Schlagbeanspruchung Hochgeschwindigkeitsprüfung - Versionsgeschichte

Oluschinski am 9. Januar 2026 um 08:31 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Schlagbeanspruchung, Kunststoffe, Hochgeschwindigkeitsprüfung</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Schlagbeanspruchung, Kunststoffe, Hochgeschwindigkeitsprüfung</span>
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	==Allgemeines==		==Allgemeines==
	Beim Einsatz von [[Kunststoffe]]n oder [[Faserverstärkte_Kunststoffe\|Verbundwerkstoffen]] im Sinne des Leichtbaus in Maschinen, Fahrzeugen oder Flugzeugen, bei Explosionen von Behältern oder Rohrleitungen, in Crashsituationen oder auch bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe können [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|schlagartige]] [[Beanspruchung]]en auftreten, die sich dem statisch/dynamischen Lastkollektiv überlagern. Diese rufen zumeist lokal stark erhöhte [[Deformationsgeschwindigkeit]]en hervor und werden durch das Vorhandensein von Spannungsspitzen an scharfen [[Kerb]]en oder Kanten, [[mehrachsiger Spannungszustand\|mehrachsige Spannungszustände]] sowie niedrige Temperaturen zusätzlich verstärkt [1].		Beim Einsatz von [[Kunststoffe]]n oder [[Faserverstärkte_Kunststoffe\|Verbundwerkstoffen]] im Sinne des Leichtbaus in Maschinen, Fahrzeugen oder Flugzeugen, bei Explosionen von Behältern oder Rohrleitungen, in Crashsituationen oder auch bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe können [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|schlagartige]] [[Beanspruchung]]en auftreten, die sich dem statisch/dynamischen Lastkollektiv überlagern. Diese rufen zumeist lokal stark erhöhte [[Deformationsgeschwindigkeit]]en hervor und werden durch das Vorhandensein von Spannungsspitzen an scharfen [[Kerb]]en oder Kanten, [[mehrachsiger Spannungszustand\|mehrachsige Spannungszustände]] sowie niedrige Temperaturen zusätzlich verstärkt [1].
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	Experimentelle Ergebnisse zur Bestimmung der Festigkeit für PP-GF-Verbunde sind im Artikel [[Hochgeschwindigkeitszugversuch]] dargestellt.		Experimentelle Ergebnisse zur Bestimmung der Festigkeit für PP-GF-Verbunde sind im Artikel [[Hochgeschwindigkeitszugversuch]] dargestellt.

			==Siehe auch==
			*[[Schlagbeanspruchung Fallbolzensystem]]
			*[[Hochgeschwindigkeitszugversuch]]
			*[[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]
			*[[Instrumentierter Durchstoßversuch]]
			*[[Compression After Impact (CAI)-Test]]


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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Schlagartige Beanspruchung. In: [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~158−168,~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Schlagartige Beanspruchung. In: [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 151–163 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Oluschinski am 4. August 2023 um 10:03 Uhr

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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Schlagartige Beanspruchung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 158−168, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Schlagartige Beanspruchung. In: [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 158−168, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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Oluschinski am 13. August 2019 um 07:57 Uhr

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	Mit der Zunahme der [[Deformationsgeschwindigkeit]] bzw. der Abnahme der Versuchs- oder Prüfzeit tritt ein Übergang vom isothermen zum adiabatischen Versuchsablauf auf, da innerhalb der kurzen Versuchsdauer die entstehende Wärme nicht mehr an die Umgebung abgeführt werden kann. Infolge dieses Sachverhaltes steigen die [[Kennwert]]e der dynamischen Streckgrenze, die [[Zugfestigkeit]] als auch der [[Elastizitätsmodul]] an, wogegen die Deformationskennwerte eine Abnahme zeigen. Eine besondere Bedeutung hat hier die Verringerung der Schlagzähigkeit, wodurch der verformungslose kritische [[Brucharten\|Sprödbruch]] begünstigt wird. Von Interesse ist dabei nicht nur die [[Biegebeanspruchung]], wie im Schlagbiegeversuch, sondern oftmals auch die Zugebanspruchung bei hohen Prüf- bzw. Dehngeschwindigkeiten.		Mit der Zunahme der [[Deformationsgeschwindigkeit]] bzw. der Abnahme der Versuchs- oder Prüfzeit tritt ein Übergang vom isothermen zum adiabatischen Versuchsablauf auf, da innerhalb der kurzen Versuchsdauer die entstehende Wärme nicht mehr an die Umgebung abgeführt werden kann. Infolge dieses Sachverhaltes steigen die [[Kennwert]]e der [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe#Abhängigkeit der dynamischen Streckgrenze von der Deformationsgeschwindigkeit\|dynamischen Streckgrenze]], die [[Zugfestigkeit]] als auch der [[Elastizitätsmodul]] an, wogegen die Deformationskennwerte eine Abnahme zeigen. Eine besondere Bedeutung hat hier die Verringerung der [[Schlagbiegeversuch\|Schlagzähigkeit]], wodurch der verformungslose kritische [[Brucharten\|Sprödbruch]] begünstigt wird. Von Interesse ist dabei nicht nur die [[Biegebeanspruchung]], wie im Schlagbiegeversuch, sondern oftmals auch die Zugebanspruchung bei hohen Prüf- bzw. Dehngeschwindigkeiten.

	==Schematischer Aufbau einer Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine==		==Schematischer Aufbau einer Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine==
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	\|width="600px"\|Hochgeschwindigkeitszugprüfmaschinen von (a) Instron GmbH, Darmstadt und (b) ~~Zwick~~ GmbH & Co. KG, Ulm		\|width="600px"\|Hochgeschwindigkeitszugprüfmaschinen von (a) Instron GmbH, Darmstadt und (b) [https://www.zwick.de Fa. ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm]]
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	\|Grellmann, W.: Schlagartige Beanspruchung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 158−168, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Schlagartige Beanspruchung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 158−168, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	[[Kategorie:Geschwindigkeit]]		[[Kategorie:Geschwindigkeit]]
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{{PSM_Infobox}}
Schlagbeanspruchung, Kunststoffe, Hochgeschwindigkeitsprüfung
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==Allgemeines==
Beim Einsatz von [[Kunststoffe]]n oder [[Faserverstärkte_Kunststoffe|Verbundwerkstoffen]] im Sinne des Leichtbaus in Maschinen, Fahrzeugen oder Flugzeugen, bei Explosionen von Behältern oder Rohrleitungen, in Crashsituationen oder auch bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe können [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe|schlagartige]] [[Beanspruchung]]en auftreten, die sich dem statisch/dynamischen Lastkollektiv überlagern. Diese rufen zumeist lokal stark erhöhte [[Deformationsgeschwindigkeit]]en hervor und werden durch das Vorhandensein von Spannungsspitzen an scharfen [[Kerb]]en oder Kanten, [[mehrachsiger Spannungszustand|mehrachsige Spannungszustände]] sowie niedrige Temperaturen zusätzlich verstärkt [1].

==Auswirkungen hoher Deformationsgeschwindigkeiten==

Da bei Kunststoffen die molekularen [[Relaxation Kunststoffe|Relaxations]]- und [[Kriechen Kunststoffe|Retardationsmechanismen]] eine hinreichende Reaktionszeit erfordern, wird bei hohen Schlaggeschwindigkeiten oder sehr niedrigen Temperaturen das [[Deformationsmechanismen|Schädigungs]]-, [[Festigkeit]]s-, [[Deformation]]s- und [[Bruchverhalten]] signifikant beeinflusst, da die erforderliche Zeit zur Reaktion des Werkstoffes auf die [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe|Schlagbeanspruchung]] nicht mehr zur Verfügung steht. Entscheidend für die Auswirkung der schlagartigen Beanspruchung auf den Kunststoff ist die erzeugte [[Dehnrate Grundlagen|Dehngeschwindigkeit]] dε/dt bzw. die charakteristische Einwirkungszeit, wie unterschiedliche Impactbeanspruchungen zeigen ('''Tabelle 1''').

{| border="1px" style="border-collapse:collapse"
|+ '''Tabelle 1''': Zuordnung von typischen Beanspruchungsarten zur Versuchszeit bzw. Deformationsgeschwindigkeit
!! style="width:240px; background:#DCDCDC" | Impact-Vorgang
!! style="width:120px; background:#DCDCDC" | maximale Geschwindigkeit
!! style="width:120px; background:#DCDCDC" | typische Belastungsdauer
!! style="width:120px; background:#DCDCDC" | maximale Dehnrate
|-
|Bauwesen: Presslufthammerschlag
|style="text-align:center"|5 m/s
|style="text-align:center"|5 · 10-3 s
|style="text-align:center"|1 s-1
|-
|Automobilbau: Crash
|style="text-align:center"|20 m/s
|style="text-align:center"|5 · 10-2 s
|style="text-align:center"|500 s-1
|-
|Ballistik: Geschosseindringung
|style="text-align:center"|2.000 m/s
|style="text-align:center"|1 · 10-4 s
|style="text-align:center"|1.000.000 s-1
|-
|Fertigungstechnik: Zerspanung
|style="text-align:center"|-
|style="text-align:center"|-
|style="text-align:center"|1.000.000 s-1
|-
|Astronomie: Meteoriteneinschlag
|style="text-align:center"|10.000 m/s
|style="text-align:center"|1 · 10-6 s
|style="text-align:center"|10.000.000 s-1
|}

Mit der Zunahme der [[Deformationsgeschwindigkeit]] bzw. der Abnahme der Versuchs- oder Prüfzeit tritt ein Übergang vom isothermen zum adiabatischen Versuchsablauf auf, da innerhalb der kurzen Versuchsdauer die entstehende Wärme nicht mehr an die Umgebung abgeführt werden kann. Infolge dieses Sachverhaltes steigen die [[Kennwert]]e der dynamischen Streckgrenze, die [[Zugfestigkeit]] als auch der [[Elastizitätsmodul]] an, wogegen die Deformationskennwerte eine Abnahme zeigen. Eine besondere Bedeutung hat hier die Verringerung der Schlagzähigkeit, wodurch der verformungslose kritische [[Brucharten|Sprödbruch]] begünstigt wird. Von Interesse ist dabei nicht nur die [[Biegebeanspruchung]], wie im Schlagbiegeversuch, sondern oftmals auch die Zugebanspruchung bei hohen Prüf- bzw. Dehngeschwindigkeiten.

==Schematischer Aufbau einer Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine==

Für derartige Versuche können [[Schlagbeanspruchung Fallbolzensystem|Fallbolzenprüfsysteme]] mit einem sogenannten Umkehrgehänge oder speziell ausgerüstete Hochgeschwindigkeitsprüfmaschinen ('''Bild 1''') verwendet werden, die maximal 80 m/s an [[Prüfgeschwindigkeit]] zulassen (siehe: [[Hochgeschwindigkeitszugversuch]] und [[Servohydraulische Prüfmaschine]]). Die meisten dieser Prüfsysteme sind allerdings nur bis zur Prüfgeschwindigkeit von 20 m/s betreibbar, da schon in diesem Prüfbereich auswertetechnische Probleme aufgrund der Überlagerung von Schwingungen und des [[Aufschlagimpuls]] auftreten.

[[Datei:Schlagbeanspruchung_Hochgeschwindigkeitspruefung-2.JPG|550px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px"|Schematischer Aufbau einer Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine für Schnellzerreißversuche
|}

In diesen Hochgeschwindigkeitsprüfanlagen wird der Prüfkörper inklusive der Halterung über eine vorgegebene Vorlaufstrecke vorbeschleunigt und wird dann über den sich bewegenden Zylinderkolben bis zum [[Bruch]] belastet. Teilweise ist selbst in diesem Geschwindigkeitsbereich eine Regelung der [[Dehnrate Grundlagen|Dehngeschwindigkeit]] zur Konstanthaltung der Prüfbedingungen realisierbar. In Analogie zu den [[Schlagzugversuch|Pendelschlagwerken]] oder [[Schlagbeanspruchung Fallbolzensystem|Fallbolzenprüfsystemen]] ist auch hier die optionale Ausstattung mit einer Temperier- oder Medienkammer möglich.

==Gerätesysteme==

Technische Realisierungsvarianten dieser Prüfsysteme sind im '''Bild 2''' dargestellt.

[[Datei:Schlagbeanspruchung_Hochgeschwindigkeitspruefung-3.JPG|500px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px"|Hochgeschwindigkeitszugprüfmaschinen von (a) Instron GmbH, Darmstadt und (b) Zwick GmbH & Co. KG, Ulm
|}

Während des Versuchs wird von der Prüfsoftware das Kraft-Verformungs-Diagramm hochauflösend aufgezeichnet und kann dann offline mit den zur Verfügung stehenden Auswerteroutinen oder spezieller Software grafisch und rechnerisch ausgewertet werden.

Experimentelle Ergebnisse zur Bestimmung der Festigkeit für PP-GF-Verbunde sind im Artikel [[Hochgeschwindigkeitszugversuch]] dargestellt.

'''Literaturhinweis'''

{|
|-valign="top"
|[1]
|Grellmann, W.: Schlagartige Beanspruchung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 158−168, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|}

[[Kategorie:Geschwindigkeit]]

Schlagbeanspruchung Hochgeschwindigkeitsprüfung - Versionsgeschichte

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Oluschinski am 13. August 2019 um 07:57 Uhr

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