Druckversuch

Druckversuch

Der Druckversuch dient der Beurteilung des Werkstoffverhaltens bei einachsiger Druckbeanspruchung, wobei als Prüfkörper rechtwinklige Prismen, Zylinder oder Rohre verwendet werden können.

Im Bild werden eine Druckprüfanlage und der Prüfablauf schematisch dargestellt.

Bild: Druckprüfanordnung und Schema der Belastung eines Druckprüfkörpers

Die messtechnischen Voraussetzungen für die exakte Durchführung eines Druckversuches sind :

• Druckplatten und Prüfmaschine müssen im prüfkörper einen einachsigen Last- und Spannungszustand erzeugen
• Punkt M muss zentrisch in der Druckfläche und der Lastlinie der Prüfmaschine liegen (selbstständiges Parallelstellen der Druckteller)

Obwohl eine Vielzahl unterschiedlicher, werkstoffseitig orientierter Normen für die Prüfung der mechanischen Eigenschaften unter uniaxialer Druckbeanspruchung existiert, hat der Druckversuch – von einigen Spezialfällen abgesehen – grundsätzlich nicht die Bedeutung erlangen können, wie zum Beispiel der Zugversuch oder Biegeversuch oder die Prüfung der Härte.

Dieser Sachverhalt ist durch die relativ geringe Praxisrelevanz der Druckbeanspruchung und die versuchstechnischen Probleme begründet, so dass sich die Anwendung des Druckversuches auf spezielle Anwendungsfälle und/oder ausgewählte Werkstoffe beschränkt. Dazu gehören Baustoffe (Beton, Polymerbeton, Ziegel, Holz, Schaumstoffe u.a.), Werkstoffe, die in Dämpfern, Gleitlagern und Dichtungen u.ä. eingesetzt werden (Kupferlegierungen, Polyamid, Polyethylen, Gummi u.a.) und Verpackungsmaterialien (Pappe, Schaumstoffe u.a.).

Die Harmonisierung der Normen auf internationaler Ebene ist nicht so weit fortgeschritten, wie es z.B. bezüglich der Härteprüfung oder des Zugversuches zu beobachten ist.

Die nachfolgend aufgeführten Prüfnormen (siehe auch Literaturverzeichnis) werden für die verschiedenartigen Kunststoffe

• Kunststoffe allgemein: DIN EN ISO 604
• Elastomere: DIN ISO 7743
• Polymerbeton: DIN 51290-3
• Schaumstoffe: ISO 844, DIN EN ISO 3386
• Faserverstärkte Kunststoffe: DIN EN 2850, ASTM D 5467, DIN 65380, DIN 65375

angewendet, wobei die DIN EN ISO 604 sicherlich die weiteste Verbreitung gefunden hat.

Die DIN EN ISO 604 wird zur Untersuchung des Druckverformungsverhaltens von Prüfkörpern unter einer äußeren uniaxialen Druckbeanspruchung und zur Ermittlung der Druckfestigkeit, des Druck-E-Moduls und anderer Aspekte des Druckspannungs-Stauchungs-Zusammenhangs bei festgelegten Bedingungen angewandt.

Die DIN EN ISO 604 ist anwndbar für:

• steife und halbsteife thermoplastische Spritzguss- und Extrusionsformmassen, einschließlich gefüllter und verstärkter Formmassen
• steife und halbsteife duromere Formmassen, einschließlich gefüllter und verstärkter Formmassen und
• thermotrope flüssigkristalline Polymere

Das Verfahren ist im Allgemeinen nicht zur Anwendung bei textilfaserverstärkten Werkstoffen, harten Schaumstoffen und Schichtstoff-Verbundwerkstoffen mit Schaumkern geeignet, für die z.T. spezielle Normen entwickelt wurden.

Zur Durchführung des Verfahrens werden Prüfkörper verwendet, die entweder

• in den ausgewählten Maßen geformt wurden
• aus dem Mittelteil des Vielzweckprüfkörpers nach DIN EN ISO 3167 oder
• aus Fertigteilen oder Halbzeugen, wie Formteilen, Laminaten, extrudierten oder gegossenen Platten ausgearbeitet wurden.

Bild: Entnahme von Prüfkörpern für den Druckversuch aus dem Vielzweckprüfkörper Typ 1A

Durch die Verwendung von Vielzweckprüfkörpern nach ISO 3167 zur Herstellung von Dreipunktbiegeprüfkörpern (siehe SENB-Prüfkörper) nach DIN EN ISO 179 und Prüfkörper für den Druckversuch nach DIN EN ISO 604 wird sichergestellt, dass Prüfkörper mit einheitlichem inneren Werkstoffzustand hinsichtlich der Ausbildung morphologischer Strukturen und Orientierungen unter Zug-, Biege- und Druckbeanspruchung geprüft werden und die Ergebnisse mit gewissen Einschränkungen verglichen werden können.

Der Druck-E-Modul wird ebenfalls als Sekantenmodul zwischen 0,05% und 0,25% Stauchung nach folgender Gleichung bestimmt:

$E_{c}\,=\,{\frac {\sigma }{\varepsilon }}\,=\,{\frac {\sigma _{2}-\sigma _{1}}{\varepsilon _{2}-\varepsilon _{1}}}\,=\,{\frac {\Delta \sigma }{\Delta \varepsilon }}\,=\,{\frac {\Delta \sigma }{0{,}002}}$.

Bild: Bestimmung des Druck-E-Moduls nach dem Sekantenverfahren

Spröde (PS, PMMA) und zähe polymere Werkstoffe (PA) zeigen bedingt durch unterschiedliche Kraft-Deformations-Charakteristiken deutliche Unterschiede in den Spannungs-Stauchungs-Diagrammen. Während bei PS und PMMA ein Druckspannungsfließbereich entsteht, tritt bei spröden Epoxisharzwerkstoffen der Bruch bei der maximalen Kraft F_max auf; für PA muss ein Ersatzkennwert bei x % Stauchung (Quetschung) ermittelt werden.

Bild: Spannung-Stauchungs-Diagramme für verschiedene Kunststoffe

a – spröde Kunststoffe (EP) b – duktile Kunststoffe mit Druckfließspannung (PS) c – duktile Kunststoffe ohne Druckfließspannung (PMMA) d – duktile Kunststoffe ohne Bruch (PA)

Aus dem Druckspannungs ($\sigma$)-Stauchungs ($\epsilon$_c)-Diagramm können u.a. folgende Kenngrößen abgeleitet werden:

Literaturhinweise

• DIN EN ISO 604 (2003): Kunststoffe – Bestimmung von Druckeigenschaften
• DIN 53421 (1984): Prüfung von harten Schaumstoffen – Druckversuch
• ISO 844 (2004): Harte Schaumstoffe – Bestimmung der Druckeigenschaften
• ASTM D 695 a (2002): Standard Test Method for Compresssive Properties of Rigid Plastics