Kerbschlagzugversuch

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Kerbschlagzugversuch, konventioneller

Allgemeines

Das Ziel des konventionellen Kerbschlagzugversuches nach DIN EN ISO 8256 „Kunststoffe – Bestimmung der Schlagzugzähigkeit“ besteht darin, das Verhalten von Prüfkörpern unter verhältnismäßig hoher Schlaggeschwindigkeit zu untersuchen und die Zähigkeit bzw. Sprödigkeit von Kunststoffen und Elastomeren zu bewerten [1].

Prinzipiell eignet sich der Kerbschlagzugversuch (Verwendung gekerbter Prüfkörper) besonders für die Untersuchung solcher Werkstoffe, für die die Durchführung von Schlagbiegeversuchen und Kerbschlagbiegeversuchen nach Charpy (Dreipunktbiegeanordnung) aufgrund der Prüfkörperbeschaffenheit (Dicke, Flexibilität) ungeeignet ist. Sehr dünne, z. B. aus Folien hergestellte oder sehr flexible Prüfkörper (Elastomerwerkstoffe), können demzufolge einer Schlagbeanspruchung unterworfen und somit ihre Zähigkeitseigenschaften unter schlagartigen Beanspruchungsbedingungen bewertet werden.

Durchführung der Methode

Die Prüfung erfolgt beim Kerbschlagzugversuch mit verhältnismäßig hoher Verformungsgeschwindigkeit. Das Verfahren eignet sich für Prüfkörper, die aus Formmassen hergestellt sind oder aus Halbzeugen und Formteilen entnommen sind und wird zur Produktions- und Qualitätskontrolle genutzt. Mit dem konventionellen Kerbschlagzugversuch ist es außerdem möglich, das mechanische Anisotropieverhalten zu erfassen, indem Prüfkörper in unterschiedlichen Richtungen aus Prüfplatten oder Bauteilen (siehe Bauteilprüfung) entnommen und geprüft werden.

Für die Durchführung derartiger Experimente werden Pendelschlagwerke verwendet, die mit den für Schlagzugversuche notwendigen Zusatzausrüstungen wie speziellen Pendelhämmer und Einspannvorrichtungen versehen sind (Beispiel Resil Impactor der Fa. Ceast).

Bild 1:

Pendelschlagwerk Resil Impactor der Fa. Ceast zur Durchführung von Schlag- und Kerbschlagzugversuchen

Die Abmessungen der Prüfkörper zur Bestimmung der Kerbschlagzugzähigkeit betragen:

Länge L	=	80 mm
Breite W	=	10 mm

Kerbtiefe a, der beidseitigen Kerben je 2 mm

Für die Durchführung von Kerbschlagzugversuchen werden die Prüfkörper mittels fester Klemmvorrichtung auf der einen Seite und Querjocheinspannung auf der anderen Seite innerhalb der Prüfeinrichtung fixiert. Nach dem Auslösen des Pendelhammers aus seiner Auslenkungsposition werden die Prüfkörper in Längsrichtung bis zum Bruch belastet.

Kenngrößen

Im Ergebnis des Experimentes wird die Schlagarbeit E_c ermittelt und nachfolgend die konventionelle Kerbschlagzugzähigkeit a_tN bestimmt:

$a_{tN}\,=\,{\frac {E_{c}}{b_{N}\cdot h}}$

Eine umfassende Literaturanalyse zu der konventionellen Schlagzugzähigkeit a_tN für zahlreiche Kunststoffe ist in [2] enthalten.

Für die Ermittlung von bruchmechanischen Kenngrößen von Folien und Elastomeren ist eine Instrumentierung des konventionallen Kerbschlagzugversuches mit Kraft- und Wegsensoren erforderlich. Die Methode des instrumentierten Kerbschlagzugversuches erhöht die Aussagefähigkeit der gewonnenen Ergebnisse und ermöglicht eine Optimierung der Werkstoffeigenschaften sowie eine verbesserte Bewertung des Einsatzverhaltens von Bauteilen [3].

Literaturhinweise

[1]	DIN EN ISO 8256 (2005-05): Kunststoffe – Bestimmung der Schlagzugzähigkeit
[2]	Reincke, K., Grellmann, W.: Tensile-Impact Toughness. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) S. 236–240, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe AMK-Büchersammlung unter A 16)
[3]	Reincke, K.: Elastomere Werkstoffe – Zusammenhang zwischen Mischungsrezeptur, Struktur und mechanischen Eigenschaften sowie dem Deformations- und Bruchverhalten. Habilitation. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Shaker Verlag (2016), (ISBN 978-3-8440-4637-3; siehe AMK-Büchersammlung unter B 2-2)