DIN 53504:2009-10
Inhalt
Seite
Vorwort ........................................................................................................................................................... 3 Einleitung........................................................................................................................................................ 4 1
Anwendungsbereich ........................................................................................................................ 5
2
Normative Verweisungen ................................................................................................................. 5
3
Begriffe .............................................................................................................................................. 5
4
Bezeichnung...................................................................................................................................... 6
5 5.1 5.2 5.3
Prüfgeräte .......................................................................................................................................... 6 Messgerät für die Dicke der Probekörper ...................................................................................... 6 Messmittel zur Bestimmung des Anfangsquerschnittes bei Ringen .......................................... 7 Zugprüfmaschine .............................................................................................................................. 7
6 6.1 6.2 6.3 6.4
Probekörper....................................................................................................................................... 8 Form der Probekörper ...................................................................................................................... 8 Herstellung der Probekörper ......................................................................................................... 10 Anzahl der Probekörper ................................................................................................................. 11 Messmarken .................................................................................................................................... 11
7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
Durchführung .................................................................................................................................. 11 Allgemeines..................................................................................................................................... 11 Messen der Probekörper................................................................................................................ 12 Einspannen der Schulterstäbe ...................................................................................................... 12 Durchführung des Zugversuches ................................................................................................. 13 Bestimmung der Spannungswerte ............................................................................................... 14
8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5
Auswertung ..................................................................................................................................... 14 Reißfestigkeit .................................................................................................................................. 14 Zugfestigkeit.................................................................................................................................... 15 Reißdehnung ................................................................................................................................... 15 Spannungswerte ............................................................................................................................. 16 Allgemeines..................................................................................................................................... 16
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Prüfbericht ....................................................................................................................................... 16
10 10.1 10.2 10.3
Präzision des Verfahrens ............................................................................................................... 17 Allgemeines..................................................................................................................................... 17 Wiederholgrenze ............................................................................................................................. 18 Vergleichgrenze .............................................................................................................................. 18
Literaturhinweise ......................................................................................................................................... 19
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DIN 53504:2009-10
Vorwort Dieses Dokument wurde vom NA 062-04-34 AA Prüfung der physikalischen Eigenschaften von Kautschuk und Elastomeren des Normenausschusses Materialprüfung (NMP) erarbeitet. Dabei wurde der Inhalt weitgehend an die Internationale Norm ISO 37:2005 Rubber, vulcanized or themoplastic Determination of tensile stress-strain properties angepasst. Zusammenhang mit der von der Internationalen Organization for Standardization (ISO) herausgegebenen Internationalen Norm ISO 37:2005 siehe Einleitung.
Änderungen Gegenüber DIN 53504:1994-05 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) es wurde in 5.1 auf die mittlerweile gültige Norm DIN ISO 23529 verwiesen; b) es wurde in 5.3 auf die mittlerweile gültigen Normen DIN EN ISO 7500-1 und DIN EN ISO 9513 verwiesen; c) die Berechnung der Dehnung bei der Ringprobe für die Bestimmung der Spannungswerte wurde ISO 37 angepasst; d) Verweis auf die Runddichtringe entsprechend des Reglements des Verbandes der Automobilindustrie e.V. (VDA); e) Einführung des Stabes S 1A in 6.1; f) auf die Beachtung der DIN ISO 23529 wird hingewiesen; g) Dickenschwankungen wurden einheitlich mit ± 2,0 % festgelegt; h) Schwankungstoleranzen für Vergleiche von Serienmessungen werden festgelegt; i) Schiedsfall wird erklärt.
Frühere Ausgaben DIN DVM 3504 = DIN 53504 Teil 1: 1938-11 DIN DVM 3504 = DIN 53504 Teil 2: 1940-12 DIN 53504: 1965-10, 1969-05, 1975-08, 1985-03, 1994-05
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DIN 53504:2009-10
Einleitung Bei der Modifizierung der hier vorliegenden DIN 53504 war es die Intension auf der einen Seite eine möglichst weitgehende Übereinstimmung mit der ISO 37 zu erreichen und auf der anderen Seite gleichzeitig die weiterreichenden Möglichkeiten und Vorteile der DIN 53504:1994-05 fortzuschreiben. Außerdem wird auf zusätzliche praxisrelevante Prüfmöglichkeiten abgehoben. Die detaillierten Informationen sind bei den jeweiligen Sachkapiteln aufgeführt. Allgemein sei darauf hingewiesen, dass der Ring R 2 beibehalten wurde, obwohl er in der ISO 37 nicht enthalten ist. Außerdem wird auf eine Möglichkeit verwiesen, die Fehlergrenzen der Längenänderungs-Messeinrichtungen für Schulterstäbe mit 2 % entsprechend der ISO 5893 festzulegen.
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DIN 53504:2009-10
1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt für die Ermittlung der Reißfestigkeit, der Zugfestigkeit, der Reißdehnung und der Spannungswerte von Probekörpern bestimmter Form aus Elastomeren beim Dehnen der Probekörper mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Reißen. Beim Zugversuch ist es zweckmäßig, die vollständige Kraft-Längenänderungs-Kurve oder wenigstens einzelne Punkte daraus aufzunehmen, weil durch die Reißfestigkeit und Reißdehnung allein das Verhalten von Elastomeren gegenüber Zugbeanspruchung nicht ausreichend gekennzeichnet ist.
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Normative Verweisungen
Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen). DIN 53598-1, Statistische Auswertung an Stichproben mit Beispielen aus der Elastomer- und Kunststoffprüfung
DIN EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe — Prüfung von statischen einachsigen Prüfmaschinen — Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen — Prüfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung
DIN EN ISO 7500-1 Beiblatt 1, Metallische Werkstoffe — Prüfung von Prüfmaschinen für statische einachsige Beanspruchung — Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen; Prüfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung; Allgemeines zu Anforderungen und zur Prüfung und Kalibr ierung von Zug-, Druck- und Biegeprüfmaschinen
DIN EN ISO 9513, Metallische Werkstoffe — Kalibrierung von Längenänderungs-Messeinrichtungen für die Prüfung mit einachsiger Beanspruchung
DIN ISO 5725-2, Genauigkeit (Richtigkeit und Präzision) von Messverfahren und Messergebnissen — Teil 2: Grundlegende Methode für die Ermittlung der Wiederhol- und Vergleichpräzision eines vereinheitlichten Messverfahrens
DIN ISO 23529:2007-01, Elastomere — Allgemeine Bedingungen für die Vorbereitung und Konditionierung von Prüfkörpern für physikalische Prüfverfahren (ISO 23529:2004)
ISO 37:2005, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tensile stress-strain properties
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Begriffe
Für die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe.
3.1 Reißfestigkeit R
Quotient aus der im Augenblick des Reißens gemessenen Kraft F R und dem Anfangsquerschnitt A0 des Probekörpers
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DIN 53504:2009-10
3.2 Zugfestigkeit max
Quotient aus der gemessenen Höchstkraft F max, und dem Anfangsquerschnitt A0 des Probekörpers ANMERKUNG Bei Elastomeren ist die beim Reißen auftretende Kraft F R im Allgemeinen auch die Höchstkraft F max, wenn der Zugversuch bei Raumtemperatur oder bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur durchgeführt wird.
3.3 Reißdehnung R
Quotient aus der im Augenblick des Reißens gemessenen Änderung LR – L0, der Messlänge LR und der Anfangsmesslänge L0 des Probekörpers ANMERKUNG Bei Ringprobekörpern ist L0 der Innenumfang des Ringes, bei Stabprobekörpern der festgelegte Abstand zwischen zwei Messmarken.
3.4 Spannungswert i
Quotient aus der bei Erreichen einer bestimmten Dehnung vorhandenen Zugkraft F i und dem Anfangsquerschnitt A0 ANMERKUNG 1 Bei Ringprobekörpern ist im Gegensatz zur Festlegung für die Reißdehnung die Dehnung auf den ursprünglichen mittleren Umfang U m der Ringe zu beziehen wie in ISO 37 festgelegt. Eine Berücksichtigung der Querkontraktion erfolgt nicht mehr. ANMERKUNG 2 Die Benennung Modul für solche Spannungswerte ist nicht richtig und deshalb zu vermeiden. Die Benennung Modul, z. B. Elastizitätsmodul, gilt in der Regel nur für Stoffe, bei denen zwischen Spannung und Formänderung eine Proportionalität besteht. Dies ist bei Elastomeren auch schon bei kleinen Formänderungen nicht der Fall. Es ist deshalb nicht möglich, „den“ Elastizitätsmodul für ein bestimmtes Elastomer anzugeben. ANMERKUNG 3 Neben dem Spannungswert kann auch der Dehnungswert nach ISO 37 bei zu vereinbarenden Zugspannungen bestimmt werden.
3.5 Kraft-Längenänderungs-Kurve Aufzeichnung der Beziehung zwischen Zugkraft und Längenänderung des Probekörpers während des Verlaufes des Zugversuches bis zum Reißen
4 Bezeichnung Die Bezeichnung des Zugversuches an Elastomeren nach dieser Norm ist unter Verwendung eines Probekörpers Ring R 1 wie folgt:
Prüfung DIN 53504 – R 1 Analog werden die Bezeichnungen für andere Ringe oder einen der Stäbe gewählt.
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Prüfgeräte
5.1 Messgerät für die Dicke der Probekörper Es ist ein Dickenmessgerät nach DIN ISO 23529:2007-01, 7.1, zu verwenden. Hierbei ist auch das Nationale Vorwort von DIN ISO 23529 zu berücksichtigen.
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DIN 53504:2009-10
5.2 Messmittel zur Bestimmung des Anfangsquerschnittes bei Ringen Für die Bestimmung des mittleren Anfangsquerschnittes bei Ringen ist eine Waage zur Messung des Ringgewichtes in Luft und in Wasser zu benutzen.
5.3 Zugprüfmaschine Die Zugprüfmaschine muss der Klasse 1 nach DIN EN ISO 7500-1 entsprechen. Die LängenänderungsMesseinrichtung muss der Klasse 1 nach DIN EN ISO 9513 entsprechen. Für Prüfungen außerhalb Raumtemperatur muss die Zugprüfmaschine mit einer temperierbaren Kammer versehen werden, die es gestattet, den Zugversuch bei der geforderten Temperatur durchzuführen. Die Temperatur der Kammer ist in der Nähe des Probekörpers zu messen und sollte während des Zugversuches auf ± 2 °C konstant gehalten werden. Weitere Einzelheiten siehe 7.1. Für die Prüfung von Ringen muss die Prüfmaschine mit einer angetriebenen und einer frei drehbaren Rolle (siehe Bild 1) ausgerüstet werden können. Der Weg der angetriebenen Rolle muss bei einer Umdrehung etwa 50 mm betragen. Es muss möglich sein, die Rollen so weit zusammenzufahren, dass die Ringe ungedehnt aufgelegt werden können. Maße in Millimeter
Legende Siehe Tabelle 1 Bild 1 — Rollen der Zugprüfmaschine Tabelle 1 — Maße der Rollen Ring
d 1
d 2
R1 R2
22,3 18,3
26 22
Maße in Millimeter Abstand der Rollenachsen bei Beginn des Versuches 35,0 28,7
Für die Prüfung von Schulterstäben muss die Zugprüfmaschine mit zwei Einspannklemmen ausgerüstet werden können. Die Einspannklemmen müssen so ausgearbeitet sein, dass sie jederzeit eine Zentrierung der Längsachse des Probekörpers in Richtung der Zugkraft erlauben. Dies kann z. B. durch Verwendung einer Hilfsvorrichtung (Schablone) erreicht werden. Der Schulterstab sollte so gehalten werden, dass ein Rutschen in den Einspannklemmen so weit wie möglich vermieden wird. Hierfür kommen vorzugsweise Einspannklemmen in Frage, die mit ansteigender Zugkraft den Druck auf den Schulterstab beibehalten oder sogar verstärken (selbstspannende Klemmen). Die Einspannklemmen dürfen keinen vorzeitigen Bruch am Schulterstab hervorrufen.
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Die Zugprüfmaschine sollte die Aufnahme von Kraft-Längenänderungskurven bzw. Spannungs-Dehnungskurven erlauben. Die Längenänderungs-Messeinrichtung muss zu jedem Zeitpunkt der Prüfung geeignet sein, die Änderung der Messlänge des Probekörpers zu bestimmen. Sie muss möglichst trägheitsarm sein. Wird die Messeinrichtung – im Gegensatz zu einer berührungslos arbeitenden – am Probekörper befestigt, darf weder eine Beeinträchtigung des Probekörpers noch ein Schlupf zwischen Messeinrichtung und Probekörper auftreten. ANMERKUNG Über die Fehlergrenzen der Längenänderungs-Messeinrichtung für Prüfungen von Kautschuken und Elastomeren gibt es bisher im DIN-Normenwerk keine Angaben. Aufgrund der hohen Dehnungen und der Unsicherheit der Stabilität der Fixierung der Längenänderungs-Messeinrichtungen lassen sich die Genauigkeitsangaben aus den Kunststoffnormen DIN EN ISO 527-1 und DIN EN ISO 527-4 nicht ohne weiteres anwenden. Deshalb ist es hierfür sinnvoll, die Angaben aus ISO 5893 zu übernehmen. Bezüglich der Längenänderungs-Messeinrichtung ist hier eine Fehlergrenze für den jeweiligen Messwert mit 2 % vorgesehen, wobei der Maschinenhersteller den kleinsten Messwert anzugeben hat, der diese Fehlergrenze bereits erfüllt.
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Probekörper
6.1 Form der Probekörper 6.1.1 Ringe Siehe Bild 2.
Legende Siehe Tabelle 2 Bild 2 — Ringe
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DIN 53504:2009-10
Tabelle 2 Maße der Ringe Maße in mm
Ring
Maße
R1
R2
Außendurchmesser
0,05 d 3 0
52,6
44,6
Innendurchmesser
0,05 d 4 0
44,6
36,6
4,0
4,0
4 ± 0,2 oder 6,3 ± 0,3
4 ± 0,2 oder 6,3 ± 0,3
140,1
115,0
152,7
127,5
Breite
b
d d 4 ± 0,1 3
2
Dicke a
Anfangsmesslänge L0 d 4
a)
für die Reißdehnung Innenumfang
b)
für den Spannungswert mittlerer Umfang
U i
U m
d d 4 3 2
ANMERKUNG 1
Vorzugsweise sollte Ring R 1 verwendet werden.
ANMERKUNG 2
Die Maße d 3 und d 4 beziehen sich auf die Schneidwerkzeuge.
ANMERKUNG 1 Der Ring R 2 wurde beibehalten, obwohl er in ISO 37 nicht enthalten ist. Der Rollendurchmesser für die Prüfung von Ring R 1 wurde ebenfalls bei (22,3 ± 0,2) mm belassen. Dieser etwas kleinere Durchmesser ist in der Handhabung günstiger; die Rollen können weiter zusammengefahren und der Ring besser ungedehnt aufgelegt werden. ANMERKUNG 2 Der Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA) sieht neben den Prüfungen an Ringen R 1 und R 2 zusätzlich Prüfungen an Runddichtringen (RDR) und Gummirechteckringen (GRR) mit unterschiedlichen Maßen und einem erweiterten Rollenangebot vor. Tabelle 3 zeigt Beispiele für die verschiedenen Ring-Innendurchmesser ( d 4) und die dazugehörigen Rollendurchmesser ( d 1 und d 2) sowie die entsprechend zu berechnenden Achsabstände für den Versuchsbeginn.
Tabelle 3 Beispiele für Innendurchmesser und Rollenmaße für VDA Gummirechteck- und Runddichtringe Maße in mm
Ring-Innendurchmesser d 4
a
Rollendurchmesser d 1
± 0,2
d 2
34,8 41,4
18,3
22
> 41,4 51,2
22,3
26
> 51,2 64,3
28,3
32
> 64,3 82,3
36,3
40
> 82,3 108,4
47,3
51
> 108,4 142,8
61,8
65,5
> 142,8 192,0
83,4
87,1
> 192,0 257,0
112,4
116,1
Achsabstand der Rollen vor Versuchsbeginn a 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1) 0,5 × (d 4 – d 1)
Im Zugversuch wird der auf volle mm gerundete Achsabstand eingestellt.
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6.1.2
Schulterstäbe
Siehe Bild 3.
Bild 3 — Schulterstab Tabelle 4 — Maße der Schulterstäbe Maße in Millimeter
Schulterstab
Maße Gesamtlänge
l
min.
S1
S 1A
S2
S3
S 3A
115
100
75
35
50
Breite der Köpfe
bk
25
25
12,5
Länge des Stegs
l s
33
25
25
12
16
Breite des Stegs ± 0,05
b
6
5
4
2
4
Übergangshalbmesser, innen
r 1
25
20
12,5
3
10
Übergangshalbmesser, außen
r 2
14
11
8
3
Dicke
a
Anfangsmesslänge
L0
2 ± 0,2 25
2 ± 0,2 25
6
8,5
7,5
2 ± 0,2
1 ± 0,1
2 ± 0,2
20
10
10
ANMERKUNG 1 Die Maße beziehen sich auf die Schneidwerkzeuge. Die Maße für die Köpfe der Schulterstäbe und die Übergangshalbmesser vom Steg zu den Köpfen können von den vorgeschriebenen Maßen abweichen, die Symmetrie ist jedoch einzuhalten. ANMERKUNG 2 Es ist erforderlich, dass die Schneidwerkzeuge regelmäßig auf Schärfe und Unversehrtheit hin überprüft werden. ANMERKUNG 3 Vorzugsweise sollte der Schulterstab S 2 verwendet werden.
6.2 Herstellung der Probekörper Grundsätzlich ist bei der Probekörperherstellung nach DIN ISO 23529 zu verfahren. Bei gesonderter Herstellung von Probestücken ist die Plattenform zu wählen. Die Dicke der Platten sollte gleich der Dicke der fertigen Probekörper sein. Lassen sich die Probekörper aus Fertigteilen nicht unmittelbar herausschneiden, so sind Platten von entsprechender Dicke herauszuarbeiten, aus denen die Probekörper zu entnehmen sind. Unebenheiten sind durch Schleifen zu beseitigen.
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DIN 53504:2009-10
Die Dickenschwankungen am Ring und am Schulterstab dürfen ± 2,0 %, bezogen auf den Median aus n = 3 Einzelmessungen, nicht überschreiten. Die Probekörper sind nach DIN ISO 23529 herzustellen, bei Ringen vorzugsweise mit dem Kreisschneider. Lassen sich Probekörper nicht in der entsprechenden Dicke (siehe Tabellen 2 und 4) oder mit entsprechenden Dickenschwankungen herstellen, etwa bei Fertigteilen, so ist dies im Prüfbericht anzugeben. Die mit diesen Probekörpern erzielten Prüfergebnisse sind nur bedingt mit den Ergebnissen vergleichbar, die mit Probekörpern gewonnen wurden, deren Dicken und Dickenschwankungen innerhalb der angegebenen Grenzabmaße lagen. Werden Serien von Messungen miteinander verglichen, darf der Medianwert der Dicke der Proben von einer Serie maximal 7,5 % vom Medianwert der Dicke der Proben der anderen Serie abweichen.
6.3 Anzahl der Probekörper Es sind mindestens drei, in Schiedsfällen mindestens sieben, Probekörper zu prüfen. Bei Schulterstäben sind je drei (bzw. sieben) aus zwei zueinander senkrechten Richtungen zu entnehmen. Sofern feststellbar, sind diese Richtungen parallel und senkrecht zur Fertigungsrichtung zu wählen. ANMERKUNG Unter einem Schiedsfall ist eine Vergleichsmessung zwischen mehreren Laboratorien am gleichen Material, wenn das Messergebnis in der Nähe eines definierten Anforderungswertes liegt, zu verstehen. Die Ergebnisse eines Zugversuches werden verlässlicher, wenn die Messungen unter den Bedingungen eines Schiedsfalls durchgeführt werden.
6.4 Messmarken Werden für die Dehnungsmessung an Schulterstäben berührungslose Längenänderungs-Messeinrichtungen verwendet, sind zum Festlegen der Messlänge Messmarken auf den Probekörpern anzubringen. Diese müssen annähernd gleich weit vom Mittelpunkt entfernt sein; ihr Abstand muss auf mindestens 1 % ermittelt werden. Es muss sichergestellt sein, dass die Messmarken bzw. das Markierungsmittel keine nachteilige Auswirkung auf den zu prüfenden Werkstoff haben. Messmarken in Strichform müssen so schmal wie möglich sein.
7 Durchführung 7.1 Allgemeines Grundsätzlich ist bei der Vorbereitung zur Versuchsdurchführung nach DIN ISO 23529 zu verfahren. Die Prüfung wird bei (23 ± 2) °C – im Folgenden als Raumtemperatur RT bezeichnet – oder nach Vereinbarung bei einer der unten genannten Temperaturen durchgeführt. Die Probekörper müssen vorher mindestens 20 min der Prüftemperatur angeglichen worden sein. Die Prüfung darf nicht früher als 16 h, in Schiedsfällen nicht früher als 72 h nach dem Vulkanisieren durchgeführt werden. Werden andere Prüftemperaturen als RT gewählt, sollten folgende Abstufungen in °C verwendet werden (nach DIN ISO 23529) –85, –70, –55, –40, –25, –10, 0, 40, 55, 70, 85, 100, 125, 150, 1 75, 200, 225, 250, 275, 300. ANMERKUNG Bei Prüfungen von Ringen unterhalb RT sollten zum besseren Ausgleich der Spannungen am Ring die Stahlrollen durch einen Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten, z. B. Kunststoff auf der Grundlage von Tetrafluorethylen, ersetzt werden.
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7.2 Messen der Probekörper Vor dem Zugversuch ist die Dicke der Probekörper an mindestens drei Stellen bei RT zu messen. Schulterstäbe sind innerhalb der Anfangsmesslänge L0 zu messen, vorzugsweise an deren beiden Enden und in der Mitte. Aus dem Median und dem Stanzmaß der Stegbreite (Schnittbreite der Schneidmesser) wird der Anfangsquerschnitt berechnet. In Schiedsfällen gilt die gemessene Breite des Stabes, die entsprechend der DIN ISO 23529 bestimmt wird. Alternativ kann der Anfangsquerschnitt A0 von Ringen auch über die Dichte nach dem Archimedischen Prinzip (Auftriebsverfahren — Wägung in Luft und in Wasser) bestimmt werden. Die Berechnung des Anfangsquerschnittes A0 erfolgt nach Gleichung (1). A0
W 1
d 3
d 4
/ 2
(1)
Dabei ist W 1
der Wägewert des Ringes, in g; die Dichte des Ringes, in g/cm 3;
d 3
der Außendurchmesser des Ringes R 1, in mm;
d 4
der Innendurchmesser des Ringes R 1, in mm.
Die Dichte wird nach Gleichung (2) mit dem Auftriebsverfahren bestimmt.
W 1 W 1 W 2
W
(2)
Dabei ist W 1
der Wägewert des Ringes R 1 in Luft gewogen, in g;
W 2
der Wägewert des Ringes R 1 in Wasser gewogen, in g;
W
0,997 5 g/cm3 (Dichte des Wassers bei 23 °C).
7.3 Einspannen der Schulterstäbe Der Schulterstab ist so in die Einspannklemmen einzuspannen, dass seine Längsachse mit der mechanischen Achse der Zugprüfmaschine übereinstimmt; es sollte eine Schablone verwendet werden. Die Einspannklemmen sollten eine möglichst große Fläche der Stabköpfe erfassen, jedoch keine Bereiche, die nicht mehr die Breite bk besitzen. Die Einspannklemmen sind gleichmäßig und fest anzuziehen, um ein Rutschen der Schulterstäbe zu vermeiden.
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7.4 Durchführung des Zugversuches 7.4.1
Schulterstäbe
Für die Dehnungsmessung ist ein berührungsloses Messsystem zu bevorzugen, da hierbei der Ausgangspunkt der Kraft-Längenänderungs-Kurve nicht durch die Vorspannung verfälscht wird. a)
Bei berührungslosem Messsystem gilt folgender Ablauf: Anfangsmesslänge L0 nach 6.4 spannungsfrei markieren;
Schulterstab nach 7.3 einspannen; bei einer Vorspannung von etwa < 0,1 MPa mit einer Vorschubgeschwindigkeit < 50 mm/min anfahren und Maschine stoppen; Dehnungsmesssystem zum Finden der Messmarken und zur Messung der durch die Vorspannung veränderten Anfangsmesslänge L0 aktivieren; Maschine mit entsprechender Vorschubgeschwindigkeit (200 mm/min für die Schulterstäbe S 2, S 3 und S 3 A, und 500 mm/min für die Schulterstäbe S 1 und S 1A) starten und die Kraft-Längenänderungs-Kurve aufnehmen. Der Startpunkt der Kurve ist abhängig von der Vorspannung und der Veränderung der Anfangsmesslänge L0.
b) Bei einem Ansatzmesssystem gilt folgender Ablauf:
Schulterstab nach 7.3 einspannen; bei einer Vorspannung von < 0,1 MPa mit einer Vorschubgeschwindigkeit < 50 mm/min anfahren und Maschine stoppen; Dehnungsmesssystem im Abstand der Anfangsmesslänge L0 ansetzen; Maschine mit entsprechender Vorschubgeschwindigkeit (siehe Aufzählung a) starten und die Kraft-Längenänderungs-Kurve aufnehmen.
Bei diesem Verfahren wird die Dehnungsmessung bedingt durch die Vorspannung geringfügig verfälscht. Aus diesem Grund ist die Vorspannung sehr klein zu wählen, jedoch ausreichend, um den Stab geradezuziehen. Versuche an Schulterstäben, bei denen das Reißen außerhalb der Messstrecke eingetreten ist, werden nicht gewertet.
7.4.2 Ringe Beim Zugversuch an Ringen wird der Achsabstand der entsprechenden Rollen (siehe Beispiele in Tabelle 1) für die Dehnungsmessung herangezogen. Registriert wird dieser durch das Traversenwegmesssystem. Nachdem der Ring ungedehnt auf die Rollen aufgelegt worden ist, sollte der entsprechende Achsabstand nach Tabelle 1 zwischen den Rollen als Ausgangslänge mit Vorschubgeschwindigkeit 50 mm/min angefahren werden. Anschließend wird die Maschine mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 500 mm/min gestartet und die Kraft-Längenänderungs-Kurve aufgenommen.
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7.5 Bestimmung der Spannungswerte Ist die vollständige Aufnahme der Kraft-Längenänderungs-Kurve nicht möglich oder nötig, so sollten die Zugkräfte bei zwei der folgenden Dehnungswerte gemessen werden: 50 %, 100 %, 200 %, 300 %, 500 %. Bei der Spannungswertbestimmung an Ringen wird die Dehnung nach 3.4 auf den mittleren Ringumfang bezogen, die Reißdehnung jedoch auf den Innenumfang. Um die im ersten Absatz genannten Dehnungswerte zu erhalten, sind auf der entsprechenden Reißdehnungsskala folgende Werte anzusteuern:
Ring R 1: 54,5 %; 109 %; 217,9 %; 326,9 %; 544,8 %
Ring R 2: 55,5 %; 110,9 %; 221,9 %; 332,8 %; 554,6 %
Die Berechnung dieser Dehnungen erfolgt nach Gleichung (3).
U * m
U i
d 3
d 4
2 d 4
(3)
Dabei ist *
die anzusteuernde Dehnung auf der Reißdehnungsskala (bezogen auf U i), in %; die gewünschte Dehnung (bezogen auf U m), in %;
8
U m
der mittlere Umfang des Ringes, in mm;
U i
der Innenumfang (Anfangsmesslänge) des Ringes, in mm;
d 3
der Außendurchmesser, in mm;
d 4
der Innendurchmesser, in mm.
Auswertung
8.1 Reißfestigkeit Aus den nach 7.2 gemessenen Werten für den Anfangsquerschnitt jeder Zugprobe wird die Reißfestigkeit nach den Gleichungen (4) und (5) berechnet: Für Ringe:
R
F R
2 A0
(4)
Für Schulterstäbe:
R
14
F R A0
(5)
DIN 53504:2009-10
Dabei ist die Reißfestigkeit, in MPa oder N/mm 2;
R F R
die Kraft beim Reißen, in N;
A0
der Anfangsquerschnitt, in mm 2.
ANMERKUNG Prüfergebnisse, die an unterschiedlichen Probekörpern ermittelt wurden, sind nicht vergleichbar. So liegen die Ergebnisse der Reißfestigkeit gemessen an Schulterstäben S 2 im Allgemeinen höher als diejenigen an den Ringen R 1.
8.2 Zugfestigkeit Die Zugfestigkeit wird nach den Gleichungen (6) und (7) berechnet. Für Ringe:
max
F max
2 A0
(6)
(7)
Für Schulterstäbe:
max
F max A0
Dabei ist max
die Zugfestigkeit, in MPa oder N/mm 2;
F max
die Höchstkraft, in N;
A0
der Anfangsquerschnitt, in mm2.
8.3 Reißdehnung Die Reißdehnung wird nach Gleichung (8) berechnet.
R
LR
L0
L0
100
(8)
Dabei ist R
die Reißdehnung, in %;
LR
die Messlänge beim Reißen, in mm;
L0
die Anfangsmesslänge, in mm.
15
DIN 53504:2009-10
Die Messlänge (Innenumfang) LR eines Ringes beim Reißen berechnet sich nach Gleichung (9). LR
2 DR
U
(9)
Dabei ist der Abstand der Rollenachsen beim Reißen, in mm;
DR
der Umfang einer Rolle, in mm.
U
8.4 Spannungswerte Die Spannungswerte werden nach den Gleichungen (10) und (11) berechnet. Für Ringe:
i
F i
2 A0
(10)
Für Schulterstäbe:
i
F i A0
(11)
Dabei ist i
der Spannungswert, in MPa oder N/mm2;
F i
die Kraft bei zugehöriger Dehnung (siehe 7.5);
A0
der Anfangsquerschnitt, in mm 2.
Das Kurzzeichen i ist mit dem Zahlenwert der zugehörigen Dehnung als Index zu versehen, z. B. für 100 % Dehnung 100.
8.5 Allgemeines Aus den Einzelwerten sind der Median und die Spannweite nach DIN 53598-1 zu bilden. ANMERKUNG Die Messwerte der Reißfestigkeit und Reißdehnung lassen sich mit Hilfe der Doppelten-Exponential-Verteilung auswerten, während sich die Spannungswerte al s Normalverteilung darstellen lassen.
9
Prüfbericht
Im Prüfbericht sind unter Hinweis auf diese Norm anzugeben: a)
Art und Bezeichnung des untersuchten Erzeugnisses;
b)
Art der Probekörperherstellung;
c)
Art und Dicke der Probekörper sowie Querschnittsbestimmung bei Ringen;
d)
Entnahmerichtung;
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e)
Verwendetes Dehnungsmesssystem mit Auflösungs- und Genauigkeitsangabe;
f)
Angefahrene Vorspannung in MPa oder N/mm2;
g)
Reißfestigkeit R oder Zugfestigkeit max, in MPa oder N/mm2, auf 0,1 MPa oder 0,1 N/mm 2 gerundet (Median, Spannweite, Anzahl der Probekörper oder alle Einzelwerte angeben);
h)
Reißdehnung R in % auf ganze Zahlen gerundet (Median, Spannweite, Anzahl der Probekörper oder alle Einzelwerte angeben);
i)
Spannungswert i in MPa oder N/mm auf 0,1 MPa oder 0,1 N/mm 2 gerundet; (Median, Spannweite, Anzahl der Probekörper oder alle Einzelwerte angeben);
j)
Abweichungen von dieser Norm;
k)
Prüfdatum.
10 Präzision des Verfahrens 10.1 Allgemeines Zur Beurteilung von Ergebnissen aus dem Zugversuch sind in Tabelle 5 Präzisionsdaten für drei verschiedene Zugfestigkeitsniveaus aufgeführt. Die angegebenen Präzisionsdaten wurden an Schulterstäben S 2 ermittelt und beschränken sich auf die Kenngrößen Reißfestigkeit, Reißdehnung und Spannungswert 100 %. Zur Ermittlung der Präzisionsdaten beteiligten sich im Jahr 1989 17 Laboratorien an einem nationalen Rundversuch, mit dem die Kurzzeitpräzision bestimmt wurde, d. h. Wiederhol- und Vergleichgrenze gelten für Messungen, die in kurzen Zeitabständen (innerhalb einer Woche) erfolgt sind. Organisation und Auswertung des Rundversuches erfolgten nach DIN ISO 5725-2.
Tabelle 5 — Präzisionsdaten Reißfestigkeit
Wiederholgrenze
x
r
MPa
MPa
22,4 31,9 33,8 Reißdehnung
% 2,5 11,2 1,3 4,1 5,2 15,4 Wiederholgrenze
x
r
%
%
390 537 671 Spannungswert 100 %
r rel
r rel
% 27,5 7,1 55,6 10,4 57,4 8,6 Wiederholgrenze
x
r
MPa
MPa
3,5 2,7 2,4
0,6 0,5 0,3
r rel
% 17,1 18,5 12,5
Vergleichgrenze R
MPa 2,6 1,9 5,3 Vergleichgrenze R
% 53,1 76,8 97,2 Vergleichgrenze R
MPa 0,9 0,6 0,5
Rrel
% 11,6 6,0 15,7 Rrel
% 13,6 14,3 14,5 Rrel
% 25,7 22,2 20,8
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10.2 Wiederholgrenze (1 Beobachter, 1 Gerät) Die Differenz zwischen zwei einzelnen Prüfergebnissen, die ein einzelner Bearbeiter an identischem Prüfmaterial mit demselben Gerät innerhalb einer Zeitspanne von einer Woche erhält, wird die Wiederholgrenze r im Durchschnitt nicht häufiger als einmal in 20 Fällen überschreiten.
10.3 Vergleichgrenze (verschiedene Beobachter, verschiedene Geräte) Die Differenz zwischen zwei einzelnen und unabhängigen Prüfergebnissen, die zwei Bearbeiter, welche in verschiedenen Laboratorien arbeiten, an identischem Prüfmaterial erhalten, wird die Vergleichgrenze R im Durchschnitt nicht häufiger als einmal in 20 Fällen überschreiten.
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Literaturhinweise
DIN EN ISO 527-1, Kunststoffe Bestimmung der Zugeigenschaften Teil 1: Allgemeine Grundsätze DIN EN ISO 527-4, Kunststoffe Bestimmung der Zugeigenschaften Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe
DIN EN ISO 7500-1 Beiblatt 1, Metallische Werkstoffe Prüfung von Prüfmaschinen für statische einachsige Beanspruchung Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen; Prüfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung; Allgemeines zu Anforderungen und zur Prüfung und Kalibrieru ng von Zug-, Druck- und Biegeprüfmaschinen
DIN ISO 2768-1, Allgemeintoleranzen Toleranzen für Längen- und Winkelmaße ohne einzelne Toleranzeintragung
ISO 5893, Rubber and plastics test equipment Tensile, flexual and compression types (constant rate of traverse) Specification
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