Kerbempfindlichkeit - Versionsgeschichte

Oluschinski am 30. März 2026 um 10:36 Uhr

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	\|DIN EN ISO 13802 (~~2024~~-09): Kunststoffe – Verifizierung von Pendelschlagwerken – Charpy-, Izod- und Schlagzugversuch ~~(Entwurf)~~		\|DIN EN ISO 13802 (2026-03): Kunststoffe – Verifizierung von Pendelschlagwerken – Charpy-, Izod- und Schlagzugversuch
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Oluschinski am 12. Januar 2026 um 07:57 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Kerbempfindlichkeit</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Kerbempfindlichkeit</span>

Loeffler-Kamann: /* Siehe auch */

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Siehe auch

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	\|DIN EN ISO 179-1 (~~2023~~-10): Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften ~~– Teil~~ 1: ~~Nichtinstrumentierte~~ Schlagzähigkeitsprüfung		\|DIN EN ISO 179-1 (2025-06): Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften –Teil 1: Nicht instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung (Entwurf)
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Loeffler-Kamann: /* Siehe auch */

2025-03-17T11:27:22Z

Siehe auch

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Loeffler-Kamann am 23. Oktober 2024 um 08:19 Uhr

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	In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil (siehe auch [[Duktilität]]); PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept\|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [6].		In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil (siehe auch [[Duktilität]]); PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept\|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [6].

			==Siehe auch==
			*[[Kerb]]
			*[[Kerbeinbringung]]
			*[[Kerbgeometrie]]
			*[[Riss]]
			*[[Rissausbreitung]]

Loeffler-Kamann am 5. Juli 2024 um 11:39 Uhr

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	In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil; PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept\|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [6].		In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil (siehe auch [[Duktilität]]); PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept\|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [6].


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	\|DIN EN ISO 179-1 (~~2022~~-05): Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften – Teil 1: Nichtinstrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung ~~(Entwurf)~~		\|DIN EN ISO 179-1 (2023-10): Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften – Teil 1: Nichtinstrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung
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Oluschinski am 22. Juni 2023 um 06:01 Uhr

2023-06-22T06:01:10Z

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	==Definition der Kerbempfindlichkeit==		==Definition der Kerbempfindlichkeit==

	Die Kerbempfindlichkeit beschreibt die Empfindlichkeit eines Kunststoffes gegenüber äußeren [[Kerb]]en. Sie kann beispielsweise unter schlagartiger Beanspruchung mit Hilfe der Charpy-Versuchsanordnung ermittelt werden. Dazu werden Untersuchungen sowohl an gekerbten als auch an ungekerbten Prüfkörpern durchgeführt. Da die [[Prüfgeschwindigkeit]] ebenfalls einen Einfluss auf die [[Zähigkeit]]skennwerte hat, sollte diese bei beiden Verfahren konstant gehalten werden.		Die Kerbempfindlichkeit beschreibt die Empfindlichkeit eines Kunststoffes gegenüber äußeren [[Kerb]]en. Sie kann beispielsweise unter schlagartiger Beanspruchung mit Hilfe der Charpy-Versuchsanordnung ermittelt werden. Dazu werden Untersuchungen sowohl an gekerbten als auch an ungekerbten Prüfkörpern durchgeführt. Da die [[Prüfgeschwindigkeit]] ebenfalls einen Einfluss auf die [[Zähigkeit]]skennwerte hat, sollte diese bei beiden Verfahren konstant gehalten werden. Da die Aufschlaggeschwindigkeit abhängig von der potenziellen Nennenergie des Pendelhammers ist [1], sollte dieser so gewählt werden, dass der ungekerbte Prüfkörper normkonform [2] geprüft werden kann.

	Zur Ermittlung der [[Charpy\|CHARPY]]-Kerbschlagzähigkeit wird der gekerbte [[SENB-Prüfkörper\|Prüfkörper]] mittig so auf dem [[Auflagerabstand\|Widerlager]] positioniert, dass sich der [[Kerb]] auf der Zugseite befindet (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Der Schlag erfolgt demzufolge auf die dem Kerb gegenüber liegende Seite. Die CHARPY-Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> wird aus der korrigierten Schlagarbeit E<sub>c</sub>, bezogen auf den kleinsten Ausgangsquerschnitt des [[Prüfkörper]]s am Kerbgrund, ermittelt. Die Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> wir am ungekerbten Prüfkörper bestimmt:		Zur Ermittlung der [[Charpy\|CHARPY]]-Kerbschlagzähigkeit wird der gekerbte [[SENB-Prüfkörper\|Prüfkörper]] mittig so auf dem [[Auflagerabstand\|Widerlager]] positioniert, dass sich der [[Kerb]] auf der Zugseite befindet (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Der Schlag erfolgt demzufolge auf die dem Kerb gegenüber liegende Seite. Die CHARPY-Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> wird aus der korrigierten Schlagarbeit E<sub>c</sub>, bezogen auf den kleinsten Ausgangsquerschnitt des [[Prüfkörper]]s am Kerbgrund, ermittelt. Die Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> wir am ungekerbten Prüfkörper bestimmt:
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			Sollte es beim ungekerbten Prüfkörper nicht zu einem Bruch (mindestens Teilbruch) kommen, so lässt sich keine Schlagzähigkeit ermitteln, da für diese gemäß DIN EN ISO 179-1 [2] das Vorhandensein eines Bruchs eine notwendige Bedingung ist. Typischerweise ist dies bei Kunststoffen zu beobachten, die nicht über die notwendige [[Steifigkeit]] verfügen, sodass diese beim Schlag lediglich verbogen und durch die Widerlager gezogen werden. In diesem Fall könnte zum Beispiel über eine Modifikation der Versuchsparameter ([[Auflagerabstand]], Temperatur (siehe [[Zähigkeit Temperaturabhängigkeit]]) eine bruchfördernde Wirkung erzielt werden.

	Aus dem Quotienten von Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> und Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> lässt sich anschließend die Kerbempfindlichkeit berechnen:		Aus dem Quotienten von Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> und Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> lässt sich anschließend die Kerbempfindlichkeit berechnen:
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	Die Kerbempfindlichkeit gibt zudem eine Information über die Wirksamkeit von Füllstoffen.		Die Kerbempfindlichkeit gibt zudem eine Information über die Wirksamkeit von Füllstoffen.

			==Einfluss des Kerbradius auf die Kerbschlagzähigkeit==

			Die [[Kerbschlagbiegeversuch\|Kerbschlagzähigkeit]] wird in entscheidendem Maße durch den gewählten Kerbradius (siehe: [[Kerbgeometrie]]) und das Verfahren der [[Kerbeinbringung]] (Sägen, Fräsen, Hobeln) beeinflusst. Neben den Bearbeitungsverfahren selbst haben auch die jeweiligen Maschinenparameter, wie Vorschub- oder Schnittgeschwindigkeit, einen Einfluss auf die ermittelten Kerbschlagzähigkeiten. Das Ausmaß der Unterschiede ist werkstoffabhängig, wobei generell mit zunehmendem Kerbradius die Kerbschlagzähigkeit zunimmt. In dem durch die ISO-Prüfnorm [2] vorgegebenen Kerbradiusbereich von 0,1 mm bis 1 mm sind die Unterschiede in den ermittelten Kerbschlagzähigkeiten am deutlichsten ausgeprägt.

	==Einfluss des Kerbradius auf die Kerbschlagzähigkeit==		Im '''Bild 1 a''' wird gezeigt, dass Polyvinylchlorid ([[Kurzzeichen]]: PVC), Polyamid ([[Kurzzeichen]]: PA; Handelsname: Nylon) und Polyoxymethylen ([[Kurzzeichen]]: POM) ein qualitativ ähnliches Verhalten in Abhängigkeit vom Kerbradius zeigen, wobei für PVC der Einfluss des Kerbradius am deutlichsten ausgeprägt ist. Acrylnitril-Butadien-Styrol ([[Kurzzeichen]]: ABS) und Polymethylmethacrylat ([[Kurzzeichen]]: PMMA) zeigen eine geringere Abhängigkeit auf unterschiedlichem [[Zähigkeit]]sniveau. Das ABS erweist sich in dem betrachteten Kerbradienbereich als am kerbunempfindlichsten.

			Entsprechend kritisch muss der große Toleranzbereich betrachtet werden, den die DIN EN ISO 179-1 für die definierten Kerbradien zulässt. Für die Standardkerbart A wird ein Nennradius im Kerbgrund von 0,25 mm mit einer Toleranz von ± 0,05 mm angegeben. In der Norm selbst wird jedoch gezeigt, dass die Kerbschlagzähigkeit eines Polycarbonats ([[Kurzzeichen]]: PC) bei normkonformen 0,20 mm Kerbradius auf 10 kJ/m² abfallen kann, während sie bei 0,25 mm bei ca. 65 kJ/m² liegt.

			In '''Bild 1 b''' wurde durch das Einbringen von Metallklingenkerben der untersuchte Kerbradienbereich in Richtung kleinerer Kerbradien ρ bis zu ρ = 2,5 µm ausgedehnt. Für PA 66, PA 66 schlagzäh und Polycarbonat (Kurzzeichen: PC) liegt bei Kerbradien < 0,1 mm bereits sprödes Werkstoffverhalten, gekennzeichnet durch geringe, vom Kerbradius unabhängige IZOD-Kerbschlagzähigkeitswerte a<sub>IN</sub> vor. Demgegenüber wird für hochschlagzähes PA 66 nur ein geringer Einfluss der Kerbschärfe im Bereich von 2,5 µm bis 0,25 mm auf die IZOD-Kerbschlagzähigkeit (siehe [[Schlagbiegeversuch]]) gefunden.

	Die [[Kerbschlagbiegeversuch\|Kerbschlagzähigkeit]] wird in entscheidendem Maße durch den gewählten Kerbradius (siehe: [[Kerbgeometrie]]) und das Verfahren der [[Kerbeinbringung]] (Sägen, Fräsen, Hobeln) beeinflusst. Neben den Bearbeitungsverfahren selbst haben auch die jeweiligen Maschinenparameter, wie Vorschub- oder Schnittgeschwindigkeit, einen Einfluss auf die ermittelten Kerbschlagzähigkeiten. Das Ausmaß der Unterschiede ist werkstoffabhängig, wobei generell mit zunehmendem Kerbradius die Kerbschlagzähigkeit zunimmt. In dem durch die ISO-Prüfnorm vorgegebenen Kerbradiusbereich von 0,1 mm bis 1 mm sind die Unterschiede in den ermittelten Kerbschlagzähigkeiten am deutlichsten ausgeprägt. Im '''Bild 1 a''' wird gezeigt, dass Polyvinylchlorid ([[Kurzzeichen]]: PVC), Polyamid ([[Kurzzeichen]]: PA; Handelsname: Nylon) und Polyoxymethylen ([[Kurzzeichen]]: POM) ein qualitativ ähnliches Verhalten in Abhängigkeit vom Kerbradius zeigen, wobei für PVC der Einfluss des Kerbradius am deutlichsten ausgeprägt ist. Acrylnitril-Butadien-Styrol ([[Kurzzeichen]]: ABS) und Polymethylmethacrylat ([[Kurzzeichen]]: PMMA) zeigen eine geringere Abhängigkeit auf unterschiedlichem [[Zähigkeit]]sniveau. Das ABS erweist sich in dem betrachteten Kerbradienbereich als am kerbunempfindlichsten. In '''Bild 1 b''' wurde durch das Einbringen von Metallklingenkerben der untersuchte Kerbradienbereich in Richtung kleinerer Kerbradien ρ bis zu ρ = 2,5 µm ausgedehnt. Für PA 66, PA 66 schlagzäh und Polycarbonat ([[Kurzzeichen]]: PC) liegt bei Kerbradien < 0,1 mm bereits sprödes Werkstoffverhalten, gekennzeichnet durch geringe, vom Kerbradius unabhängige IZOD-Kerbschlagzähigkeitswerte a<sub>IN</sub> vor. Demgegenüber wird für hochschlagzähes PA 66 nur ein geringer Einfluss der Kerbschärfe im Bereich von 2,5 µm bis 0,25 mm auf die IZOD-Kerbschlagzähigkeit (siehe [[Schlagbiegeversuch]] gefunden. Auf Grund der unterschiedlichen [[Beanspruchung]]en sind CHARPY- und IZOD-Kerbschlagzähigkeit quantitativ nicht vergleichbar.		Achtung: Auf Grund der unterschiedlichen [[Beanspruchung]]en sind CHARPY- und IZOD-Kerbschlagzähigkeit quantitativ nicht vergleichbar. Dementsprechend existiert auch keine allgemeingültige Formel zur Umrechnung der Kennwerte.

	[[Datei:kerbempf_bild1.jpg\|600px]]		[[Datei:kerbempf_bild1.jpg\|600px]]
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	\|width="50px"\|'''Bild 1''':		\|width="50px"\|'''Bild 1''':
	\|width="600px" \|Abhängigkeit der CHARPY-Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> vom Kerbradius ρ für ausgewählte Kunststoffe (a) und der IZOD-Kerbschlagzähigkeit a<sub>IN</sub> von ρ für PA-Werkstoffe (hochschlagzähes PA 66, schlagzähes PA 66, PA 66) und PC (b) [1, 2]		\|width="600px" \|Abhängigkeit der CHARPY-Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> vom Kerbradius ρ für ausgewählte Kunststoffe (a) und der IZOD-Kerbschlagzähigkeit a<sub>IN</sub> von ρ für PA-Werkstoffe (hochschlagzähes PA 66, schlagzähes PA 66, PA 66) und PC (b) [3, 4]
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	==Einfluss des Kerbradius auf die J-Werte von PE, PP und PB==		==Einfluss des Kerbradius auf die J-Werte von PE, PP und PB==

	Von Wilke [3] wurden zur Bewertung des Einflusses der Kerbschärfe auf das Zähigkeitsverhalten [[Bruchmechanische Prüfung\|bruchmechanische Untersuchungen]] an den ausgewählten Polyolefinwerkstoffen Polybuten ([[Kurzzeichen]]: PB), Polyethylen ([[Kurzzeichen]]: PE) und Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP) durchgeführt. Alle [[Prüfkörper]] lagen als spritzgegossene [[Vielzweckprüfkörper]] vor, aus denen prismatische Prüfkörper der Abmessungen 80 mm ×10 mm ×4 mm entsprechend DIN EN ISO 3167 Typ A herauspräpariert wurden.		Von Wilke [5] wurden zur Bewertung des Einflusses der Kerbschärfe auf das Zähigkeitsverhalten [[Bruchmechanische Prüfung\|bruchmechanische Untersuchungen]] an den ausgewählten Polyolefinwerkstoffen Polybuten ([[Kurzzeichen]]: PB), Polyethylen ([[Kurzzeichen]]: PE) und Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP) durchgeführt. Alle [[Prüfkörper]] lagen als spritzgegossene [[Vielzweckprüfkörper]] vor, aus denen prismatische Prüfkörper der Abmessungen 80 mm ×10 mm ×4 mm entsprechend DIN EN ISO 3167 Typ A herauspräpariert wurden.

	Danach erfolgte schmalseitig die Einbringung eines ~~Fräskerbs~~ mit dem Kerbgerät NOTCHVIS der Firma Ceast. Für die Versuche wurden folgende Kerbradien ausgewählt: 0,05 mm, 0,1 mm, 0,25 mm und 1 mm. Weiterhin wurde ein Prüfkörpersatz je Werkstoff mit einem scharfen Metallklingenkerb versehen. Die Kerbtiefe betrug dabei unabhängig vom Kerbradius 2 mm, sodass sich die Prüfkörperbreite im Kerbgrund (Ligamentlänge) von 10 mm auf 8 mm reduzierte. Um die Belastung vor der Klingenspitze so gering wie möglich zu halten und eine Vorschädigung des Materials weitgehend auszuschließen, wurde vor der Einbringung eines 1 mm langen Metallklingenkerbs zuerst ein 1 mm langer ~~Fräskerb~~ mit einem Kerbradius von 0,1 mm eingebracht, sodass auch hier die gesamte Kerbtiefe 2 mm betrug. Für die reinen Polyolefine wurde hierfür eine Metallklinge mit einem Klingenradius von 0,15 µm gewählt (siehe auch [[Kerbgeometrie]]).		Danach erfolgte schmalseitig die Einbringung eines Kerbs mit dem Kerbgerät NOTCHVIS der Firma Ceast. Für die Versuche wurden folgende Kerbradien ausgewählt: 0,05 mm, 0,1 mm, 0,25 mm und 1 mm. Weiterhin wurde ein Prüfkörpersatz je Werkstoff mit einem scharfen Metallklingenkerb versehen. Die Kerbtiefe betrug dabei unabhängig vom Kerbradius 2 mm, sodass sich die Prüfkörperbreite im Kerbgrund (Ligamentlänge) von 10 mm auf 8 mm reduzierte. Um die Belastung vor der Klingenspitze so gering wie möglich zu halten und eine Vorschädigung des Materials weitgehend auszuschließen, wurde vor der Einbringung eines 1 mm langen Metallklingenkerbs zuerst ein 1 mm langer Kerb mit einem Kerbradius von 0,1 mm eingebracht, sodass auch hier die gesamte Kerbtiefe 2 mm betrug. Für die reinen Polyolefine wurde hierfür eine Metallklinge mit einem Klingenradius von 0,15 µm gewählt (siehe auch [[Kerbgeometrie]]).

	Die Auswertung von den im [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch\|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] aufgenommenen Kraft-Durchbiegungs-Diagrammen, z. B. die Ermittlung der maximalen Kraft F<sub>max</sub> sowie der Energieanteile A<sub>el</sub> und A<sub>pl</sub>, erfolgte nach [[MPK-Norm\|MPK-IKBV Prozedur]] Teil I. Die Abhängigkeit der mittels [[Auswertemethode nach Sumpter und Turner\|Näherungsformel nach Sumpter und Turner (ST)]] berechneten J-Werte J<sup>ST</sup> vom Kerbradius ist für drei Polyolefinwerkstoffe im '''Bild 2''' dargestellt.		Die Auswertung von den im [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch\|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] aufgenommenen Kraft-Durchbiegungs-Diagrammen, z. B. die Ermittlung der maximalen Kraft F<sub>max</sub> sowie der Energieanteile A<sub>el</sub> und A<sub>pl</sub>, erfolgte nach [[MPK-Norm\|MPK-IKBV Prozedur]] Teil I. Die Abhängigkeit der mittels [[Auswertemethode nach Sumpter und Turner\|Näherungsformel nach Sumpter und Turner (ST)]] berechneten J-Werte J<sup>ST</sup> vom Kerbradius ist für drei Polyolefinwerkstoffe im '''Bild 2''' dargestellt.
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	In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil; PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept\|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [4].		In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil; PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept\|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [6].


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			\|DIN EN ISO 13802 (2016-07): Kunststoffe – Verifizierung von Pendelschlagwerken – Charpy-, Izod- und Schlagzugversuch
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			\|[2]
			\|DIN EN ISO 179-1 (2022-05): Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften – Teil 1: Nichtinstrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung (Entwurf)
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			\|[3]
	\|Flexman, E. A.: Verhalten von Polyamid 66 bei Schlagbeanspruchung. Kunststoffe 69 (1979) 172–174		\|Flexman, E. A.: Verhalten von Polyamid 66 bei Schlagbeanspruchung. Kunststoffe 69 (1979) 172–174
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	\|[2]		\|[4]
	\|Vincent, P. I.: Impact Tests and Service Performance of Thermoplastics. Plastics Institute, London (1971)		\|Vincent, P. I.: Impact Tests and Service Performance of Thermoplastics. Plastics Institute, London (1971)
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	\|[3]		\|[5]
	\|Wilke, A.: Einfluss der Kerbschärfe auf das Zähigkeitsverhalten ausgewählter Kunststoffe und Ableitung materialspezifischer Kennwerte. Diplomarbeit Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (2009) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 3-146)		\|Wilke, A.: Einfluss der Kerbschärfe auf das Zähigkeitsverhalten ausgewählter Kunststoffe und Ableitung materialspezifischer Kennwerte. Diplomarbeit Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (2009) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 3-146)
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	\|[4]		\|[6]
	\|Kinloch, A. J., Young, R. J.: Fracture Behaviour of Polymers. Elsevier Appl. Sci. Publ., London New York (1985)		\|Kinloch, A. J., Young, R. J.: Fracture Behaviour of Polymers. Elsevier Appl. Sci. Publ., London New York (1985)
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Oluschinski am 13. August 2019 um 05:18 Uhr

2019-08-13T05:18:06Z

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	==Allgemeines==		==Allgemeines==

	Die Schlagzähigkeit, ermittelt an ungekerbten, und die Kerbschlagzähigkeit (siehe: [[Kerbschlagbiegeversuch]]), ermittelt an gekerbten [[Prüfkörper]]n eines [[Kunststoffe]]s, sind für die Bewertung der [[Zähigkeit]] von [[Bauteilversagen\|Bauteilen]] von besonderer technischer Relevanz (siehe: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]). Das Anforderungsprofil für ein Bauteil, wie z. B. das mechanische [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|Beanspruchungsniveau]], die geometrische Gestaltung, Maßgenauigkeit sowie thermische und mediale Belastungen lassen sich im Regelfall ziemlich genau festlegen. Dem gegenüber ist das Eigenschaftsprofil des [[Kunststoffe]]s in einem konkreten [[Bauteilversagen\|Bauteil]] von einer Vielzahl von Einzelfaktoren abhängig. Eine wichtige Eigenschaft ist die Kerbempfindlichkeit des Kunststoffes, die im Falle des Auftretens von konstruktiv bedingten [[Kerb]]en (scharfkantige Querschnittsübergänge, Rippen, Kanten, Aussparungen usw.) das [[Deformation]]s- und [[Bruch]]verhalten entscheidend beeinflusst.		Die Schlagzähigkeit (siehe: [[Schlagbiegeversuch]]), ermittelt an ungekerbten, und die Kerbschlagzähigkeit (siehe: [[Kerbschlagbiegeversuch]]), ermittelt an gekerbten [[Prüfkörper]]n eines [[Kunststoffe]]s, sind für die Bewertung der [[Zähigkeit]] von [[Bauteilversagen\|Bauteilen]] von besonderer technischer Relevanz (siehe: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]). Das Anforderungsprofil für ein Bauteil, wie z. B. das mechanische [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|Beanspruchungsniveau]], die geometrische Gestaltung, Maßgenauigkeit sowie thermische und mediale Belastungen lassen sich im Regelfall ziemlich genau festlegen. Dem gegenüber ist das Eigenschaftsprofil des [[Kunststoffe]]s in einem konkreten [[Bauteilversagen\|Bauteil]] von einer Vielzahl von Einzelfaktoren abhängig. Eine wichtige Eigenschaft ist die Kerbempfindlichkeit des Kunststoffes, die im Falle des Auftretens von konstruktiv bedingten [[Kerb]]en (scharfkantige Querschnittsübergänge, Rippen, Kanten, Aussparungen usw.) das [[Deformation]]s- und [[Bruch]]verhalten entscheidend beeinflusst.

	==Definition der Kerbempfindlichkeit==		==Definition der Kerbempfindlichkeit==

	Zur Ermittlung der [[Charpy\|CHARPY]]-Kerbschlagzähigkeit wird der gekerbte [[SENB-Prüfkörper\|Prüfkörper]] mittig so auf dem [[Auflagerabstand\|Widerlager]] positioniert, dass sich der [[Kerb]] auf der Zugseite befindet (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Der Schlag erfolgt demzufolge auf die dem Kerb gegenüber liegende Seite. Die CHARPY-Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> wird aus der ~~verbrauchten~~ Schlagarbeit W<sub>c</sub>, bezogen auf den kleinsten Ausgangsquerschnitt des [[Prüfkörper]]s am Kerbgrund, ermittelt:		Die Kerbempfindlichkeit beschreibt die Empfindlichkeit eines Kunststoffes gegenüber äußeren [[Kerb]]en. Sie kann beispielsweise unter schlagartiger Beanspruchung mit Hilfe der Charpy-Versuchsanordnung ermittelt werden. Dazu werden Untersuchungen sowohl an gekerbten als auch an ungekerbten Prüfkörpern durchgeführt. Da die [[Prüfgeschwindigkeit]] ebenfalls einen Einfluss auf die [[Zähigkeit]]skennwerte hat, sollte diese bei beiden Verfahren konstant gehalten werden.

			Zur Ermittlung der [[Charpy\|CHARPY]]-Kerbschlagzähigkeit wird der gekerbte [[SENB-Prüfkörper\|Prüfkörper]] mittig so auf dem [[Auflagerabstand\|Widerlager]] positioniert, dass sich der [[Kerb]] auf der Zugseite befindet (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Der Schlag erfolgt demzufolge auf die dem Kerb gegenüber liegende Seite. Die CHARPY-Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> wird aus der korrigierten Schlagarbeit E<sub>c</sub>, bezogen auf den kleinsten Ausgangsquerschnitt des [[Prüfkörper]]s am Kerbgrund, ermittelt. Die Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> wir am ungekerbten Prüfkörper bestimmt:
	{\|		{\|
	\|-		\|-
	\|width="20px"\|		\|width="20px"\|
	\|width="500px" \| <math>a_{cN}\,=\,\frac{~~W_c~~}{b_N\cdot h}</math>		\|width="500px" \| <math>a_{cN}\,=\,\frac{E_c}{b_N\cdot h}</math>   und   <math>a_{cU}\,=\,\frac{E_c}{b\cdot h}</math>
	\|}		\|}

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	\|b<sub>N</sub>		\|b<sub>N</sub>
	\|width="15px" \|		\|width="15px" \|
	\|~~Breite~~ des [[Prüfkörper]]s unter dem [[Kerb]] ~~und~~ h = Prüfkörperdicke		\|Restbreite des [[Prüfkörper]]s unter dem [[Kerb]]
			\|-
			\|b
			\|width="15px" \|
			\|Breite des ungekerbten Prüfkörpers
			\|-
			\|h
			\|width="15px" \|
			\|Prüfkörperdicke

	\|}		\|}

	Der Unterschied zwischen der Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> und der [[Kerbschlagbiegeversuch\|Kerbschlagzähigkeit]] a<sub>cN</sub> gibt Aufschluss über die Empfindlichkeit eines Kunststoffes gegenüber äußeren Kerben, berücksichtigt also die Problematik der Kerbwirkung für die [[Kerbschlagbiegeversuch\|Schlagbiegeprüfung]] und gibt eine Information über die Wirksamkeit von Füllstoffen. Aus ~~diesem Grund ist es möglich, aus~~ dem Quotienten ~~aus~~ a<sub>cN</sub> und a<sub>cU</sub> ~~eine~~ Kerbempfindlichkeit zu berechnen:		Aus dem Quotienten von Kerbschlagzähigkeit a<sub>cN</sub> und Schlagzähigkeit a<sub>cU</sub> lässt sich anschließend die Kerbempfindlichkeit berechnen:

	{\|		{\|
	\|-		\|-
Zeile 28:		Zeile 40:
	\|width="500px" \| <math>k_Z\,=\,\frac{a_{cN}}{a_{cU}}\cdot 100 \ %</math>		\|width="500px" \| <math>k_Z\,=\,\frac{a_{cN}}{a_{cU}}\cdot 100 \ %</math>
	\|}		\|}

			Die Kerbempfindlichkeit gibt zudem eine Information über die Wirksamkeit von Füllstoffen.


	==Einfluss des Kerbradius auf die Kerbschlagzähigkeit==		==Einfluss des Kerbradius auf die Kerbschlagzähigkeit==

Reincke am 16. Februar 2018 um 14:19 Uhr

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	==Allgemeines==		==Allgemeines==

	Die Schlagzähigkeit, ermittelt an ungekerbten, und die Kerbschlagzähigkeit, ermittelt an gekerbten [[Prüfkörper]]n eines [[Kunststoffe]]s, sind für die Bewertung der [[Zähigkeit]] von [[Bauteilversagen\|Bauteilen]] von besonderer technischer Relevanz (siehe: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]). Das Anforderungsprofil für ein Bauteil, wie z. B. das mechanische [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|Beanspruchungsniveau]], die geometrische Gestaltung, Maßgenauigkeit sowie thermische und mediale Belastungen lassen sich im Regelfall ziemlich genau festlegen. Dem gegenüber ist das Eigenschaftsprofil des [[Kunststoffe]]s in einem konkreten [[Bauteilversagen\|Bauteil]] von einer Vielzahl von Einzelfaktoren abhängig. Eine wichtige Eigenschaft ist die Kerbempfindlichkeit des Kunststoffes, die im Falle des Auftretens von konstruktiv bedingten [[Kerb]]en (scharfkantige Querschnittsübergänge, Rippen, Kanten, Aussparungen usw.) das [[Deformation]]s- und [[Bruch]]verhalten entscheidend beeinflusst.		Die Schlagzähigkeit, ermittelt an ungekerbten, und die Kerbschlagzähigkeit (siehe: [[Kerbschlagbiegeversuch]]), ermittelt an gekerbten [[Prüfkörper]]n eines [[Kunststoffe]]s, sind für die Bewertung der [[Zähigkeit]] von [[Bauteilversagen\|Bauteilen]] von besonderer technischer Relevanz (siehe: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]). Das Anforderungsprofil für ein Bauteil, wie z. B. das mechanische [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|Beanspruchungsniveau]], die geometrische Gestaltung, Maßgenauigkeit sowie thermische und mediale Belastungen lassen sich im Regelfall ziemlich genau festlegen. Dem gegenüber ist das Eigenschaftsprofil des [[Kunststoffe]]s in einem konkreten [[Bauteilversagen\|Bauteil]] von einer Vielzahl von Einzelfaktoren abhängig. Eine wichtige Eigenschaft ist die Kerbempfindlichkeit des Kunststoffes, die im Falle des Auftretens von konstruktiv bedingten [[Kerb]]en (scharfkantige Querschnittsübergänge, Rippen, Kanten, Aussparungen usw.) das [[Deformation]]s- und [[Bruch]]verhalten entscheidend beeinflusst.

	==Definition der Kerbempfindlichkeit==		==Definition der Kerbempfindlichkeit==

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{{PSM_Infobox}}
Kerbempfindlichkeit

==Allgemeines==

Die Schlagzähigkeit, ermittelt an ungekerbten, und die Kerbschlagzähigkeit, ermittelt an gekerbten [[Prüfkörper]]n eines [[Kunststoffe]]s, sind für die Bewertung der [[Zähigkeit]] von [[Bauteilversagen|Bauteilen]] von besonderer technischer Relevanz (siehe: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]). Das Anforderungsprofil für ein Bauteil, wie z. B. das mechanische [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe|Beanspruchungsniveau]], die geometrische Gestaltung, Maßgenauigkeit sowie thermische und mediale Belastungen lassen sich im Regelfall ziemlich genau festlegen. Dem gegenüber ist das Eigenschaftsprofil des [[Kunststoffe]]s in einem konkreten [[Bauteilversagen|Bauteil]] von einer Vielzahl von Einzelfaktoren abhängig. Eine wichtige Eigenschaft ist die Kerbempfindlichkeit des Kunststoffes, die im Falle des Auftretens von konstruktiv bedingten [[Kerb]]en (scharfkantige Querschnittsübergänge, Rippen, Kanten, Aussparungen usw.) das [[Deformation]]s- und [[Bruch]]verhalten entscheidend beeinflusst.

==Definition der Kerbempfindlichkeit==

Zur Ermittlung der [[Charpy|CHARPY]]-Kerbschlagzähigkeit wird der gekerbte [[SENB-Prüfkörper|Prüfkörper]] mittig so auf dem [[Auflagerabstand|Widerlager]] positioniert, dass sich der [[Kerb]] auf der Zugseite befindet (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Der Schlag erfolgt demzufolge auf die dem Kerb gegenüber liegende Seite. Die CHARPY-Kerbschlagzähigkeit acN wird aus der verbrauchten Schlagarbeit Wc, bezogen auf den kleinsten Ausgangsquerschnitt des [[Prüfkörper]]s am Kerbgrund, ermittelt:
{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>a_{cN}\,=\,\frac{W_c}{b_N\cdot h}</math>
|}

mit
{|
|bN
|width="15px" |
|Breite des [[Prüfkörper]]s unter dem [[Kerb]] und h = Prüfkörperdicke
|}

Der Unterschied zwischen der Schlagzähigkeit acU und der [[Kerbschlagbiegeversuch|Kerbschlagzähigkeit]] acN gibt Aufschluss über die Empfindlichkeit eines Kunststoffes gegenüber äußeren Kerben, berücksichtigt also die Problematik der Kerbwirkung für die [[Kerbschlagbiegeversuch|Schlagbiegeprüfung]] und gibt eine Information über die Wirksamkeit von Füllstoffen. Aus diesem Grund ist es möglich, aus dem Quotienten aus acN und acU eine Kerbempfindlichkeit zu berechnen:
{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>k_Z\,=\,\frac{a_{cN}}{a_{cU}}\cdot 100 \ %</math>
|}

==Einfluss des Kerbradius auf die Kerbschlagzähigkeit==

Die [[Kerbschlagbiegeversuch|Kerbschlagzähigkeit]] wird in entscheidendem Maße durch den gewählten Kerbradius (siehe: [[Kerbgeometrie]]) und das Verfahren der [[Kerbeinbringung]] (Sägen, Fräsen, Hobeln) beeinflusst. Neben den Bearbeitungsverfahren selbst haben auch die jeweiligen Maschinenparameter, wie Vorschub- oder Schnittgeschwindigkeit, einen Einfluss auf die ermittelten Kerbschlagzähigkeiten. Das Ausmaß der Unterschiede ist werkstoffabhängig, wobei generell mit zunehmendem Kerbradius die Kerbschlagzähigkeit zunimmt. In dem durch die ISO-Prüfnorm vorgegebenen Kerbradiusbereich von 0,1 mm bis 1 mm sind die Unterschiede in den ermittelten Kerbschlagzähigkeiten am deutlichsten ausgeprägt. Im '''Bild 1 a''' wird gezeigt, dass Polyvinylchlorid ([[Kurzzeichen]]: PVC), Polyamid ([[Kurzzeichen]]: PA; Handelsname: Nylon) und Polyoxymethylen ([[Kurzzeichen]]: POM) ein qualitativ ähnliches Verhalten in Abhängigkeit vom Kerbradius zeigen, wobei für PVC der Einfluss des Kerbradius am deutlichsten ausgeprägt ist. Acrylnitril-Butadien-Styrol ([[Kurzzeichen]]: ABS) und Polymethylmethacrylat ([[Kurzzeichen]]: PMMA) zeigen eine geringere Abhängigkeit auf unterschiedlichem [[Zähigkeit]]sniveau. Das ABS erweist sich in dem betrachteten Kerbradienbereich als am kerbunempfindlichsten. In '''Bild 1 b''' wurde durch das Einbringen von Metallklingenkerben der untersuchte Kerbradienbereich in Richtung kleinerer Kerbradien ρ bis zu ρ = 2,5 µm ausgedehnt. Für PA 66, PA 66 schlagzäh und Polycarbonat ([[Kurzzeichen]]: PC) liegt bei Kerbradien < 0,1 mm bereits sprödes Werkstoffverhalten, gekennzeichnet durch geringe, vom Kerbradius unabhängige IZOD-Kerbschlagzähigkeitswerte aIN vor. Demgegenüber wird für hochschlagzähes PA 66 nur ein geringer Einfluss der Kerbschärfe im Bereich von 2,5 µm bis 0,25 mm auf die IZOD-Kerbschlagzähigkeit (siehe [[Schlagbiegeversuch]] gefunden. Auf Grund der unterschiedlichen [[Beanspruchung]]en sind CHARPY- und IZOD-Kerbschlagzähigkeit quantitativ nicht vergleichbar.

[[Datei:kerbempf_bild1.jpg|600px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Abhängigkeit der CHARPY-Kerbschlagzähigkeit acN vom Kerbradius ρ für ausgewählte Kunststoffe (a) und der IZOD-Kerbschlagzähigkeit aIN von ρ für PA-Werkstoffe (hochschlagzähes PA 66, schlagzähes PA 66, PA 66) und PC (b) [1, 2]
|}

Qualitativ ergeben sich in Abhängigkeit vom Kerbradius jedoch ähnliche Tendenzen. Von den hier betrachteten Werkstoffen erweisen sich im gesamten Kerbradienbereich das ABS und das hochschlagzähe PA 66 als kerbunempfindlich. Als zusätzliche Einflussgrößen sind die Beanspruchungstemperatur und die Beanspruchungsgeschwindigkeit zu berücksichtigen.

Die Ermittlung der [[Zähigkeit Temperaturabhängigkeit|Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit]] mit der Zielstellung der Angabe werkstoffspezifischer [[Spröd-Zäh-Übergangstemperatur]]en ist, wie aus dem Bild ableitbar, nur mittels scharfer [[Kerb]]en sinnvoll.

Analoge Aussagen sind für die Abhängigkeit der [[Zähigkeit]] von der [[Geschwindigkeit]] zu treffen. Somit wird deutlich, dass die Angabe von kritischen Kerbradien nur aus Untersuchungen der Abhängigkeit bruchmechanischer Kennwerte vom Kerbradius möglich ist.

==Einfluss des Kerbradius auf die J-Werte von PE, PP und PB==

Von Wilke [3] wurden zur Bewertung des Einflusses der Kerbschärfe auf das Zähigkeitsverhalten [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanische Untersuchungen]] an den ausgewählten Polyolefinwerkstoffen Polybuten ([[Kurzzeichen]]: PB), Polyethylen ([[Kurzzeichen]]: PE) und Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP) durchgeführt. Alle [[Prüfkörper]] lagen als spritzgegossene [[Vielzweckprüfkörper]] vor, aus denen prismatische Prüfkörper der Abmessungen 80 mm ×10 mm ×4 mm entsprechend DIN EN ISO 3167 Typ A herauspräpariert wurden.

Danach erfolgte schmalseitig die Einbringung eines Fräskerbs mit dem Kerbgerät NOTCHVIS der Firma Ceast. Für die Versuche wurden folgende Kerbradien ausgewählt: 0,05 mm, 0,1 mm, 0,25 mm und 1 mm. Weiterhin wurde ein Prüfkörpersatz je Werkstoff mit einem scharfen Metallklingenkerb versehen. Die Kerbtiefe betrug dabei unabhängig vom Kerbradius 2 mm, sodass sich die Prüfkörperbreite im Kerbgrund (Ligamentlänge) von 10 mm auf 8 mm reduzierte. Um die Belastung vor der Klingenspitze so gering wie möglich zu halten und eine Vorschädigung des Materials weitgehend auszuschließen, wurde vor der Einbringung eines 1 mm langen Metallklingenkerbs zuerst ein 1 mm langer Fräskerb mit einem Kerbradius von 0,1 mm eingebracht, sodass auch hier die gesamte Kerbtiefe 2 mm betrug. Für die reinen Polyolefine wurde hierfür eine Metallklinge mit einem Klingenradius von 0,15 µm gewählt (siehe auch [[Kerbgeometrie]]).

Die Auswertung von den im [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] aufgenommenen Kraft-Durchbiegungs-Diagrammen, z. B. die Ermittlung der maximalen Kraft Fmax sowie der Energieanteile Ael und Apl, erfolgte nach [[MPK-Norm|MPK-IKBV Prozedur]] Teil I. Die Abhängigkeit der mittels [[Auswertemethode nach Sumpter und Turner|Näherungsformel nach Sumpter und Turner (ST)]] berechneten J-Werte JST vom Kerbradius ist für drei Polyolefinwerkstoffe im '''Bild 2''' dargestellt.

[[Datei:kerbempf_bild2_n.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |J-Werte JST der Polyolefinwerkstoffe PE, PP und PB in Abhängigkeit vom Kerbradius (ST: [[Auswertemethode nach Sumpter und Turner]])
|}

In den Untersuchungen erweist sich PB auf Grund seiner deutlich erhöhten Verformungsfähigkeit am duktilsten und PP als am wenigsten duktil; PE nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Werte des [[J-Integral-Konzept|J-Integrals]] lassen sich sehr gut mit der Kerbspannungslehre erklären, wobei die kritischen Werte für den Kerbradius mit 0,2 bis 0,6 mm um ein bis zwei Größenordnungen über denen für andere [[Kunststoffe]] gefundenen Werten liegen [4].

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="Top"
|[1]
|Flexman, E. A.: Verhalten von Polyamid 66 bei Schlagbeanspruchung. Kunststoffe 69 (1979) 172–174
|-valign="Top"
|[2]
|Vincent, P. I.: Impact Tests and Service Performance of Thermoplastics. Plastics Institute, London (1971)
|-valign="Top"
|[3]
|Wilke, A.: Einfluss der Kerbschärfe auf das Zähigkeitsverhalten ausgewählter Kunststoffe und Ableitung materialspezifischer Kennwerte. Diplomarbeit Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (2009) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 3-146)
|-valign="Top"
|[4]
|Kinloch, A. J., Young, R. J.: Fracture Behaviour of Polymers. Elsevier Appl. Sci. Publ., London New York (1985)
|}

[[Kategorie:Bruchmechanik]]
[[Kategorie:Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]