Normklimate

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Normklimate/Normalklimate

Allgemeines

Eigenschaften von Materialien können durch Umgebungsbedingungen beeinflusst werden. Zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit von Messergebnissen geben deshalb viele Prüfnormen Bedingungen für die Lagerung (Vorbereitung bzw. Konditionierung) und die Prüfung vor.

Während es im Bereich der Metallprüfung durchaus üblich ist, die Anforderungen ohne weiteren Normverweis direkt in der jeweiligen Prüfnorm zu definieren (siehe auch Tabelle 2), wurden für andere Werkstoffgruppen übergeordnete Normen entwickelt, die die grundlegenden Bedingungen definieren.

Die relevanten Normen, allen voran die ISO 554 [1], verwenden dabei Begrifflichkeiten, deren eigentliche Bedeutungen im meteorologischen Sinne deutlich von der Nutzung in der Werkstoffprüfung abweichen. So werden in der Norm die Begriffe "standard atmospheres" bzw. "climates" verwendet. Davon abgeleitete Normen [2–4] bedienen sich (auch in der deutschen Übersetzung) ähnlichen Begriffen. Praktisch reduziert die Werkstoffprüfung die Festlegung des "Klimas" jedoch auf die Faktoren Temperatur und Luftfeuchte. Auch die allgemein mit dem Begriff Klima verbundende Zeitkomponente (in Abgrenzung zum Begriff Wetter) spielt in der Werkstoffprüfung keine Rolle. Der Fokus liegt hier auf de facto konstanten Bedingungen für einen sehr kleinen Zeitraum (Stunden bis Tage).
Andere Klimafaktoren, wie Strahlung (Sonne) oder Nässe (Regen, Hagel, Schnee) werden durch die oben genannten Normen nicht betrachtet. Es kann unterstellt werden, dass für reproduzierbare Prüfungen ein (geschlossener) Raum notwendig ist, in dem die Temperatur und bei Bedarf auch die Luftfeuchte geregelt werden können. Die genannten zusätzlichen Klimaelemente wären damit nur bei Messungen im Freien relevant. Dass es, vor allem bei Kunststoffen, jedoch auch hinter Fensterglas zu UV-bedingten Alterungserscheinungen kommen kann, muss bei der Lagerung von Proben beachtet werden.
Für den zulässigen Luftdruck gibt es nur in der ISO 554 [1] und der DIN EN ISO 291 [2] eine Festlegung. Luftgeschwindigkeiten erwähnt ausschließlich die DIN EN ISO 291.

Normalklimate

In der folgenden Tabelle sind die Temperaturen und relativen Luftfeuchtigkeiten der in verschiedenen Normen definierten Normalklimate gegenübergestellt.

Tabelle 1: Überblick über definierte Normalklimate

Norm	Bezeichnung	Temperatur (°C)	relative Luftfeuchte (%)	Bemerkung
ISO 554 (allgemein)	23/50	23 ± 2 23 ± 1	50 ± 5 50 ± 2	empfohlen
	27/65	27 ± 2 27 ± 1	65 ± 5 65 ± 2	tropisch
	20/65	20 ± 2 20 ± 1	65 ± 5 65 ± 2	für spezielle Anwendungen
ISO 139 (Textilien)	20/65	20 ± 2	65 ± 4	Standard
	23/50	23 ± 2	50 ± 4	alternativ
ISO 187 (Papier, Pappe)	23/50	23 ± 1	50 ± 2	Standard
	27/65	27 ± 1	65 ± 2	tropisch
ISO 291 (Kunststoffe)	23/50	23 ± 1 23 ± 2	50 ± 5 50 ± 10	nicht tropisch
	27/65	27 ± 1 27 ± 2	65 ± 5 65 ± 10	tropisch

In der Metallprüfung wird vor allem der Einfluss der Luftfeuchte auf die Prüfung als nicht relevant eingestuft und auch die Temperaturtoleranzen sind größer:

Tabelle 2: Prüfbedingungen für ausgewählte Prüfungen an Metallen

Norm	Temperatur (°C)
ISO 148-1 (Charpy)	23 ± 5
ISO 6891-1 (Zugversuch)	10 – 35 (bei kontrollierten Bedingungen: 23 ± 5)
ISO 6506-1 (Brinellhärte)	10 – 35 (bei kontrollierten Bedingungen: 23 ± 5)

Bedeutung der Normklimate in der Kunststoffprüfung

Neben einer möglichst fehlerfreien Herstellung der Prüfkörper muss auch die Konstanz des inneren Prüfkörperzustands bezüglich der enthaltenen Feuchte gewährleistet werden. Geringe Veränderungen in der Umgebungstemperatur und/oder dem Feuchtegehalt der Prüfkörper führen zu Änderungen im Kennwertniveau. Aus diesem Grund wurden so genannte „Normklimate“ festgelegt, die hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchte den Durchschnittsbedingungen der gemäßigten europäischen Klimazone genügen und damit praxisnahe Konditionen simulieren. Laut der für Kunststoffe relevanten Norm DIN EN ISO 291 [2] beträgt die Lufttemperatur 23 °C und die relative Luftfeuchtigkeit 50 %. Entsprechend den verschiedenen Abweichungsbereichen sind zwei Klassen angegeben. In der Klasse 1 wird eine zulässige Abweichung in der Temperatur von ± 1 °C und der relativen Luftfeuchte von ± 5 % und in der Klasse 2 in der Temperatur von ± 2 und der relativen Luftfeuchte von ± 10 % gefordert.

Die einfachste Methode zur Gewährleistung eines konstanten Prüfklimas ist die Klimatisierung des gesamten Prüflaboratoriums. Ein akkreditiertes Prüflaboratorium, das durch entsprechende Vorgaben verpflichtet ist, die Umgebungsbedingungen zu protokollieren, kann dies zum Beispiel mithilfe raumweiser Klimadatenlogger umsetzen.

Konditionierung

Für die Ermittlung von Kennwerten mit den Standardprüfmethoden ist die Einstellung des Prüfkörpers auf das entsprechende Normklima häufig ausreichend. Die Prüfkörper werden zu diesem Zwecke konditioniert. Dabei nehmen die Prüfkörper die Temperatur der umgebenden Luft an, wobei die Zeitdauer der Konditionierung von der Anfangstemperatur und der Geometrie, speziell der Prüfkörperdicke abhängt. Zwischen dem Feuchtegehalt der Prüfkörper und der Umgebung stellt sich in Abhängigkeit von der Diffusionskonstante des Kunststoffes ein Gleichgewichtszustand ein.

DIN EN ISO 291 [2] verweist bei den Anforderungen an die Konditionierung auf die einschlägigen Werkstoffprüfnormen. Wenn es keine anderslautenden Vorgaben gibt, wird eine Lagerung von mindestens 88 h bei einem der definierten Normklimate vorgeschrieben. Bei Kunststoffen, deren Eigenschaften eine vernachlässigbare Abhängigkeit vom Feuchtezustand aufzeigen, geht man davon aus, dass diese Zeitdauer ausreicht, auch wenn sich kein Feuchtegleichgewicht einstellt. Fehlt die Kenntnis über das Werkstoffverhalten, wird statt dessen auf die DIN EN ISO 62 [5] und die dort definierte t₇₀-Zeit hingewiesen, also die Zeit, bei der 70 % Wassersättigung erreicht sind.

Für eine reine Temperaturangleichung reichen nach Norm bereits 4 Stunden aus.

Für Kunststoffe mit einer ausgeprägten Abhängigkeit der Eigenschaften vom Feuchtegehalt haben sich andere Methoden der Konditionierung als die Lagerung im Normklima etabliert. Besonders hervorzuheben sind hier Polyamide (Kurzzeichen: PA), die unter Normbedingungen in Abhängigkeit vom Matrixtyp sowie Füll- und Verstärkungsstoffen Feuchtigkeit aufnehmen. Je nach Anforderung werden diese spritztrocken oder konditioniert geprüft. Der Gleichgewichtszustand kann dabei mittels beschleunigter Konditionierung nach DIN EN ISO 1110 [6] erreicht werden. Dazu werden die Prüfkörper bei 70 °C und 62 % relativer Luftfeuchte bis zur Massekonstanz gelagert.

Generell werden zur Einstellung der Luftfeuchtigkeit heute bevorzugt Klimaschränke eingesetzt. Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung von Exsikkatoren, wo die relative Luftfeuchtigkeit mit Hilfe von verschiedenen gesättigten Salzlösungen bei unterschiedlichen Temperaturen gezielt einstellbar ist [7].

Bild 1:

Klimaschrank VIT 280 der Fa. Vötsch Industrietechnik GmbH, Bailingen

Eine umfangreiche Zusammenstellung über die Konditionierzeiten zum Erreichen des Temperaturgleichgewichtes in Abhängigkeit von der Prüfkörpergeometrie für prismatische und zylindrische Prüfkörper wird von Brown [8] angegeben.

Prüfung

Die meisten Kunststoffprüfnormen fordern eine Prüfung unter den gleichen klimatischen Bedingungen wie die der Konditionierung. Zeiträume, in denen sich die Prüfkörper außerhalb kontrollierter Umgebungsbedingungen befinden, sollen minimiert werden. Als Orientierung dient hier zum Beispiel die DIN EN ISO 6603-2 [9] (siehe auch: Durchstoßversuch). Dort wird erwähnt, dass eine Transferzeit von trockenen Polyamid-Prüfkörpern von bis zu 30 Minuten keinen wesentlichen Einfluss auf die Prüfergebnisse hat.

Sollen Kennwerte bei vom Normklima abweichenden Bedingungen ermittelt werden, kommen auch geschlossene Temperierkammern zum Einsatz, die an Universalprüfmaschinen (siehe: Materialprüfmaschine) adaptiert werden. Erfahrungsgemäß reichen bei Vielzweckprüfkörpern mit einer Dicke von 4 mm ca. 30 min für die Vortemperierung aus. Falls gleichzeitig ein einzuhaltender Feuchtewert vorgegeben ist, muss eine Medienkammer eingesetzt werden.

Ob dabei die gesamte Prüfung in einer entsprechenden Kammer durchzuführen ist, oder ob es ausreicht, den Prüfkörper entsprechend zu temperieren/konditionieren und die Prüfung dann im Normklima durchzuführen, hängt auch von der Zeitdauer der Prüfung und den Vorgaben des Prüfverfahrens ab. Beispiel: Bei strenger Auslegung der DIN EN ISO 179-1 [10] (siehe auch: Schlagbiegeversuch) wäre eine Prüfung im gleichen Klima wie die Konditionierung durchzuführen. Die vom prinzipiellen Versuchsablauf her identische Prüfnorm DIN EN ISO 179-2 [11] (siehe auch: Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch) beschreibt jedoch einen Transfer des Prüfkörpers aus der Temperierung zur Prüfeinrichtung und legt fest, dass zwischen Entnahme und Prüfung maximal 10 Sekunden liegen dürfen. Dies impliziert, dass die Prüfung selbst im Normklima stattfindet, das Prüfgerät also nicht temperiert wird.
Deutlicher formuliert ist es zum Beispiel in der VW PV 3989 [12]. Die dort beschriebene Kugelfallprüfung beschreibt eine Methode, bei der die gesamte Prüfeinrichtung für mindestens 24 h bei -20 °C gelagert werden muss. Der komplette Versuch ist in einer Kühltruhe durchzuführen.

Abgrenzung zur Alterung und medial-thermischen Beständigkeit

Die bisher genannten Normen [1–4] beschreiben lediglich die (Kurzzeit-)Angleichung eines Werkstoffs bzw. Prüfkörpers an normierte Umgebungsbedingungen unmittelbar vor einer durchzuführenden Prüfung. Für die praktische Anwendung eines Werkstoffs ist aber auch dessen Langezeitverhalten relevant. Deshalb hat die Prüfung der Alterungsbeständigkeit (siehe: Alterung) von Kunststoffen zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Die Normung deckt diesen Teil der Kunststoffprüfung nur bedingt ab. Vielmehr definieren die Kunststoffverarbeiter in Liefervorschriften oder Lastenheften durchzuführende Auslagerungen und entsprechende Prüfmethoden zur Charakterisierung des Alterungsverhaltens selbst. Typisch sind Prüfungen der Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit in Abhängigkeit von einer Auslagerung in verschiedenen Medien. Zur Ermittlung der medial-thermischen Beständigkeit werden die Prüfkörper bei differierenden Temperaturen und Medien (Öle, Wasserdampf, Waschlauge u. a.) z. B. zur Bestimmung der medialen Beständigkeit von Kunststoffen in Laugenbehältern bis zu 5.000 h, ausgelagert und anschließend wird das Kennwertniveau im Vergleich zum Ausgangszustand bestimmt. Bei diesen Langzeitversuchen ist eine typenreine Lagerung erforderlich, um eine gegenseitige Beeinflussung durch Wechselwirkungseffekte (z. B. Abbauprodukte durch Alterung) zu vermeiden.

Im Gegensatz zur Konditionierung, die sich, wie anfangs erwähnt, im Wesentlichen nur auf die Einhaltung von Temperatur und Luftfeuchte beschränkt, kann bei der Alterung auch die Strahlung als Klimaelement eine entscheidende Rolle spielen. Werkstoffe, die während ihrer Anwendung einer Belastung durch Strahlen (zum Beispiel Sonnenlicht) ausgesetzt sind, können im Labor gezielt "künstlich gealtert" werden. Dazu kommen Geräte zur künstlichen Bewitterung zum Einsatz. Ergänzend zu Klimaschränken, die typischerweise nur Temperatur und Luftfeuchte regeln, verfügen diese Geräte über Strahlungsquellen wie UV-Lampen oder Xenonbogenlampen, mit denen bestimmte Bereiche des elektromagnetischen Spektrums erzeugt werden können. Xenonbogenlampen dienen dabei zur Imitation des Sonnenlichts. Bei Bedarf können über Filter nicht gewünschte Spektralbereiche eliminiert werden.
Neben den mechanischen Prüfungen können hier zur Beschreibung des Alterungsverhaltens auch optische Verfahren wie die Farb- und Glanzmessung sinnvoll sein, um oberflächliche Veränderungen charakterisieren zu können.

Ändern sich durch die Auslagerungen der Feuchtegehalt bzw. das Volumen der Prüfkörper (Quellung, siehe Wasseraufnahme), so kann dies das Kennwertniveau beeinflussen und Alterungseffekte überlagern. In diesem Fall sollte vor der Prüfung ein definierter Feuchtezustand eingestellt werden, der eine Vergleichbarkeit, zum Beispiel mit dem Ausgangszustand, ermöglicht.

Siehe auch

• Alterung
• Aushärtung
• Formmasseprüfung
• Prüfklima
• Prüfkörper
• Wasseraufnahme

Literaturhinweise

[1]	ISO 554 (1976-07): Standard Atmospheres for Conditioning and/or Testing – Specifications
[2]	DIN EN ISO 291 (2008-08): Kunststoffe – Normalklimate für Konditionierung und Prüfung
[3]	DIN EN ISO 139 (2011-10): Textilien – Normalklimate für die Probenvorbereitung und Prüfung
[4]	DIN EN ISO 187 (2023-02): Papier, Pappe und Faserstoffe – Normalklima für die Vorbehandlung und Prüfung und Verfahren zur Überwachung des Klimas und der Probenvorbehandlung
[5]	DIN EN ISO 62 (2008-05): Kunststoffe – Bestimmung der Wasseraufnahme
[6]	DIN EN ISO 1110 (2019-09): Kunststoffe – Polyamide – Beschleunigte Konditionierung von Probekörpern
[7]	Bierögel, C.: Prüfkörperherstellung. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 35–37 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe AMK-Büchersammlung unter A 23)
[8]	Brown, R. (Ed.): Handbook of Polymer Testing: Physical Methods. Marcel Dekker, New York Basel (1999), (ISBN 978-0824701710; siehe AMK-Büchersammlung unter C 5)
[9]	DIN EN ISO 6603-2 (2023-11): Kunststoffe – Bestimmung des Durchstoßverhaltens von festen Kunststoffen – Teil 2: Instrumentierter Schlagversuch
[10]	DIN EN ISO 179-1 (2026-07): Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften – Teil 1: Nicht instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung
[11]	DIN EN ISO 179-2 (2020-09): Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften – Teil 2: Instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung
[12]	VW PV 3989 (2020-11): Kunststoffe für Bauteile im Exterieurbereich – Kugelfallprüfung