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	<title>Ermüdungsrissausbreitung Elastomere - Versionsgeschichte</title>
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	<subtitle>Versionsgeschichte dieser Seite in Lexikon der Kunststoffprüfung</subtitle>
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		<title>Oluschinski am 8. Januar 2026 um 10:22 Uhr</title>
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		<author><name>Oluschinski</name></author>
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		<title>Loeffler-Kamann: /* Siehe auch */</title>
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		<author><name>Loeffler-Kamann</name></author>
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		<title>Loeffler-Kamann am 8. Oktober 2024 um 09:11 Uhr</title>
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		<author><name>Loeffler-Kamann</name></author>
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		<author><name>Loeffler-Kamann</name></author>
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		<title>Oluschinski am 23. März 2023 um 10:48 Uhr</title>
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		<updated>2023-03-23T10:48:11Z</updated>

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		<title>Oluschinski am 12. August 2019 um 09:24 Uhr</title>
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		<author><name>Oluschinski</name></author>
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		<title>Oluschinski: Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} &lt;span style=&quot;font-size:1.2em;font-weight:bold;&quot;&gt;Ermüdungsrissausbreitung Elastomere&lt;/span&gt; __FORCETOC__ ==Mess- und Prüftechnische Voraussetzung…“</title>
		<link rel="alternate" type="text/html" href="https://wiki.polymerservice-merseburg.de/index.php?title=Erm%C3%BCdungsrissausbreitung_Elastomere&amp;diff=6125&amp;oldid=prev"/>
		<updated>2017-08-14T09:24:54Z</updated>

		<summary type="html">&lt;p&gt;Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} &amp;lt;span style=&amp;quot;font-size:1.2em;font-weight:bold;&amp;quot;&amp;gt;Ermüdungsrissausbreitung Elastomere&amp;lt;/span&amp;gt; __FORCETOC__ ==Mess- und Prüftechnische Voraussetzung…“&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;&lt;b&gt;Neue Seite&lt;/b&gt;&lt;/p&gt;&lt;div&gt;{{PSM_Infobox}}&lt;br /&gt;
&amp;lt;span style=&amp;quot;font-size:1.2em;font-weight:bold;&amp;quot;&amp;gt;Ermüdungsrissausbreitung Elastomere&amp;lt;/span&amp;gt;&lt;br /&gt;
__FORCETOC__&lt;br /&gt;
==Mess- und Prüftechnische Voraussetzungen==&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die Entwicklung und der Einsatz zyklischer (dynamischer) Untersuchungsmethoden von [[Elastomere]]n ist eng mit der Entwicklung des „Tear and Fatigue Analyser (TFA) durch die Fa. Bayer in Zusammenarbeit mit der Fa. Coesfeld im Jahr 1992 verbunden [1, 2].&amp;lt;br&amp;gt;&lt;br /&gt;
Die Durchführung [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischer Untersuchungen]] unter zyklischer Belastung setzt das Vorhandensein der entsprechenden Prüftechnik und auch spezieller Erfahrungen voraus, da die experimentellen Parameter [[Prüfkörper]]form und -größe, Vorspannung, Mittelspannung sowie Beanspruchungsfrequenz und -amplitude in weiten Bereichen  variiert werden kann. Der Einfluss der Prüfparameter auf die ermittelten Risswachstumskurven wurde z. B. in den Arbeiten [3‒8] dargestellt. &lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Mit dem Einsatz eines servohydraulischen TFA-Messsystems ist es möglich, praxisnahe [[Beanspruchung]]en aufzubringen, z. B. kann die Reifenbeanspruchung, die durch Pulse gekennzeichnet ist, gut simuliert werden. Aus diesem Grund setzt sich die zyklische Prüfung mit TFA-Gerätesystemen immer weiter durch, was auch aus der zunehmenden Anzahl an TFA-Geräten im deutschsprachigen Raum abgeleitet werden kann. Der TFA erlaubt die gleichzeitige Prüfung von bis zu 10 Einzelprüfkörpern, wobei für jeden Prüfkörper separat jeder Be- und Entlastungszyklus aufgezeichnet wird und über den gesamten Zeitraum der Prüfung eine automatische Risslängenerfassung über die Ermittlung der Risskonturlänge mittels einer CCD-Kamera (&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bild 1&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;) [9] realisiert wird.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Datei:Ermuedungsrissausbreitung_Elastomere-1.JPG|300px]]&lt;br /&gt;
{| &lt;br /&gt;
|- valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|width=&amp;quot;50px&amp;quot;|&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bild 1&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;: &lt;br /&gt;
|width=&amp;quot;600px&amp;quot;|TFA-System der Fa. Coesfeld&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==Prüfregime==&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die Prüfkörper können periodisch zwischen einer maximalen und einer minimalen Spannung (spannungsgeregelt) oder Dehnung (dehnungsgeregelt) belastet werden (siehe [[Zugversuch Regelung]]). Während des Experimentes werden verschiedene Daten wie Temperatur, Ozonkonzentration, Zeit, Zyklenzahl und Regelstrecken registriert, wobei die Speicherintervalle frei wählbar sind. Für jeden einzelnen Messplatz werden die Kraft F, die elastische und dissipierte Energiedichte W&amp;lt;sub&amp;gt;0&amp;lt;/sub&amp;gt; und W&amp;lt;sub&amp;gt;diss&amp;lt;/sub&amp;gt;, die Verformung l, die Risskonturlänge a&amp;lt;sub&amp;gt;eff&amp;lt;/sub&amp;gt; und die Regelstrecke der Verstelleinheit separat erfasst. Somit besteht mit einer TFA-Untersuchung eine relativ ökonomische Möglichkeit, Messdaten zur Erzeugung von Risswachstumskurven zu generieren. Zusätzlich kann die Temperatur in der Prüfkammer zwischen –50 °C und 150 °C und optional auch das [[Normklimate|Klima in der Prüfkammer]] variiert werden. Es ist beispielsweise eine Prüfung unter Ozoneinfluss möglich, was insbesondere für [[Elastomere]] mit ungesättigten Doppelbindungen in der Kette wie z. B. NR, NBR oder SBR von höchster praktischer Relevanz ist. Ursprünglich wurde der TFA für die Untersuchung von [[SENT-Prüfkörper]]n ausgelegt, in der jüngeren Vergangenheit haben aber Arbeiten [5, 8] gezeigt, dass der Einsatz von [[Pure Shear-Prüfkörper]]n zu bevorzugen ist.&amp;lt;br&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==Risswachstumskurve der Bruchmechanik==&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Eine schematische Darstellung einer aus einem zyklischen Bruchmechanikversuch resultierenden Risswachstumskurve ist in &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bild 2&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; gezeigt. Eine Risswachstumskurve zeigt die doppeltlogarithmische Darstellung der Abhängigkeit der Risswachstumsgeschwindigkeit von einer bruchmechanischen [[Zähigkeit]]skenngröße wie K, J oder im Fall der Elastomerprüfung T. Die Risswachstumsgeschwindigkeit entspricht der Änderung der Risslänge &amp;amp;Delta;a in Abhängigkeit von der Zykluszahl N und wird meist in differentieller Form da/dN angegeben. Wie aus &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bild 2&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; hervorgeht, können aus einer solchen Risswachstumskurve zwei bruchmechanische [[Kennwert]]e abgeleitet werden: ein Schwellwert und ein kritischer Wert der jeweiligen bruchmechanischen [[Kenngröße]]. Im Bereich 1 besteht ähnlich wie im Bereich 3 ein großer Einfluss der Mikrostruktur, der Mittelspannung und von möglichen Umgebungsmedien. Letzteres bedeutet für [[Elastomere]], dass unterhalb der Schwellreißenergie T&amp;lt;sub&amp;gt;0&amp;lt;/sub&amp;gt; die [[Rissausbreitung]] nur in Anwesenheit von Ozon stattfindet [10].&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Datei:Ermuedungsrissausbreitung_Elastomere-2.JPG|400px]]&lt;br /&gt;
{| &lt;br /&gt;
|- valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|width=&amp;quot;50px&amp;quot;|&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bild 2&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;: &lt;br /&gt;
|width=&amp;quot;600px&amp;quot;|Risswachstumskurve in Anlehnung an [10, 11]&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Der Bereich 2 ist bei doppeltlogarithmischer Auftragung durch einen nahezu linearen Zusammenhang zwischen der bruchmechanischen Kenngröße und der Risswachstumsgeschwindigkeit gekennzeichnet, welcher mit der Paris-Erdogan-Beziehung nach Gl. (1) beschrieben werden kann [11, 12]:&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{|&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|width=&amp;quot;20px&amp;quot;|&lt;br /&gt;
|width=&amp;quot;500px&amp;quot;|&amp;lt;math&amp;gt;\frac{d\,a}{d\,N}=C \cdot (\Delta K, \Delta J,\Delta T)^{m}&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|(1)&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
mit:&amp;lt;br&amp;gt; &lt;br /&gt;
C, m – werkstoffspezifische Konstanten&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Bei einem Anstieg der Belastungsgröße über einen kritischen Wert geht der Bereich 2 in den Bereich 3 über, wobei ein starker Anstieg der Rissausbreitungsgeschwindigkeit da/dN zu verzeichnen ist, d. h., hier findet ein Übergang von stabiler Rissausbreitung in die beschleunigte stabile oder in die instabile [[Rissausbreitung]] statt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==Risswachstumsverhalten der Elastomere==&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
In zahlreichen Untersuchungen [12‒15] wurde nachgewiesen, dass eine große Anzahl der untersuchten [[Elastomere|Elastomerwerkstoffe]] den in  &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bild 2&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; dargestellten theoretischen Kurvenverlauf der Risswachstumskurve zeigen. Der Aufbau der [[Elastomere]] und demnach auch deren Struktur haben neben vielen physikalischen Eigenschaften auch einen Einfluss auf das Risswachstumsverhalten. Es finden sich in der Literatur zahlreiche Studien, die sich mit der Bewertung des Ermüdungsrissverhaltens in Bezug auf die Werkstoffzusammensetzung beschäftigen. Papadopoulos et al. [16] untersuchten beispielsweise für SBR- und NR-Vulkanisate den Einfluss des Rußgehaltes auf das dynamische Risswachstumsverhalten unter Verwendung von [[Pure Shear-Prüfkörper]]n. Der Vergleich der Risswachstumskurven zeigte dabei, dass für die NR-Vulkanisate unter den gewählten experimentellen Bedingungen eine wesentlich kleinere Rissausbreitungsgeschwindigkeit bei vergleichbarer Reißenergie T gegeben war als für die SBR-Vulkanisate. Die Füllstoffzugabe resultierte ebenfalls in einer Verringerung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit.&amp;lt;br&amp;gt;&lt;br /&gt;
Rußverstärkte NR- und HNBR-Vulkanisate wurden auch von Kim et al. [17] untersucht. Sie verwendeten ebenfalls [[Pure Shear-Prüfkörper]] für die zyklischen Bruchmechanikversuche an rußverstärkten NR- und HNBR-Werkstoffen. Die Prüfkörper wurden mit unterschiedlichen Amplituden zwischen 25 und 200 % mit einer Frequenz von 1 Hz beansprucht. Die Zyklenzahl war mit 10.000 festgelegt und die Bestimmung der Rissgröße erfolgte nach dem Versuch. Aus diesen Daten wurde die Risswachstumsgeschwindigkeit ermittelt. Als Füllstoffe kamen Ruße mit unterschiedlichen Aktivitäten zur Anwendung. Die Ergebnisse der [[bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischen Untersuchungen]] der NR-Vulkanisate zeigten dabei, dass die Mischungszusammensetzung insbesondere hinsichtlich des Füllstoffanteils einen wesentlichen Einfluss auf Risswachstumsgeschwindigkeit bei vergleichbarer Größe der [[Energiefreisetzungsrate]] hat. Der Füllstofftyp hat sich unter den gewählten Untersuchungsbedingungen nicht sehr stark auf die Risswachstumskurven der NR-Werkstoffe ausgewirkt.&amp;lt;br&amp;gt;&lt;br /&gt;
Ebenfalls zyklische Bruchmechanikversuche führten Yuanbo Liu et al. [18] durch. Das Ziel war die Bewertung des Einflusses des Füllstoffes bzw. Füllstoffsystems basierend auf Ruß und organisch modifiziertem Montmorillonit auf die mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften. Für die zyklischen Bruchmechanikversuche wurden metallklingengekerbte [[SENT-Prüfkörper]] verwendet und es wurden maximale Dehnungen von 30 % aufgebracht. Die [[Beanspruchung]] war sinusförmig und erfolgte mit einer Frequenz von 3 Hz. Im Ergebnis der Untersuchungen wurde gezeigt, je geringer der Anstieg m der Risswachstumskurve im Bereich 2 ist, desto größer ist vergleichsweise der Widerstand gegen Ermüdungsrissausbreitung. Mit den Untersuchungen haben die Autoren u. a. gezeigt, dass sich eine Füllstoffkombination aus Ruß und OMMT positiv auf den Anstieg m auswirken kann, d. h. der Ermüdungsrisswiderstand wird größer, obwohl es gleichzeitig zu einer Erhöhung der Risswachstumsgeschwindigkeit bei vergleichbarer Reißenergie kommt. Als Ursache werden zusätzliche energiedissipierende Prozesse durch das Vorhandensein der OMMT-Schichten diskutiert.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Literaturhinweise&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&lt;br /&gt;
{|&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[1]&lt;br /&gt;
|Reincke, K.: Elastomere Werkstoffe – Zusammenhang zwischen Mischungsrezeptur, Struktur und mechanischen Eigenschaften sowie dem Deformations- und Bruchverhalten, Habilitation, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Shaker Verlag (2016) (ISBN 978-3-8440-4637-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-2)&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[2]&lt;br /&gt;
|Eisele, U., Kelbch, S., Engels, H.‐W.: The Tear Analyzer – A New Tool for Quantitative Measurements of the Dynamic Crack Growth of Elastomers. Kautsch. Gummi Kunstst. 45 (1992) 1064–1069&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[3]&lt;br /&gt;
|Krause, K.‐H., Mennig, G.: Ermüdungsprüfung an Gummi. Tagungsband TECHNOMER 99, Chemnitz (1999) (ISBN 3-00-004710-7)&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[4]&lt;br /&gt;
|Stoček, R., Gehde, M., Heinrich, G.: Analyse des dynamischen Risswachstums von Elastomeren−Simultaner Zug‐(Tensile‐) und Pure‐Shear‐Prüfmodus bei optimierter Risserfassung. Kautsch. Gummi Kunstst. 62 (2009) 170–176&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[5]&lt;br /&gt;
|Stoček, R., Heinrich, G., Gehde, M.: The Influence of the Test Properties on Dynamic Crack Propagation in Filled Rubbers by Simultaneous Tensile‐ and Pure‐Shear‐Mode Testing. In: Heinrich, G., Kaliske, M., Lion, A., Reese, S., (Eds.): Constitutive Models for Rubber VI, CRC Press (2009) 345–352&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[6]&lt;br /&gt;
|Krause, K.‐H.: Gepulste Risswachstums‐Prüfungen an Gummiwerkstoffen. TECHNOMER 97, Chemnitz (1997) (ISBN 3-00-001942-1)&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[7]&lt;br /&gt;
|Ziegler, C., Baaser, H., Häusler, O.: Fatigue and Crack Growth Behavior of Rubber Products. In: Boukamel, A., Laiarinandrasana, L., Méo, S., Verron, E. (Eds.): Constitutive Models for Rubber V, Taylor &amp;amp; Francis Group London (2008) 197–202&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[8]&lt;br /&gt;
|Stoček, R.: Dynamische Rissausbreitung in Elastomerwerkstoffen. Dissertation, Technische Universität Chemnitz (2012)&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[9]&lt;br /&gt;
|[http://products.coesfeld.com/epages/44402782.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/44402782/Products/61-471-e... http://products.coesfeld.com/epages/44402782.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/44402782/Products/61-471-e...]; (Zugriff am 09.09.2016)&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[10]&lt;br /&gt;
|Clamroth, R., Eisele, U.: Untersuchungen zur Weiterreißfestigkeit und Beständigkeit gegen Rissbildung. Kautsch. Gummi Kunstst. 28 (1975) 433–440&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[11]&lt;br /&gt;
|[[Blumenauer, Horst|Blumenauer, H.]]: Werkstoffprüfung. 6. Auflage, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig (1994) (ISBN 3-342-00547-5; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 3) &lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[12]&lt;br /&gt;
|Eisele, U.: Introduction to Polymer Physics. Springer, Berlin Heidelberg (1990)&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[13]&lt;br /&gt;
|Stevenson, A.: Fatigue and Fracture of Rubber in Engineering Applications. Paper for Educational Symposium. 145th Technical Meeting of the Rubber Division, ACS, Chicago April 19–22, 1994&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[14]&lt;br /&gt;
|Aglan, H., Moet, A.: The Resistance of Rubber Compounds to Brittle Crack Propagation. Rubber Chem. Technol. 62 (1989) 98–106&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[15]&lt;br /&gt;
|Young, D. G., Danik, J. A.: Effects of Temperature on Fatigue and Fracture. Rubber Chem. Technol. 67 (1994) 137–147&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[16]&lt;br /&gt;
|Papadopoulos, I. C., Thomas, A. G., Busfield, J. J. C.: Rate Transitions in the Fatigue Crack Growth of Elastomers. J. Appl. Polym. Sci. 109 (2008) 1900–1910&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[17]&lt;br /&gt;
|Wonho Kim, Minyoung Kim, Young‐Wook Chang, Jung‐Eun Shin, Jong‐Woo Bae: Fatigue Crack Growth Behavior of NR and HNBR Based Vulcanizates with Potential Application to Track Pad for Heavy Weight Vehicles. Macromol. Res. 11 (2003) 73–79&lt;br /&gt;
|-valign=&amp;quot;top&amp;quot;&lt;br /&gt;
|[18]&lt;br /&gt;
|Yuanbo Liu, Li Li, Qi Wang, Xin Zhang: Fracture Properties of Natural Rubber Filled with Hybrid Carbon Black/Nanoclay. J. Polym. Res. 18 (2011) 859–867&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Kategorie:Elastomere]]&lt;br /&gt;
[[Kategorie:Ermüdung]]&lt;/div&gt;</summary>
		<author><name>Oluschinski</name></author>
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