zudem Schubspannungen auf. Um den Schubspannungsanteil bei einer Prüfung möglichst klein zu halten, muss das Verhältnis des Auflagerabstands zur Dicke der Probe möglichst groß sein. In den meisten Fällen wird der Auflagerabstand in der entsprechenden Prüfnorm jedoch angegeben.

Für die Durchführung des Biegeversuches werden bevorzugt Proben mit rechteckigem Querschnitt verwendet.

2-Punkt-Biegevorrichtungen

Die 2-Punkt-Biegevorrichtung ist für die Prüfung von Papier, Pappe und Folien geeignet. Dabei wird die  Biegesteifigkeit nach der Balkenmethode bzw. des Biegewiderstands an Papier, Pappe und Karton z. B. nach DIN 53121,ISO 5628 und DIN 19304, Kunststofffolien wie nach DIN 53350 und beschichteten Textilien bestimmt.

Der 3-Punkt-Biegeversuch

Die Belastungsvorrichtung besteht aus zwei parallel angeordneten Auflagern für die Probe und einer Biegefinne, die mittig zwischen den Auflagern die Last auf die Probe aufbringt.

Sowohl die Auflager als auch die Biegefinne müssen je nach Prüfanforderung (Norm) fest, drehbar oder kippbar gelagert sein, damit die jeweilige Prüfung entsprechend den Anforderungen durchgeführt werden kann.

Die Prüfung wird hauptsächlich bei zähen und elastischen Materialien eingesetzt.

Um Reibungseinflüsse bei der Prüfung zu minimieren, können die Auflager drehbar um ihre Längsachse gelagert sein. Damit Biegefinne und Biegeauflager parallel zur Probe anliegen, können diese kippbar gelagert sein.

Der 4-Punkt-Biegeversuch

Wie beim 3-Punkt-Biegeversuch besteht auch die 4-Punkt-Biegevorrichtung aus zwei parallel angeordneten Auflagern, die je nach Prüfanforderung fest, drehbar oder kippbar gelagert sein müssen.

Der Unterschied zum 3-Punkt Biegeversuch liegt in der Art und Weise, wie die Kraft auf die Probe eingeleitet wird. Sie wird über 2 symmetrisch zu den Auflagern positionierten Biegefinnen aufgebracht. Dabei ist das Biegemoment zwischen den beiden Kraftangriffsstellen konstant.

Anwendung findet dieser Versuch überwiegend in der Bestimmung des Biege-Elastizitätsmoduls an spröden Werkstoffen.

Dynstat Biegewerkzeug für 4-Punkt- Biegebeanspruchung gemäß DIN 53435 – DB – G

Wenn aus fertigen Spritzgussteilen aus Platzgründen nur relativ kleine Probekörper entnommen werden können, dann bieten die zwei Dynstat-Prüfverfahren eine interessante Möglichkeit
zur vergleichenden Charakterisierung von statischen und dynamischen Werkstoffeigenschaften in der Qualitätsüberwachung und in der Produktenwicklung.

Anwendungsbereich

Mit dem Dynstat-Biegewerkzeug können Eigenschaften von Kunststoffproben unter 4-Punkt-Biegebeanspruchung gemäß DIN 53435 – DB – G ermittelt werden. Es dient der Charakterisierung von Werkstoffeigenschaften in Bauteilen aus Kunststoff.

Funktionsbeschreibung

Der Dynstat-Biegeversuch ist als Vierpunkt-Biegeversuch ausgelegt. Mit diesem Prüfwerkzeug kann die Prüfung jetzt auch auf einer Prüfmaschine durchgeführt werden. Die Auflagerabstände betragen zu Beginn der Prüfung 12 mm und 2 mm. Damit kann ein Probekörper von nur 15 mm Länge mit diesem Verfahren geprüft werden. Die Biegeverformung wird durch eine rotative Bewegung des Prüfwerkzeugs erzeugt. Das Prüfergebnis ist die maximale im Versuch gemessene Biegespannung, die aus dem gemessenen Biegemoment und dem Widerstandsmoment des Probekörpers errechnet wird. Sofern der Probekörper bis zum Erreichen eines durch die Norm festgelegten Dynstat- Biegewinkels nicht gebrochen ist, wird die Biegespannung am Dynstat-Biegewinkel gemessen.

Weitere Elemente zur Biegevorrichtung

Weitere Elemente zur Biegevorrichtung

Biegestempel
Biegefinnenhalter
Biegetische
Kipp- und Verlängerungselemente
Weitere Elemente für Biegevorrichtungen

Biegestempel

Die Biegefinnen der Stempel haben einen festen Radius r. Sie werden für die 3-Punkt-Biegeprüfung eingesetzt und oben angeschlossen. Alle Biegestempel werden über die Zwischenstücke 16H7(nicht enthalten) am Anschlussbolzen angeschlossen. Außerdem sind alle Biegestempel oberflächengehärtet (Härte = 700 HV) und DNC-behandelt (DNC 520/5 μm), das heißt die Oberfläche ist zu 5 μm vernickelt. Zum Einbau der Biegestempel siehe Grafik "Anschluss-Systematik oben".

Biegefinnenhalter

Biegefinnenhalter dienen zur Aufnahme der später im Kapitel aufgelisteten Biegefinnen. Sie werden für die 3-Punkt-Biegeprüfung eingesetzt und oben eingebaut. Alle Biegefinnenhalter haben den Anschlussdurchmesser 16H7 mm. Zum Einbau der Biegestempel siehe Grafik "Anschluss-Systematik oben".

Biegetische

Die 3 unterschiedlichen Biegetisch-Varianten Typ A, B und C können nach ihrer maximalen Belastbarkeit in 3 Kraftstufen unterteilt werden:

  • Die "leichten" Biegetische vom Typ A können für Kräfte bis maximal 20 kN eingesetzt werden.
  • Die Biegetische vom Typ B können für mittlere Kräfte verwendet werden. Die maximalen Kräfte, mit denen die Biegetische der "mittleren" Reihe belastet werden können, betragen je nach Größe des Biegetisches und Einbausituation 10 kN bis 250 kN.
  • Die "schwere" Reihe beinhaltet die Biegetische vom Typ C. Diese Biegetische können mit der höchsten Kraft belastet werden. Bis zu einer Tischlänge von ca. 600 mm können alle Tische mit maximal 250 kN belastet werden. Nur die noch längeren Tische sind in ihrer Belastbarkeit eingeschränkt.

Alle drei Biegetisch-Typen sind für die 3-Punkt-Biegeprüfung (Einbau unten) und die 4-Punkt-Biegeprüfung (Einbau oben und unten) einsetzbar.

Der Auflagerabstand der Biegetische wird mittels Schrauben oder Klemmhebeln von Hand eingestellt. Die linke und rechte Seite müssen getrennt voneinander eingestellt werden (mit Ausnahme des Biegetisches Typ B, Artikelnummer 317121). Der Anschluss (unten) der Biegetische kann wahlweise über ein Anschlussstück, einen Flansch oder direkt auf der Traverse erfolgen (Biegetisch A und B nur auf der Traverse von Tischprüfmaschinen). Zum Einbau der Biegetische siehe Grafiken "Anschluss-Systematik oben" und Anschluss-Systematik unten". Die T-Nutensteine der Biegetische Typ A, B und C sind untereinander nicht kompatibel.

Bei maximalem Auflagerabstand (Biegeböcke gedreht) ist die Durchbiegung der Proben eingeschränkt!

Kipp- und Verlängerungselemente

Optional einsetzbar sind Kipp- und Verlängerungselemente für Biegetische Typ B und C und damit für die 3-Punkt-Biegevorrichtung (Einbau unten) und 4-Punkt-Biegeprüfung (Einbau oben und unten). Sie werden zwischen Biegebock und Auflager montiert. Die Kipp-/Verlängerungselemente sind wahlweise mit einem Verlängerungs- oder Kippelement am Biegetisch einzusetzen. Aus Stabilitätsgründen sollte jedoch maximal 1 Kipp- oder Verlängerungselement pro Seite eingebaut werden.

Weitere Elemente für Biegevorrichtungen

  • Kipp- und Verlängerungselemente (Option)
  • Biegefinnen/Auflager drehbar
  • Biegefinnen/Auflager starr
  • Auflageplatten
  • Auflager starr
  • Schutzelement (Option)
  • Probenanschlag (Option)

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Interessante Anwendungen zur Biegeprüfung

Biegeversuche

Anhand von Biegeversuchen an Composites (3-Punkt und 4-Punkt-Biegeversuch) kann eine einfache Charakterisierung wichtiger mechanischer Eigenschaften erzielt werden.
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2-Punkt Biegeversuch

ISO 2493-1, DIN 53121, ISO 5628, DIN 55437-3, DIN 19304
Ermittelt die Biegefestigkeit von Papier und Pappe nach ISO 2493-1, DIN 53121, ISO 5628 und DIN 19304 sowie die technische Qualität von Rillungen nach DIN 55437-3
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3-Punkt Biegeversuch

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. Typische Prüfergebnisse sind der Biegemodul, die Spannung bei 3,5 % Dehnung, Spannungen und Dehnungen am Streckpunkt und bei Probenbruch.
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3-Punkt-Biegeversuch

3-Punkt-Biegeversuch wird in Anwendungsgebieten: Vollpappe, Papierbasis-Verbunde oder Aufwickelhülsen über Werknormen durchgeführt.
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4-Punkt-Biegeversuch

DIN 53121, ISO 5628
Biegesteifigkeit an Wellpappen nach DIN 53121 oder ISO 5628
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Biegeprüfung Führungsdrähte/Katheter/Schläuche

ZwickRoell bietet das passende Prüfsystem zur Biegeprüfung an Führungsdrähten, Kathetern und Schläuchen.
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Biegeprüfung Keramik

EN 843-1 und ISO 6872
Die Vorrichtung ist für die Biegeprüfungen an Keramik gemäß EN 843-1, Probenform A und B sowie ISO 6872 ausgelegt.
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Downloads

Name Typ Größe Download
  • Produktinformation: 2-Punkt-Biegevorrichtunge PDF 518 KB
  • Produktinformation: 3-Punkt-Biegevorrichtunge PDF 246 KB
  • Produktinformation: 3- und 4- Punkt-Biegevorrichtung PDF 271 KB
  • Produktinformation: Dynstat Biegewerkzeug für 4-Punkt- Biegebeanspruchung gemäßDIN 53435 – DB – G PDF 6 MB
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