Zugversuch Einflüsse - Versionsgeschichte

Oluschinski am 9. Januar 2026 um 09:37 Uhr

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

Loeffler-Kamann am 6. Juni 2025 um 11:45 Uhr

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			==Siehe auch==
			*[[Biegeversuch Einflüsse]]
			*[[Zugversuch Wahres Spannungs-Dehnungs-Diagramm]]
			*[[Schrumpfversuch]]


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	\|[[Bierögel, Christian\|Bierögel, C.]]: Zugversuch an Kunststoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~117–137~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Bierögel, Christian\|Bierögel, C.]]: Zugversuch an Kunststoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 112–131 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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	\|DIN EN ISO 527-1 (~~2018~~-08): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 1: Allgemeine Grundsätze ~~(Normentwurf)~~		\|DIN EN ISO 527-1 (2019-12): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 1: Allgemeine Grundsätze
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	[[Kategorie:Zugversuch]]		[[Kategorie:Zugversuch]]

Oluschinski am 13. August 2019 um 09:32 Uhr

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Oluschinski am 13. August 2019 um 09:31 Uhr

2019-08-13T09:31:38Z

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	== Einfluss der [[Maschinennachgiebigkeit\|Nachgiebigkeit]] auf die Dehnung und die [[Dehnrate Grundlagen\|Dehnrate]] ==		== Einfluss der [[Maschinennachgiebigkeit\|Nachgiebigkeit]] auf die Dehnung und die [[Dehnrate Grundlagen\|Dehnrate]] ==

	Bei der Durchführung von konventionellen [[Zugversuch]]en mit konstanter [[Traversengeschwindigkeit]] entsprechend DIN EN ISO 527-1 [3] wird die Kennwertermittlung von unvermeidbaren Einflussfaktoren beeinflusst. Dies wird besonders bei der Ermittlung des [[Elastizitätsmodul\|Elastizitätsmoduls E<sub>t</sub>]] nach Gl. (10) ersichtlich. Hier wird vorausgesetzt, dass in die dimensionslose Dehnung nur die reine Prüfkörperverlängerung ΔL<sub>P</sub> eingeht. Aufgrund der äußeren Belastung werden die unterschiedlichen Komponenten der [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]] jedoch auch verformt, was auch als sogenannte [[Maschinennachgiebigkeit]] oder Compliance bekannt ist.		Bei der Durchführung von konventionellen [[Zugversuch]]en mit konstanter [[Traversengeschwindigkeit]] entsprechend DIN EN ISO 527-1 [4] wird die Kennwertermittlung von unvermeidbaren Einflussfaktoren beeinflusst. Dies wird besonders bei der Ermittlung des [[Elastizitätsmodul\|Elastizitätsmoduls E<sub>t</sub>]] nach Gl. (10) ersichtlich. Hier wird vorausgesetzt, dass in die dimensionslose Dehnung nur die reine Prüfkörperverlängerung ΔL<sub>P</sub> eingeht. Aufgrund der äußeren Belastung werden die unterschiedlichen Komponenten der [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]] jedoch auch verformt, was auch als sogenannte [[Maschinennachgiebigkeit]] oder Compliance bekannt ist.

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	\|DIN EN ISO 527-2 (~~2012~~-06): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 2: ~~Prüfbedingen für Form- und Extrusionsmassen~~		\|DIN EN ISO 527-1 (2018-08): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 1: Allgemeine Grundsätze (Normentwurf)
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	[[Kategorie:Zugversuch]]		[[Kategorie:Zugversuch]]

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{{PSM_Infobox}}
Zugversuch Einflüsse
__FORCETOC__
==Einflussfaktoren==
Im konventionellen [[Zugversuch]] an [[Kunststoffe]]n treten zahlreiche Einflussfaktoren auf, die sich auf das [[Deformation|Defomationsverhalten]] und den Absolutwert der [[Kennwert]]e auswirken können. Dies sind Faktoren, die in der Prüftechnik und den Prüfbedingungen als auch der Geometrie und dem inneren Zustand der [[Prüfkörper]] begründet sind. Diese Einflüsse treten auch dann auf, wenn die Grundlagen für eine reproduzierbare Kennwertermittlung, wie vergleichbare chemische und physikalische Struktur (siehe: [[Mikroskopische Struktur]]), gleiche geometrische Bedingungen und identische Prüfmethodik, gegeben sind [1]. Die theoretischen Voraussetzungen des [[Zugversuch]]s beinhalten die stoßfreie Lastaufbringung mit konstanter [[Traversengeschwindigkeit]], die Erzeugung eines [[Einachsiger Spannungszustand|einachsigen Last- und Spannungszustandes]] im Prüfquerschnitt, einen homogenen und isotropen inneren Zustand im Prüfkörper und kein Auftreten von geometrischen Imperfektionen, wie [[Kerb]]en, sowie keine Einflüsse der Prüftechnik. Da diese Bedingungen für den prismatischen Prüfkörper und eine ideal steife [[Materialprüfmaschine|Prüfmaschine]] gültig sind, stellen die Schultern der Prüfkörper eine Imperfektion dar und die Prüftechnik beeinflusst durch ihre [[Zugversuch Nachgiebigkeit|Nachgiebigkeit]] (Compliance) das Messergebnis im Zugversuch. Vermeidbar oder minimierbar sind diese Einflussfaktoren durch die Nutzung [[Zugversuch Regelung|geregelter Zugversuche]], die allerdings bei Kunststoffen im Gegensatz zur Prüfung metallischer Werkstoffe, nicht genormt sind.

== Einfluss der Prüfkörperform auf die [[Dehnrate Grundlagen|Dehnrate]] ==

Im konventionellen [[Zugversuch]] kann die realisierte nominelle Dehnrate dεt/dt im gesamten Prüfkörpervolumen aus der eingestellten [[Traversengeschwindigkeit]] vT berechnet werden (Gl. 1).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>v_{T}=\frac{d\varepsilon}{dt} L</math>
|width="50px" |(1)
|}

Kontrolliert man die sich einstellende normative Dehnrate dε/dt im planparallelen Prüfkörperabschnitt durch die Verwendung von Dehnmessfühlern mit einem L0 von 75 mm, dann stellt man fest, dass die eingestellte nominelle und die normative Dehnrate unterschiedlich sind. Die Ursachen sind in den Schultern der Prüfkörper sowie Einflüssen der [[Maschinennachgiebigkeit]] zu finden, da hier einerseits unterschiedliche und veränderliche Querschnitte vorliegen ('''Bild 1''') und andererseits auch Deformationen der [[Materialprüfmaschine|Universalprüfmaschine]] stattfinden.

[[Datei:Z_einfluesse_1.jpg|350px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Nominelle und normative [[Dehnrate Applikationen|Dehnrate]] eines [[Prüfkörper]]s im [[Zugversuch]]
|}

Es wird ersichtlich, dass die normative [[Prüfgeschwindigkeit]] im planparallelen Teil theoretisch konstant, aber größer als die nominelle Dehngeschwindigkeit ist (siehe Gl. 2).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>\varepsilon =\frac{FL}{E_{t}A_{0}L_{0}}</math>
|width="50px" |(2)
|}

Die mechanische Dehnung ist von der applizierten Last F und dem [[Elastizitätsmodul|E-Modul]] Et des Werkstoffes, aber auch vom Querschnitt A0 des Prüfkörpers abhängig, weshalb im Schulterbereich die [[Dehnrate Grundlagen|Dehnrate]] deutlich geringer ist. Für standardisierte, sich ständig wiederholende Versuche, ist diese Abweichung vernachlässigbar, aber für wissenschaftliche Untersuchungen kann diese Differenz die zu bestimmenden [[Kennwert]]e verfälschen. Bei praktischen Vergleichen an Kunststoffprüfkörpern mit einer nominellen Dehngeschwindigkeit von 1 %/min erkennt man deutliche Unterschiede. Während sich die nominelle Dehngeschwindigkeit infolge der konstanten [[Traversengeschwindigkeit]] nicht verändert, zeigt die normative Dehnrate eine Abhängigkeit von der Dehnung und erreicht den geforderten Wert nur zu einem Zeitpunkt (roter Punkt im '''Bild 2''').

[[Datei:Z_einfluesse_2.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Nominelle und normative Dehnrate eines Prüfkörpers PA 6 mit 20 M.-% GF im konventionellen Zugversuch mit konstanter Traversengeschwindigkeit
|}

Dieses Verhalten ist auf die [[Heterogenität]] und [[Anisotropie]] des inneren Zustands infolge von differierenden Orientierungen und [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Eigenspannungen]] zurückzuführen, die aus dem Herstellungsprozess des [[Prüfkörper]]s stammen. Zur Minimierung des Einflusses der Schultern auf die Dehnratenverteilung muss demzufolge die Geometrie des Prüfkörpers über eine reduzierte Länge korrigiert werden [2, 3]. Aus den geometrischen Daten des Prüfkörpers ('''Bild 3''') wird mit der Hilfsgröße a eine mittlere Dicke bm im Schulterbereich berechnet (Gln. 3 und 4). Mit der Kenntnis der unterschiedlichen Längen im Prüfkörper (Gl. 5) kann dann die korrigierte oder reduzierte Länge des Prüfkörpers ermittelt werden (Gl. 6). Mit der Gl. (7) wird nachfolgend die erforderliche [[Prüfgeschwindigkeit]] bestimmt und als [[Traversengeschwindigkeit]] an der [[Materialprüfmaschine|Universalprüfmaschine]] eingestellt.

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>a=1+\frac{b}{2r}</math>
|width="50px" |(3)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>b_{m}=\frac{l_{m}}{\frac{a}{\sqrt{a^{2}-1}}arc tan \frac{(a+1) tan \left [ \frac{1}{2}arc sin\frac{l_{m}}{r} \right ]}{\sqrt{a^{2}-1}}-\frac{1}{2}arc sin \frac{l_{m}}{r}}</math>
|width="50px" |(4)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>L=l_{s}+2l_{m}+2l_{e} /!</math>
|width="50px" |(5)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>L_{red}=b\left [ \frac{l_{s}}{b}+\frac{2l_{m}}{b_{m}}+\frac{2l_{e}}{b_{e}} \right ]</math>
|width="50px" |(6)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>v_{T red}=\frac{d\varepsilon }{dt}L_{red}</math>
|width="50px" |(7)
|}

[[Datei:Z_einfluesse_3.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px" |Ermittlung der reduzierten Länge des Prüfkörpers zur Korrektur der [[Prüfgeschwindigkeit]]
|}

Eine experimentelle Ermittlung eines Korrekturfaktors ist durch die Entfernung der Schultern des Prüfkörpers gegeben, wodurch ein prismatischer [[Prüfkörper]] aus dem identischen Werkstoff entsteht ('''Bild 4''').

[[Datei:Z_einfluesse_4.jpg|150px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 4''':
|width="600px" |Ermittlung der korrigierten [[Traversengeschwindigkeit]]
|}

An jeweils mindestens 5 prismatischen Prüfkörpern und Schulterprüfkörpern wird bei identischer Traversengeschwindigkeit, die der nominellen Dehnrate dεt/dt entspricht, unter Verwendung von Dehnmessfühlern mit identischem L0 die normative Dehnrate dε/dt ermittelt und der jeweilige Mittelwert berechnet. Der Korrekturfaktor k ergibt sich aus dem Quotienten der beiden Dehngeschwindigkeiten (Gl. 8), mit dem dann die korrigierte Traversengeschwindigkeit berechnet werden kann (Gl. 9).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>k=\frac{\frac{d\varepsilon _{1}}{dt}}{\frac{d\varepsilon _{2}}{dt}}</math>
|width="50px" |(8)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>v_{Tkorr}=\frac{d\varepsilon }{dt}Lk</math>
|width="50px" |(9)
|}

== Einfluss der [[Maschinennachgiebigkeit|Nachgiebigkeit]] auf die Dehnung und die [[Dehnrate Grundlagen|Dehnrate]] ==

Bei der Durchführung von konventionellen [[Zugversuch]]en mit konstanter [[Traversengeschwindigkeit]] entsprechend DIN EN ISO 527-1 [3] wird die Kennwertermittlung von unvermeidbaren Einflussfaktoren beeinflusst. Dies wird besonders bei der Ermittlung des [[Elastizitätsmodul|Elastizitätsmoduls Et]] nach Gl. (10) ersichtlich. Hier wird vorausgesetzt, dass in die dimensionslose Dehnung nur die reine Prüfkörperverlängerung ΔLP eingeht. Aufgrund der äußeren Belastung werden die unterschiedlichen Komponenten der [[Materialprüfmaschine|Universalprüfmaschine]] jedoch auch verformt, was auch als sogenannte [[Maschinennachgiebigkeit]] oder Compliance bekannt ist.

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>E_{t}=\frac{\sigma }{\varepsilon }=\frac{FL_{0}}{A_{0}\Delta L_{P}}</math>
|width="50px" |(10)
|}

Hier geht die Verformung der Maschinenholme und der Spindel, die Biegung des Querhaupts und der Traverse als ΔLF in das Messsignal ein, falls als [[Messgröße]] der Traversenweg benutzt wird. Die absoluten Fehlbeträge sind hier relativ klein. Einen größeren Anteil liefert die [[Deformation]] des Verformungskörpers der Kraftmessdose ΔLK und hier speziell auch der Schlupf in den Einspannklemmen ΔLE. Das Messsignal ΔLM besteht deshalb aus der Summe der einzelnen Deformationsanteile ΔLM = ΔLP + ΔLF + ΔLK + ΔLE und bestimmt wesentlich die [[Maschinennachgiebigkeit|Nachgiebigkeit des Prüfsystems]]. Jede Konfigurationsänderung (Kraftmessdose (siehe: [[Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer]] und [[Piezoelektrischer Kraftaufnehmer]]), Verlängerungsgestänge, [[Prüfkörpereinspannung|Einspannklemmen]] oder Klemmeneinsätze, siehe: [[Zugversuch Nachgiebigkeit]]) verändert den Wert der Compliance. Es wird hieraus klar, dass mit einem größeren Wert der Verlängerung ΔL der E-Modul kleiner wird. Zur Vermeidung dieser Messeffekte sollte der [[Elastizitätsmodul]] unter Verwendung von Dehnmessfühlern oder Clip-On-Gauges gemessen werden, da dann diese Einflussgrößen außerhalb der Messlänge wirken und nicht erfasst werden.

Ist die Verwendung der Traversenwegmessung unvermeidbar, z. B. bei Prüfungen in einer Temperierkammer, dann sollte für benutzte Prüfkonfiguration die [[Zugversuch Nachgiebigkeit|Nachgiebigkeit]] bekannt sein oder ermittelt werden, um eine Korrektur der gemessen Dehnung vorzunehmen. Da sich die Compliance K auch auf die [[Prüfgeschwindigkeit]] auswirkt muss im Fall der Traversenwegmessung mit Kenntnis des Moduls M und der Einspannlänge L dann auch eine Korrektur der [[Traversengeschwindigkeit]] vorgenommen werden (Gl. 11), die den Anteil der Eigenverformung des Prüfsystems berücksichtigt.

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>\frac{d\varepsilon _{t}}{dt}=\frac{V_{T}}{L+A_{0}KM}</math>
|width="50px" |(11)
|}

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Bierögel, C.: Zugversuch an Kunststoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 117–137 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|DIN 53455 (1981-08): Prüfung von Kunststoffen – Zugversuch (zurückgezogen)
|-valign="top"
|[3]
| DIN 53457 (1987-10): Prüfung von Kunststoffen – Bestimmung des Elastizitätsmoduls im Zug-, Druck- und Biegeversuch (zurückgezogen)
|-valign="top"
|[4]
|DIN EN ISO 527-2 (2012-06): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 2: Prüfbedingen für Form- und Extrusionsmassen
|}

[[Kategorie:Zugversuch]]

Zugversuch Einflüsse - Versionsgeschichte

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