Biegeversuch

Dreipunktbiegeversuch

Der Biegeversuch oder Biegezugversuch ist eine Methode der zerstörenden Werkstoffprüfung.

Es gibt verschiedene Arten des Biegeversuches, deren Ablauf ähnlich ist und die sich durch die Art der Probenlagerung und die Anzahl der Lasteinleitungen unterscheiden. Aus den aufgezeichneten Biegekraft- und Durchbiegungswerten lassen sich verschiedene Materialkennwerte sowie die Spannungs-Dehnungs-Linie der Biegebeanspruchung ermitteln.

Ablauf

Je nach Art des Biegeversuchs werden unterschiedliche Prüfeinrichtungen verwendet. Allen gemein ist, dass die Lasteinleitung/-en und die Auflager parallel zueinander angeordnet und abgerundet sind (z. B. Rollen^[1]).

Wenn nicht gewährleistet werden kann, dass die Prüfkörperober- und -unterseite planparallel zueinander ausgerichtet sind, müssen die Lasteinleitung/-en sowie ein Auflager in der zur Längsachse des Prüfkörpers senkrechten Ebene kippbar gelagert werden; der Prüfkörper hat dann nur linienförmigen Kontakt zur Prüfeinrichtung.

Der Prüfkörper wird mittig in die Prüfeinrichtung platziert und durch die Lasteinleitung/-en mit einer langsam stetig steigenden Kraft (quasi-statisch) bis zum Bruch belastet. Die Höchstlast nennt man Bruchkraft. Bei kleiner Durchbiegung erhält man mit der Formel der Biegelinie eine analytische Näherung für die Verformung des Prüfkörpers.

2-Punkt-Biegeversuch

Beim 2-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe an einem Ende eingespannt und auf der freiliegenden Seite mit einem Prüfstempel belastet. Der Biegemodul berechnet sich bei einer Flachprobe wie folgt:

${\displaystyle E={\frac {4l_{\rm {v}}^{3}(X_{\rm {H}}-X_{\rm {L}})}{D_{\rm {L}}ba^{3}}}}$

• E: Biegemodul in kN/mm²
• l_v: Stützweite in mm
• X_H: Ende der Biegemodulermittlung in kN
• X_L: Beginn der Biegemodulermittlung in kN
• D_L: Durchbiegung in mm zwischen X_H und X_L
• b: Probenbreite in mm
• a: Probendicke in mm

3-Punkt-Biegeversuch

Prüfeinrichtung für den 3-Punkt-Biegeversuch

Beim 3-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe auf zwei Auflagen positioniert und in der Mitte mit einem Prüfstempel belastet. Dies ist wahrscheinlich die am häufigsten verwendete Form des Biegeversuches. Der Biegemodul berechnet sich bei einer Flachprobe wie folgt:

${\displaystyle E={\frac {l_{\rm {v}}^{3}(X_{\rm {H}}-X_{\rm {L}})}{4D_{\rm {L}}ba^{3}}}}$

4-Punkt-Biegeversuch

Erläuterung zu 4-Punkt-Biegeversuch

Beim 4-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe auf zwei Auflagen positioniert und in der Mitte mit einem Prüfstempel mit zwei Druckpunkten belastet. Dies führt dazu, dass zwischen den beiden Auflagepunkten ein konstantes Biegemoment herrscht. Hierdurch entsteht ein querkraftfreier Bereich, in dem die Probe nur auf Biegung beansprucht wird. Dies hat den Vorteil, dass nicht zusätzlich noch Querkräfte wirken wie beim 3-Punkt-Biegeversuch^[2].

Der Biegemodul berechnet sich bei einer Flachprobe wie folgt:

${\displaystyle E={\frac {l_{\rm {A}}^{2}(2l_{\rm {A}}+3l_{\rm {B}})(X_{\rm {H}}-X_{\rm {L}})}{D_{\rm {L}}ba^{3}}}}$

• l_A: Spannlänge (Abstand zwischen Auflagepunkt und näher gelegenem Druckpunkt des Prüfstempels) in mm
• l_B: Länge des Bezugsbalkens (zwischen den Druckpunkten, symmetrisch zu den Druckpunkten aufgelegter Balken) in mm
• D_L: Abstand zwischen Bezugsbalken und Balken (mittig zwischen den Druckpunkten) in mm.

Weblinks

• Biegeversuch an Kunststoff (animiert)

Normen

• DIN EN ISO 7438:2020 Metallische Werkstoffe – Biegeversuch^[3]
• DIN EN ISO 178 (2019-08) Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften
• DIN EN ISO 14125 Faserverstärkte Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften (ISO 14125:1998 + Cor.1:2001 + Amd.1:2011); Deutsche Fassung EN ISO 14125:1998 + AC:2002 + A1:2011
• DIN EN 12390-5 (2009-07) Prüfung von Festbeton – Teil 5: Biegezugfestigkeit von Probekörpern; Deutsche Fassung EN 12390-5:2009
• DIN EN 843-1:2006 Hochleistungskeramik – Mechanische Eigenschaften monolithischer Keramik bei Raumtemperatur – Teil 1: Bestimmung der Biegefestigkeit
• DIN EN 843-2:2006 Hochleistungskeramik – Mechanische Eigenschaften monolithischer Keramik bei Raumtemperatur – Teil 2: Bestimmung des Elastizitätsmoduls, Schubmoduls und der Poissonzahl
• DIN 53452: 1977-04 Biegeversuch (zurückgezogen)
• DIN EN ISO 20795-1:2013-06 Zahnheilkunde – Kunststoffe – Teil 1: Prothesenkunststoffe

Einzelnachweise

1. ↑ EN 12390-5:2000: Prüfung von Festbeton Teil 5: Biegezugfestigkeit von Probekörpern Deutsche Fassung.
2. ↑ tec-science: Biegeversuch. In: tec-science. 13. Juli 2018, abgerufen am 9. November 2019 (deutsch). 
3. ↑ ISO 7438:2020. International Organization for Standardization, abgerufen am 24. Oktober 2020 (englisch).