Dreipunktbiegen

Was ist Dreipunktbiegung?

Beim Dreipunkt-Biegeversuch wird die Probe auf zwei Stützen gelegt und in der Mitte durch eine einzelne Belastungsnase gedrückt. Belastung und Durchbiegung werden aufgezeichnet, um die Biegespannungs-Dehnungs-Kurve zu erhalten. Das maximale Moment konzentriert sich auf einen einzelnen Querschnitt, sodass der Bruch normalerweise unterhalb der Belastungsnase auftritt.

Zweck von Dreipunktbiegung

Der Zweck besteht darin, die Festigkeit und Steifigkeit des Materials beim Biegen zu bestimmen. Bei der Qualitätskontrolle wird die Konsistenz von Charge zu Charge überwacht; Im Design werden vergleichbare Daten für die Materialauswahl erstellt.

Bei welchen Produkten wird Dreipunktbiegung angewendet?

Teile aus thermoplastischem und duroplastischem Kunststoff
Faserverstärkte Verbundplatten
Holz und Holzwerkstoffplatten
Keramik- und Glasmaterialien
Geschweißte Metallproben (als Biegeversuch)

In welchen Branchen wird Dreipunktbiegung eingesetzt?

KunststoffeVerbundwerkstoffeAutomobilElektronikVerpackung

Normen zu Dreipunktbiegung

ISO 178 (Kunststoffe — Bestimmung der Biegeeigenschaften)
ASTM D790 (Kunststoffe und elektrische Isoliermaterialien)
ISO 14125 (Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe)
EN 843-1 (Hochleistungskeramik — Biegefestigkeit)

Prüfbedingungen für Dreipunktbiegung

Aufstellen: Zwei Stützen und eine einzelne Ladenase; Stützweite vom Standard, pro Probendicke
Testgeschwindigkeit: Die von der Norm für die Materialklasse angegebene Geschwindigkeit
Umfeld: Nach Konditionierung in der Standard-Laboratmosphäre
Gemessene Mengen: Biegefestigkeit, Biegemodul, Bruchdehnung

Prüfgerät für Dreipunktbiegung

Universelle Zug-Kompressionsmaschine
Dreipunkt-Biegevorrichtung und verstellbare Stützen
Wägezelle und Durchbiegungsextensometer
Konditionierungskammer
Probenmessgeräte (Mikrometer, Messschieber)

Probenanforderungen für Dreipunktbiegung

Die Probenabmessungen müssen gemäß der angewandten Norm erstellt werden.
Beim Schneiden und Bearbeiten dürfen sich an den Kanten keine Kerben bilden.
Kunststoffproben werden vor der Prüfung im Normklima konditioniert.
In der Regel werden mehrere Proben getestet; die Anzahl ist im Standard definiert.
Bei anisotropen Materialien muss die Probenorientierung angegeben werden.

Dauer von Dreipunktbiegung

Der Test einer einzelnen Probe dauert Minuten. Die Gesamtdauer hängt von der Vorbereitung und Konditionierung der Probe ab; Die Konditionierung dauert oft länger als der Test selbst.

Ablauf von Dreipunktbiegung

1Die Probe wird vermessen und bei Bedarf konditioniert.
2Die Stützweite wird normgerecht festgelegt.
3Die Probe wird auf den Stützen zentriert.
4Die Belastung erfolgt mit der definierten Geschwindigkeit.
5Belastung und Durchbiegung werden kontinuierlich erfasst.
6Bei Bruch bzw. Erreichen der definierten Verformung wird der Versuch abgebrochen.
7Biegefestigkeit und Biegemodul werden berechnet.

Annahmekriterien für Dreipunktbiegung

Der Methodenstandard definiert, wie der Test durchgeführt wird, nicht wie das Ergebnis aussehen soll. Die Akzeptanzgrenze ergibt sich aus der Materialnorm, der Produktspezifikation oder der technischen Zeichnung des Kunden; Auf dieser Seite gibt es daher keine zahlenmäßige Begrenzung.

Auswertung der Ergebnisse

Die Ergebnisse werden zusammen mit dem Durchschnitt und der Streuung des Probensatzes bewertet. Eine Bruchstelle, die nicht unter der Belastungsnase liegt, oder eine durch Scherung verursachte Beschädigung der Probe erfordert eine Überprüfung der Aufbaugeometrie.

Prüfbericht zu Dreipunktbiegung

Probenidentifikation, Materialtyp und ggf. Guss-/Chargennummer
Probengeometrie, Abmessungen und Vorbereitungsmethode
Es gelten Standard- und Testbedingungen
Temperatur und Umgebungsbedingungen prüfen
Messwerte und berechnete Größen
Fotos von Bruchflächen oder Vertiefungen (falls zutreffend)
Messunsicherheit (falls gewünscht)
Eine Aussage, dass das Ergebnis nur für die zum Test eingereichte Probe gilt

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Mekanik Testler — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Dreipunktbiegung gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Mechanische Prüfungen messen, wie sich ein Werkstoff oder ein Bauteil unter Krafteinwirkung verhält. Die Familie reicht von statischer Belastung (Zug, Druck, Biegung) über zeitabhängiges Verhalten (Ermüdung, Kriechen) bis zu Härte und Verschleiß sowie Bruchzähigkeit.

Das gemeinsame Merkmal dieser Prüfungen ist, dass das Ergebnis als WERKSTOFFEIGENSCHAFT ausgewiesen wird. Streckgrenze oder Härte sind keine Konformitätsentscheidung; sie sind Zahlenwerte, mit denen Konstruktion und Produktnorm verglichen werden. Mechanische Prüfberichte sind daher meist Eingangsgröße für eine technische Entscheidung und nicht für eine Produktzulassung — Werkstoffauswahl, Sicherheitsfaktor, Lebensdauervorhersage.

Die Unterscheidung zwischen statischem und dynamischem Verhalten ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Ein Bauteil kann unter statischer Last völlig unbelastet erscheinen und dennoch unter wiederholter Belastung brechen; der Ermüdungsbruch tritt bei Spannungen weit unter der Streckgrenze auf und gibt keine Vorwarnung. Bei rotierenden, schwingenden oder zyklisch belasteten Bauteilen ist eine Zugprüfung allein daher kein ausreichender Nachweis.

Die Prüfbedingungen bestimmen das Ergebnis, und dies ist entscheidend für die Lesbarkeit des Berichts: Probengeometrie, Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konditionierung und Einspannanordnung. Derselbe Werkstoff liefert unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Werte. Bei Kunststoffen ist der Geschwindigkeitseffekt sehr ausgeprägt, bei Metallen der Temperatureffekt; bei Verbundwerkstoffen verändert die Probenausrichtung das Ergebnis vollständig.

Härte ist die am häufigsten missbrauchte Messgröße in diesem Bereich. Da sie schnell, nahezu zerstörungsfrei und kostengünstig ist, wird sie oft anstelle der Festigkeit verwendet. Umrechnungstabellen von Härte zu Festigkeit existieren, sind aber NÄHERUNGSWEISE und hängen von der Werkstoffgruppe ab; sie als einziges Beweismittel bei der Werkstoffabnahme zu verwenden, ist falsch.

Der Bereich der Bruchmechanik erfordert eine besondere Kompetenz. Messungen der Bruchzähigkeit und der Ermüdungsrisswachstumsrate ermöglichen es zu berechnen, wie lange eine rissbehaftete Struktur hält; sie sind die Grundlage schadenstoleranter Auslegung in Bereichen wie Druckgeräten, Flugzeugstrukturen und Rohrleitungen.

Methodengruppen in diesem Bereich

Statische Prüfungen
Zug, Druck, Biegung, Scherung und Torsion. Streckgrenze und Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul werden ermittelt.
Kerbschlagprüfungen
Charpy- und Izod-Kerbschlagbiegeversuch; das Sprödbruch-Zäh-Übergangsverhalten des Werkstoffs wird temperaturabhängig ermittelt.
Härte
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore und Mikrohärte. Wertvoll für die Tiefe der Oberflächenbehandlung und lokale Festigkeitsunterschiede.
Ermüdung
Kraft- und dehnungsgesteuerte axiale Ermüdung, Biegeermüdung; Wöhlerkurven (S-N) und Dauerfestigkeitsgrenze.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Verhalten unter Langzeitbelastung bei hoher Temperatur; entscheidend für Werkstoffe von Kesseln, Turbinen und Druckgeräten.
Bruchmechanik
Ebene-Dehnung-Bruchzähigkeit, J-Integral, CTOD und Ermüdungsrisswachstumsrate.
Verschleiß und Reibung
Taber- und Drehtrommel-Abrasion, Reibungskoeffizientenmessungen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Die Berechnung der Festigkeit aus der Härte ist näherungsweise; sie kann nicht als alleiniger Nachweis bei der Werkstoffabnahme verwendet werden.
Ausreichende statische Festigkeit belegt nicht die Ermüdungsfestigkeit; ein zyklisch belastetes Bauteil erfordert eine gesonderte Prüfung.
Wird die Prüfgeschwindigkeit und -temperatur nicht angegeben, ist das Ergebnis nicht vergleichbar — insbesondere bei Polymeren und Verbundwerkstoffen.
Ein Prüfkörper und das tatsächliche Bauteil liefern möglicherweise nicht denselben Wert; Formfließrichtung, Bindenähte und Unterschiede in der Oberflächenbehandlung wirken sich alle aus.
Ein für einen Verbundwerkstoff angegebener Festigkeitswert ist ohne Angabe der Probenorientierung bedeutungslos.
Die ASTM- und ISO-Gegenstücke messen dieselbe Größe, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt gleichwertig.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Konstruktionsverifikation und Werkstoffauswahl
Wareneingangskontrolle und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Produktnorm
Fehleranalyse, Lebensdauervorhersage und Schadenstoleranzberechnung
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Dreipunktbiegung

Wie wird die Wahl zwischen Dreipunkt- und Vierpunktbiegung getroffen?

Beim Dreipunkttest konzentriert sich das maximale Moment auf einen einzelnen Abschnitt und der Test ist einfach. Wenn der schwächste Punkt des Materials ermittelt werden soll, ist die Vierpunktmessung vorzuziehen, da der Bereich zwischen den beiden Belastungsnasen einem konstanten Moment unterliegt.

Warum wird die Supportspanne aus dem Standard übernommen?

Das Verhältnis von Spannweite zu Dicke wirkt sich direkt auf das Ergebnis aus. Mit abnehmendem Verhältnis dominieren Scherspannungen und der gemessene Wert ist nicht mehr die reine Biegefestigkeit.

Dreipunktbiegung