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Kunststoffprüfung

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Allgemein

Die Härte von Kunststoffen und Hartgummi kann mithilfe eines belasteten Kugeleindringkörpers nach der Norm ISO 2039-1 oder nach der Norm ISO 2039-2 bestimmt werden.

In der Norm ISO 2039-1 wird der Härtewert mittels des Kugeleindrucksversuchs ermittelt. Aus der gemessen Eindringtiefe werden die Oberfläche des Eindrucks und anschließend die Härte errechnet.

Die Norm ISO 2039-2 beschreibt die Ermittlung des Härtewerts mit einer Rockwell-Härteprüfmaschine unter Verwendung der Rockwell-Härteskalen E, L, M und R, ähnlich dem  Rockwell-Verfahren.

Einordnung der Kunststoffprüfung

Die Kunststoffprüfung ist ein statisches Härteprüfverfahren, das folgende Charakteristika aufweist:

  • Es gehört zu den genormten Verfahren (ISO 2039).
  • Mit dem Verfahren wird im Makrobereich Härte geprüft, und zwar mit einer Prüfkraft zwischen 49–980,7 N.
  • Es handelt sich um ein Tiefendifferenzverfahren. Das heißt, zur Ermittlung des Härtewertes eines Prüfstückes wird die bleibende Eindringtiefe gemessen, die durch den Eindringkörper entsteht.

Form und Material des Eindringkörpers: eine Stahlkugel, bei der Rockwell-Härte je nach Methode mit unterschiedlichem Kugeldurchmesser

 

Ablauf des Prüfverfahrens nach ISO 2039-1

Bei diesem Kunststoffprüfverfahren wird die Gesamtprüfkraft in zwei Stufen aufgebracht. Dadurch sollen der Einfluss der Rauheit der Probenoberfläche (z.B. Rillen auf der Probe) sowie der Messfehler durch das Spiel der Eindringtiefenmessung ausgeschaltet werden.

Der Ablauf der Prüfung lässt sich wie folgt beschreiben:

1. Prüfschritt: Zunächst wird der Eindringkörper mit der Prüfvorkraft von 9,8 N (auch Vorkraft oder Vorlast genannt) bis zur Eindringtiefe h0 in die zu prüfende Probe gedrückt. h0 definiert die Bezugsebene (Basis) für die spätere Messung der Eindringtiefe (h).

2. Prüfschritt: Im Anschluss wird die Prüfkraft in einer nach der Norm definierten Einwirkdauer aufgebracht, wobei die Eindringtiefe gemessen wird. Die Prüfkraft ist aus den Werten 49 N, 132 N, 358 N und 961 N so zu wählen, dass nach 30 s Einwirkdauer die Eindringtiefe im Bereich von 0,15 bis 0,35 mm liegt.  Wird nach Ende der Prüfkraft-Einwirkdauer eine Eindringtiefe kleiner 0,15 mm bzw. größer 0,35 mm festgestellt, dann muss die Prüfkraft erhöht bzw. gesenkt werden.

Mithilfe der ermittelten Eindringtiefe h lässt sich dann die Oberfläche des Eindruckes berechnen. Daraus wird die Kugeleindruckhärte (HB) nach einer in der Norm definierten Formel berechnet. Die Prüfeindrücke müssen so gesetzt werden, dass genügend Abstand zum Probenrand (Kante) sowie zwischen den einzelnen Prüfeindrücken (jeweils nicht weniger als 10mm) vorliegt.

Wie liest und stellt man den Härtewert nach ISO 2039-1 dar?

Der Härtewert der Kunststoffprüfung setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen:

1. einem numerischen Härtewert;

2. den zwei Großbuchstaben HB, die für „Härte nach Rockwell“ stehen;

Beispiel der Darstellung und Leseweise eines Härtewertes:

45 HB
45 …Härtewert
HB …Kugeleindruckhärte in Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²)

 

Ablauf des Prüfverfahrens nach ISO 2039-2

Beim Rockwell-Verfahren wird die Gesamtprüfkraft in zwei Stufen aufgebracht. Dadurch sollen der Einfluss der Rauheit der Probenoberfläche (z.B. Rillen auf der Probe) sowie der Messfehler durch das Spiel der Eindringtiefenmessung ausgeschaltet werden.

Der Ablauf der Prüfung lässt sich wie folgt beschreiben:

1. Prüfschritt: Zunächst wird der Eindringkörper mit der Prüfvorkraft von 98,07 N (auch Vorkraft oder Vorlast genannt) bis zur Eindringtiefe h0 in die zu prüfende Probe gedrückt. h0 definiert die Bezugsebene (Basis) für die spätere Messung der bleibenden Eindringtiefe (h).

2. Prüfschritt: Im Anschluss wird die Prüfkraft in einer nach der Norm definierten Einwirkdauer (mehrere Sekunden) aufgebracht, wobei der Eindringkörper bis zur maximalen Eindringtiefe h1 in die Probe eindringt.

3. Prüfschritt: Nach Ende der Einwirkdauer wird die Prüfkraft wieder zurückgenommen, der Eindringkörper bewegt sich um den elastischen Anteil der Eindringtiefe an der Prüfgesamtkraft nach oben zurück und verharrt auf der Höhe der bleibenden Eindringtiefe h. Diese wird auch als Tiefendifferenz bezeichnet (Differenz der Eindringtiefe vor und nach Aufbringung der Prüfkraft). Mithilfe der bleibenden Eindringtiefe h lässt sich dann die Rockwell Härte (HR) nach einer in der Norm definierten Formel berechnen unter Berücksichtigung der angewendeten Rockwell-Skala.

Methoden nach ISO 2039-2

Die einzelnen Methoden unterscheiden sich durch:

  • den Durchmesser der Eindringkugel;
  • die Höhe der verwendeten Prüfkraft (auch Prüflast) 

Die Prüfmethoden, die sich daraus ergeben, verwenden zwei unterschiedliche Kugeldurchmesser (Stahlkugel mit den Durchmessern: 6,35 und 12,7 mm) und zwei unterschiedliche Prüflasten (588,4 N und 980,7 N). Die folgende Tabelle zeigt die nach ISO 2039-2 genormten Prüfmethoden.

Rockwellhärteskala

Vorlast [N]

Prüflast [N]

Durchmesser des Eindringkörpers [mm]

R

98,07

588,4

12,7

L

98,07

588,4

6,35

M

98,07

980,7

6,35

E

98,07

980,7

3,175

 

Wie liest und stellt man den Härtewert nach ISO 2039-2 dar?

Der Härtewert setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen:

1. einem numerischen Härtewert;

2. den zwei Großbuchstaben HR, die für „Härte nach Rockwell“ stehen;

Beispiel der Darstellung und Leseweise eines Härtewertes:

65 HR
65 …Härtewert
HR …nach Rockwell

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