Biegeversuch

 

 

 

Für die Biegeprüfung an faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und an Sandwichstrukturen (Kernverbunden) werden meist die Verfahren nach DIN EN ISO 14125, DIN EN ISO 178 und DIN 53293 verwendet. Es kann eine 3-Punkt oder 4-Punkt-Belastung im Biegeversuch zum Einsatz kommen.

Mittels der verschiedenen Prüfverfahren für FVK werden die Biegefestigkeit und der Biegemodul unter einer Biegebeanspruchung der Probe bei definierten Prüfbedingungen ermittelt. Das Prinzip der Biegeprüfung besteht in einer zweiteiligen Biegevorrichtung, in der der Probekörper als Biegebalken zwischen zwei äußeren Auflagern eingespannt und über ein (3-Punkt) oder zwei (4-Punkt) innere Auflager belastet wird. Die Prüfung erfolgt bei konstanter Geschwindigkeit bis zu einer vorgegebenen Verformung oder bis zum Versagen der Probe. Als Ergebnis werden die Biegespannung und der Biegemodul ermittelt.

Bei der Beanspruchung von Composite- oder Sandwich-Material auf 4-Punkt-Biegung stellt sich zwischen den inneren Auflagern ein über die Probekörperlänge konstanter Dehnungs- und Biegeverlauf ein, was ein Vorteil gegenüber dem 3-Punkt-Biegeversuch darstellt. Es ist zu beachten, dass beim 4-Punkt- Biegeversuch zwischen den äußeren und den inneren Auflagern eine zusätzliche Schubbeanspruchung auftritt. Die Auflagerabstände, d.h. die Hebelarme sind so zu wählen, dass die Schubfestigkeit des Werkstoffs unterschritten wird. Der Prüfbereich zwischen den inneren Auflagern ist frei von Schubspannungen.

Wir beraten Sie gerne zu den Besonderheiten des Biegeversuchs. Neben der statischen Biegeprüfung bieten wir auch die dynamische Biegeprüfung mit unserer innovativen Wechselbiegevorrichtung an.

Biegeprüfung an Flachprobekörpern nach DIN EN ISO 14125:1998-06 bzw. ASTM D 790-10

  • Referenz-Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von FVK
  • Für Laminate aus thermo- oder duroplastischen Matrixsystemen und UD-Gelege bzw. -Gewebe
  • Faserorientierung: 0° bzw. 90° bzw. 0°/90°
  • Probekörpergeometrie: 80…100mm x 10…15mm x 2…4mm
  • Aufdoppler: nicht notwendig
  • Dehnungsmessstreifen: 1 (bei 3-Punkt) bzw. 2 (bei 4-Punkt) Stück je Probekörper in Längsrichtung

Der Biegeversuch nach DIN EN ISO 14125 ist ein Drei- oder Vierpunkt-Biegeverfahren zur Ermittlung der Biegeeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen. Es wird mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Versagen oder bis zu einer vorgegebenen Verformung geprüft, wobei die aufgebrachte Kraft sowie die Durchbiegung gemessen werden. Der Prüfkörper besteht aus endlosfaserverstärkten thermo- oder duroplastischen Kunststoffen (unverstärkte, gefüllte oder kurzfaserverstärkte Kunststoffe: s. ISO 178) mit einer Faserorientierung von 0° bzw. 0°/90°. Er ist rechteckig und flach und kann beispielsweise aus dem Mittelteil eines Norm-Vielzweckprobekörpers hergestellt werden.Beim Vierpunkt-Biegeverfahren entsteht zwischen den beiden Druckfinnen ein konstantes Biegemoment. Im Vergleich zum Dreipunkt-Biegeverfahren sind die Druckspannungen an den mittig angreifenden Druckfinnen geringer.

Hinweis: Das Verfahren ist nicht für die Bestimmung von Kennwerten geeignet. Es kann für vergleichende Werkstoffprüfungen oder zur Qualitätskontrolle verwendet werden.

Dreipunkt-Biegeprüfung an Flachprobekörpern nach DIN EN ISO 178:2003-06

  • Standard-Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von FVK
  • Für Thermo- oder Duroplaste mit Kurzfaserverstärkung
  • Faserorientierung: 0° bzw. 90° bzw. 0°/90°
  • Probekörpergeometrie: 80mm x 10mm x  4mm
  • Aufdoppler: nicht notwendig
  • Dehnungsmessstreifen: 1 Stück je Probekörper in Längsrichtung

Der Biegeversuch nach DIN ISO 178 ist ein Dreipunkt-Biegeverfahren zur Ermittlung der Biegeeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen. Es wird mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Versagen oder bis zu einer vorgegebenen Verformung geprüft, wobei die aufgebrachte Kraft sowie die Durchbiegung gemessen werden. Die Prüfkörper bestehen aus unverstärkten, gefüllten oder kurzfaserverstärkten thermo- oder duroplastischen Kunststoffen (lang- und endlosfaserverstärkte Kunststoffe: s. ISO 14125). Er ist rechteckig und flach und kann beispielsweise aus dem Mittelteil eines Norm-Vielzweckprobekörpers hergestellt werden.

Es sollte beachtet werden, dass sich besonders bei teilkristallinen Polymeren die Formgebungsbedingungen stark auf die Biegeeigenschaften auswirken. Diese Parameter sollten sorgfältig überwacht und aufgezeichnet werden, wenn vergleichbare Kennwerte erforderlich sind.

Hinweis: Das Verfahren ist nur für die Bestimmung von Konstruktionskennwerten bei Materialien mit linearem Spannungs-Dehnungs-Verhalten geeignet. Bei nichtlinearem Werkstoffverhalten sind die Biegeeigenschaften nur qualitativ messbar. Es wird empfohlen, die Biegeprüfung nur an spröden Werkstoffen vorzunehmen, die im Zugversuch schwierig zu prüfen sind.

Dreipunkt-Biegeprüfung an Flachprobekörpern nach DIN EN 2562:1997-05

  • Standard-Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von carbonfaserverstärkten FVK für die Luft- und Raumfahrt
  • Für Laminate aus thermo- oder duroplastischen Matrixsystemen und UD-Gelege
  • Faserorientierung: 0°
  • Probekörpergeometrie: 100mm x 10mm x 2mm
  • Aufdoppler: nicht notwendig
  • Dehnungsmessstreifen: nicht notwendig, da Einrichtung zur Aufzeichnung der Durchbiegung vorhanden

Der Biegeversuch nach der Luft- und Raumfahrtnorm DIN EN 2562 ist ein Dreipunkt-Biegeverfahren zur Ermittlung der Biegeeigenschaften von unidirektionalcarbonfaserverstärkten Kunststoffen (Glasfaserverstärkung: s. EN 2746). Es wird mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Versagen geprüft, wobei die Durchbiegung abhängig von der aufgebrachten Kraft gemessen wird. Der Probekörper ist rechteckig und flach und kann beispielsweise aus dem Mittelteil eines Norm-Vielzweckprobekörpers hergestellt werden. Die Länge des Probekörpers ist faserparallel.Um zu verhindern, dass der Bruch infolge von Schubbelastung auftreten kann und Verformungen infolge Schubbeanspruchung zu vermeiden, wird der Probekörper mit einem ausreichend großen Auflagerabstand geprüft (80% der Probekörperlänge).

Hinweis: Der nach diesem Verfahren bestimmte Biegemodul ist nur als Richtwert im Vergleich zum eigentlichen E-Modul anzusehen.

Dreipunkt-Biegeprüfung an Flachprobekörpern nach DIN EN 2746:1998-10

  • Standard-Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von glasfaserverstärkten FVK für die Luft- und Raumfahrt
  • Für Laminate aus thermo- oder duroplastischen Matrixsystemen und UD-Gelege bzw. -Gewebe
  • Faserorientierung: 0° bzw. 0°/90°
  • Probekörpergeometrie: 60mm x 15mm x 3mm
  • Aufdoppler: nicht notwendig
  • Dehnungsmessstreifen: nicht notwendig

Der Biegeversuch nach der Luft- und Raumfahrtnorm DIN EN 2746 ist ein Dreipunkt-Biegeverfahren zur Ermittlung der Biegeeigenschaften von unidirektionalglasfaserverstärkten Kunststoffen (Carbonfaserverstärkung: s. EN 2562). Es wird mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Versagen geprüft, wobei die Durchbiegung abhängig von der aufgebrachten Kraft gemessen wird. Dabei werden die Werte der geforderten Eigenschaften bei festgelegter Durchbiegung, maximaler Kraft und beim Bruch aufgezeichnet. Der Probekörper ist rechteckig und flach.Es können drei unterschiedliche Brucharten auftreten: durch Zugspannung an der Oberfläche ausgelöst, durch Druckspannung an der Oberfläche ausgelöst, durch Schubspannung ausgelöster Bruch im Inneren. Die Bruchart wird für jeden Prüfkörper angegeben.

Mit diesem Verfahren werden bestimmt:

  • Biegespannung und Durchbiegung bis zum Bruch, wenn der Probekörper vor oder bei Erreichen der festgelegten Durchbiegung bricht.
  • Biegespannung bei festgelegter Durchbiegung, wenn der Werkstoff oberhalb der festgelegten Durchbiegung brechen.
  • Biegefestigkeit der Probekörper, die die maximale Belastung vor oder bei der festgelegten Durchbiegung erreichen.
  • Biegefestigkeit oder Biegespannung beim Bruch, falls in der Werkstoffnorm gefordert.
  • Biegemodul. Es ist zu beachten, dass der Biegemodul nur als ein angenäherter Wert des E-Moduls zu betrachten ist.

Biegeprüfung an Flachprobekörpern nach ASTM D 7264-07

  • Standard-Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von FVK
  • Für Laminate aus thermo- oder duroplastischen Matrixsystemen und UD-Gelege bzw. -Gewebe
  • Verfahren für Dreipunkt- und Vierpunkt-Biegeprüfung
  • Faserorientierung: 0° bzw. 0°/90°
  • Probekörpergeometrie: 160mm x 13mm x 4mm
  • Aufdoppler: nicht notwendig
  • Dehnungsmessstreifen: 1 Stück je Probekörper in Längsrichtung

Der Biegeversuch nach ASTM D 7264-07 ist ein Drei- oder Vierpunkt-Biegeverfahren zur Ermittlung der Biegeeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen. Es wird mit konstanter Geschwindigkeit von 1mm/s bei Standardprüfkörpern bis zum Versagen oder bis zu einer vorgegebenen Verformung geprüft, wobei die aufgebrachte Kraft sowie die Durchbiegung gemessen werden. Der Prüfkörper besteht aus faserverstärkten thermo- oder duroplastischen Kunststoffen. Er ist rechteckig und flach und weist ein Länge:Höhe-Verhältnis von 32:1 auf.

Beim Vierpunkt-Biegeverfahren entsteht zwischen den beiden Druckfinnen ein konstantes Biegemoment. Im Vergleich zum Dreipunkt-Biegeverfahren sind die Druckspannungen an den mittig angreifenden Druckfinnen geringer.

Hinweis: Das Versagen muss auf der Außenseite des Probekörpers auftreten. Andere Versagensarten wie interlaminare Scherbeanspruchung oder Zerdrücken unter den Auflagern bzw. der Druckpinne müssen ausgeschlossen sein, um nutzbare Werte aus dem Versuch zu erhalten.