ISO 178: Biegeversuch an Kunststoffen normgerecht durchführen
Die Norm ISO 178 legt das Verfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von Kunststoffen im 3-Punkt-Biegeversuch fest. Sie ist zentral für die Werkstoffprüfung in Qualitätssicherung, Wareneingang und Entwicklung. Erhalten Sie hier einen kompakten Überblick über die Norm und lernen Sie, wie sich der Versuch in der Praxis normgerecht durchführen lässt.
Das Wichtigste in Kürze
- Die DIN EN ISO 178 beschreibt den 3-Punkt-Biegeversuch an Kunststoffen.
- Dabei werden unter anderem Biegemodul, Biegefestigkeit und Biegedehnung unter definierten Prüfbedingungen ermittelt.
- Für normgerechte und vergleichbare Ergebnisse müssen Probengeometrie, Stützweite, Prüfgeschwindigkeit und Durchbiegungsmessung exakt festgelegt werden. Je nach Genauigkeitsanforderung unterscheidet die Norm die Prüfarten I bis IV.
- Für eine präzise Bestimmung des E-Moduls ist eine direkte Durchbiegungsmessung erforderlich. Prüfart IV verwendet dafür ein separates Wegmesssystem beziehungsweise Extensometer und bietet die beste Grundlage für laborübergreifend vergleichbare Ergebnisse.
Grundlagen der ISO 178
Die Norm DIN EN ISO 178 ist ein international anerkannter Standard zur Bestimmung der mechanischen Biegeeigenschaften von Kunststoffen. Sie bildet die Grundlage für vergleichbare Prüfergebnisse in Entwicklung, Qualitätssicherung und Wareneingangskontrolle.
Was regelt die Norm?
Die ISO 178 beschreibt den Ablauf und die Anforderungen für den 3-Punkt-Biegeversuch an formstabilen Kunststoffprobekörpern. Die Norm legt fest:
- wie der Versuchsaufbau zu gestalten ist,
- welche Probengeometrien zulässig sind,
- welche Kennwerte wie Biegemodul, Biegefestigkeit oder Biegedehnung zu bestimmen sind,
- und welche Toleranzen bei der Messung einzuhalten sind.
Sie gilt für thermoplastische, duroplastische und gefüllte Kunststoffe im festen Zustand und ist international als Prüfgrundlage etabliert (oft auch im Zusammenspiel mit ASTM D790).
Prüfprinzip im Überblick
Beim 3-Punkt-Biegeversuch wird eine Kunststoffprobe auf zwei parallelen Auflagern positioniert und durch eine mittig angreifende Biegefinne belastet. Die gemessenen Kräfte und Durchbiegungen liefern Rückschlüsse auf das Biegeverhalten des Werkstoffs.
Durchführung & Anforderungen in der Praxis
Für zuverlässige und normgerechte Ergebnisse nach ISO 178 müssen Prüfaufbau, Probengeometrie und Messverfahren exakt auf die Anforderungen der Norm abgestimmt sein. Der folgende Abschnitt erläutert die wichtigsten Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Durchführung des 3-Punkt-Biegeversuchs.
Versuchsaufbau und Prüfparameter
Der 3-Punkt-Biegeversuch erfolgt mit einer zentrisch aufgebrachten Kraft über eine Biegefinne zwischen zwei parallelen Auflagern. Wichtige Prüfparameter sind:
- Stützweite: in der Regel das 16-fache der Probenhöhe (z. B. 64 mm bei 4 mm Probenhöhe),
- Prüfgeschwindigkeit: typischerweise 2 mm/min,
- Biegewinkel: kleiner als 5° (quasi-lineares Verhalten),
- Endkriterium: Bruch der Probe oder definierte Durchbiegung (z. B. 6 mm bei h = 4 mm).
Bei duktilen Werkstoffen endet der Versuch bei einer festgelegten Verformung, nicht bei Bruch. Für Vergleichbarkeit kann eine definierte Biegespannung bei x % Dehnung (σ<sub>fx</sub>) ermittelt werden.
Probenformen und Abmessungen
Die Norm sieht Probekörper aus dem mittleren Teil des Vielzweckprobekörpers nach ISO 20753 vor. Gängige Maße sind:
- Länge (l₃): ≥ 80 mm,
- Breite (b₁): 10 ± 0,2 mm,
- Dicke (h): 4,0 ± 0,2 mm (bevorzugt).
Wichtig ist die Maßhaltigkeit der Proben: Schon ein Abweichung von 0,1 mm bei der Dicke kann den berechneten Spannungswert um bis zu 5 % verfälschen.
Messmethoden der Durchbiegung (Prüfarten I–IV)
Die DIN EN ISO 178 unterscheidet vier Prüfarten – abgestuft nach Genauigkeitsanforderungen:
| Prüfart | Zielsetzung | Messmethode |
|---|---|---|
| I | Maximale Spannung oder Kraft | Keine Durchbiegungsmessung |
| II | Dehnungen > 1 % | Traversenweg |
| III | Reproduzierbarer E-Modul | Traversenweg + Korrekturkurve |
| IV | Präziser, richtiger E-Modul | Direktes Wegmesssystem (Extensometer) |
Je nach Prüfziel reicht eine einfache Messung über den Traversenweg oder es ist eine präzise, lastfreie Durchbiegungsmessung nach ISO 9513 erforderlich. Letzteres ist besonders wichtig bei Vergleichsmessungen zwischen unterschiedlichen Laboren.
Prüfmaschinen & Automatisierung
Für valide Prüfergebnisse nach ISO 178 sind Maschinen erforderlich, die sowohl mechanisch präzise als auch softwareseitig normkonform arbeiten. Neben manuellen Tisch- und Standmaschinen gewinnen automatisierte Prüfsysteme in der Serienprüfung zunehmend an Bedeutung.
Geeignete Maschinenmodelle
Die Universalprüfmaschinen von GALDABINI eignen sich ideal für ISO-178-konforme 3-Punkt-Biegeversuch. Sie bieten:
- Belastungsbereiche von 2,5 kN bis 2000 kN,
- hohe Rahmensteifigkeit für präzise Kraftmessung,
- freie Konfiguration von Stützweiten und Biegeeinheiten,
- Traversenregelung mit konstanter Geschwindigkeit,
- Integration von Extensometern oder Traversenwegaufnehmern.
Die Maschinen erfüllen die Anforderungen der ISO 7500-1 (Genauigkeitsklasse 1 oder besser) und lassen sich mit DAkkS-zertifizierten Kraftsensoren kalibrieren.
Automatisierte Biegeprüfung nach ISO 178
Bei hohem Probendurchsatz lohnt sich der Einsatz automatisierter Prüfabläufe. Lösungen wie das roboTest-System von GALDABINI ermöglichen:
- automatisiertes Einlegen, Prüfen und Auswerten von Proben,
- Bedienerentlastung bei Routineprüfungen,
- gleichbleibende Prüfbedingungen ohne manuelle Einflüsse,
- direkte Anbindung an LIMS- oder QS-Systeme.
Häufige Fragen zur DIN EN ISO 178
Wann ist eine Nachkalibrierung der Prüfmaschine für ISO-178-Versuche erforderlich?
Prüfmaschinen sollten regelmäßig nach ISO 7500-1 kalibriert werden – in der Regel jährlich. Besonders bei sensiblen Biegeversuchen empfiehlt sich eine zusätzliche Kontrolle nach Umbauten, Software-Updates oder ungewöhnlichen Ergebnissen.
Was tun, wenn eine Probe beim Biegeversuch nicht bricht?
Bricht eine Probe nicht, endet der Versuch bei einer definierten Durchbiegung (z. B. 6 mm bei 4 mm Probendicke). Die so ermittelte Biegespannung ist mit Bruchwerten nicht direkt vergleichbar, hier hilft der Ansatz mit einer definierten Dehngrenze (σ<sub>fx</sub>).
Ist die DIN EN ISO 178 auch für faserverstärkte Kunststoffe geeignet?
Ja, die Norm kann auch auf glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe angewendet werden, solange das Material formstabil ist. Es ist jedoch wichtig, die Anisotropie bei der Probenvorbereitung und Auswertung zu berücksichtigen.
Wie lassen sich Messergebnisse über mehrere Labore hinweg vergleichen?
Für eine hohe Vergleichbarkeit empfiehlt die ISO 178 die Prüfart IV mit direkter Durchbiegungsmessung (z. B. mit Extensometer). Zusätzlich sollten Proben, Prüfparameter und Messgeräte klar dokumentiert und ggf. über Ringversuche validiert werden.
