Kerbschlagzugversuch

Kerbschlagzugversuch, instrumentierter

Der instrumentierte Kerbschlagzugversuch wird mit dem Ziel der Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte von Folien und Elastomeren, jedoch auch von thermoplastischen Kunststoffen, durchgeführt.

Durch die Instrumentierung von Schlagzug-Pendelschlagwerken, d.h. die Anbringung von Dehnmessstreifen oder eines Piezokraftaufnehmers zur Aufzeichnung des Kraft-Zeit-Verlaufes, wird ein Wissenszuwachs bezüglich der Bewertung der Zähigkeitseigenschaften erreicht. Es ist möglich, unterschiedliche Energieanteile an der Gesamtverformung zu definieren und zu bewerten sowie Messgrößen wie Maximalkraft Fmax und die zugehörige Verformungsgröße l_max zu ermitteln. Die Messgrößen liefern im Rahmen eines Werkstoffvergleiches oder im Rahmen einer Werkstoffoptimierung wichtige Hinweise zur Interpretation der ermittelten Risszähigkeitskennwerte.

Für die Untersuchungen werden doppelseitig metallklingengekerbten Prüfkörper (DENT-Prüfkörper, siehe Bild) verwendet.

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Bild: Doppelseitig gekerbter Prüfkörper für die Durchführung des Kerbschlagzugversuches

Die Auswahl des zu verwendenden Pendelhammers, und damit der maximal angebotenen Energie, erfolgt in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu untersuchenden Werkstoffes. Teilweise verfügen die Pendelschlagwerke auch über Zusatzeinheiten zur definierten Einstellung des Fallwinkels und damit der Pendelhammergeschwindigkeit. Das bedeutet, die bruchmechanischen Eigenschaften von Kunststoffen können in diesem Fall auch in Abhängigkeit von der Beanspruchungsgeschwindigkeit charakterisiert werden. Die Prüfkörper haben die Abmessungen L mindestes 64 mm, W = 10 mm und die Gesamtkerbtiefe a = 2 mm. Die Einspannlänge l₀ beträgt 30 mm. Die Versuchsanordnung ist in folgenden Bildern dargestellt.

Im Ergebnis des instrumentierten Kerbschlagzugversuches erfolgt auf der Grundlage der ausgewerteten Kraft-Verlängerungs-Diagramme die Berechnung von bruchmechanischen Zähigkeitskennwerten. Bei diesen Zähigkeitskennwerten handelt es sich bevorzugt um J_d-Werte, die den Widerstand des untersuchten Werkstoffes gegen die Ausbreitung eines instabilen Risses quantifizieren. Ein Vorteil dieser Kennwerte im Vergleich zu der im konventionellen Kerbschlagzugversuch ermittelten Kerbschlagzugzähigkeit a_tN besteht beispielsweise in ihrer besonderen Struktursensitivität.

Literaturhinweise

• MPK-Prozedur „MPK-IKZV“(2009-10): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagzugversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagzugversuch
• Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München Wien, (2005), 1. Auflage, S. 289ff, (ISBN 3-446-22086-0)
• K. Reincke: Bruchmechanische Bewertung von gefüllten und ungefüllten Elastomerwerkstoffe. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2005)