Eine Zugprobe ist das Versuchsstück / Teststück der Werkstoffprüfung für einen Zugversuch. Damit wird insbesondere die Zugfestigkeit, aber auch die erste Schädigung (Streckgrenze oder Dehngrenze) sowie das Dehnverhalten von Werkstoffen ermittelt.

Die Zugproben sind für verschiedene Werkstoffe und Materialien definiert in der DIN 50125 sowie in der DIN EN ISO 6892-1 (Metallische Werkstoffe –Zugversuch).

Für die Bruchdehnung ${\displaystyle A}$ werden nach Norm Proportionalstäbe (festes Vielfaches der Probenmesslänge L₀ zum Durchmesser d) verwendet. Der Proportionalitätsfaktor der Stabform wird im Formelzeichen für die Bruchdehnung als Index angegeben (A₅ bzw. A₁₀); weichen die Proben von den normierten Formen ab, so wird stattdessen die Messlänge indiziert.

DIN 50125 definiert Proben mit folgenden Querschnittsformen:

• kreisförmig (Form A, B, C, D)
• rechteckig (Form E)
• Proben von Flacherzeugnissen (Form H, Bruchdehnung A₅₀ bzw. A₈₀).

Die Zugprobe wird für einen Zugversuch je nach Norm als Schulter-, Rund- oder Stabprobe hergestellt. Um Kerbwirkung und damit ein Verfälschen des Ergebnisses zu vermeiden, wird die Oberfläche des Prüflings feinstgedreht oder sogar poliert. Die Messlänge steht in einem definierten Verhältnis zum Durchmesser. Aufgrund der Querschnittsfläche ${\displaystyle S_{0}}$ der Probe kann die Spannung errechnet werden, diese wird in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt und ausgewertet (Formelzeichen der Fläche hier S, um eine Verwechselung mit der Bruchdehnung zu vermeiden).

Probenform

In der Regel sind die Probenköpfe, an den Enden der Probe, breiter als im Bereich der parallelen Länge. Der Übergang von der parallelen Länge zu den Probenköpfen muss einen Übergangsradius von mindestens 20 mm haben.

Durch die DIN EN ISO 6892-1 lässt sich generell sagen, dass die Kopfbreite mindestens dem ein- bis zweifachen der Anfangsbreite entsprechen sollte. Genaue Informationen hierzu findet man im Folgenden unter Probenmaße.

Probenmaße

Laut DIN EN ISO 6892-1:

1. Parallele Länge: > L₀ + b₀/2 (L₀ = Anfangsmesslänge; b₀ = Anfangsbreite)
2. In Schiedsfällen: = L₀ + 2 b₀ (insofern ausreichend Werkstoff vorhanden ist)
3. Bei Streifenproben mit einer Breite < 20 mm muss L₀ = 50 mm
   • In diesem Fall muss die freie Länge zwischen den Einspannungen gleich L₀ + 3 b₀ sein

Probenherstellung

Bei der Herstellung der Proben dürfen die Werkstoffeigenschaften nicht beeinflusst werden. Das bedeutet, dass alle Bereiche, die bei der Herstellung durch Verfahren wie dem Schneiden oder Stanzen kaltverfestigt wurden, bearbeitet werden müssen. Hierbei gilt zu beachten, dass die Walzoberflächen keinen Schaden nehmen dürfen.

Durch Herstellungsverfahren wie das Stanzen können deutliche Änderungen in den Werkstoffeigenschaften herbeigeführt werden. Speziell die Streck-/ Dehngrenzen können beeinflusst werden.

Laut DIN EN ISO 6892-1 ist es enorm wichtig, dass stark verfestigende Werkstoffe grundsätzlich durch Fräsen oder idealerweise durch Schleifen endbearbeitet werden. Bei besonders dünnen Werkstoffen wird geraten, Streifen der gleichen Breite als Bündel zu bearbeiten. Zusätzlich können dickere Deckbleche für Stabilität sorgen. Die Zugprobe wird für einen Zugversuch je nach Norm als Schulter-, Rund- oder Stabprobe hergestellt. Um Kerbwirkung und damit ein Verfälschen des Ergebnisses zu vermeiden, wird die Oberfläche des Prüflings feinst gedreht und sogar poliert. (DIN50125: Oberflächenrauheit Rz6,3).

Die Oberflächenrauhigkeit der bearbeiteten Flächen ist laut DIN 50125 mit Rz 6,3 gegeben:

Berechnung der Querschnittsfläche

• Quader (Form E) oder Flachprobe (Form H):

${\displaystyle S_{0}=a\cdot b}$

mit Dicke a, Breite b

• Rundprobe (Form A, B, C, D):

${\displaystyle S_{0}={\frac {\pi }{4}}d^{2}}$

mit Durchmesser d

• massenbezogen (bei besonderen Probenformen):

${\displaystyle S_{0}={\frac {m}{\rho \cdot l}}}$

mit Masse m, Dichte ρ, Länge l

• Rohr:

${\displaystyle {\begin{aligned}S_{0}&={\frac {\pi }{4}}\left(d_{\rm {a}}^{2}-d_{\rm {i}}^{2}\right)\\&=\pi \left(d_{\rm {a}}d_{\rm {w}}-d_{\rm {w}}^{2}\right)\end{aligned}}}$

mit Außendurchmesser d_a, Innendurchmesser d_i, Wandstärke d_w

• Garn:

${\displaystyle S_{0}={\frac {Titer}{\rho }}}$

mit dem Titer (längenbezogene Masse).

Literatur

• M. Hörbinger. (2015). Wasserstrahlschneiden: Verfahrensmöglichkeiten und Vergleich mit alternativen Industriellen Trennverfahren. Hamburg. Bachelor + Master Publishing.
• A. Fritz, G. Schulze. (2010). Fertigungstechnik. 9. Auflage. Berlin. Springer Verlag. S. 386–393
• F. Klocke, W. König. (2007). Fertigungsverfahren 3.Berlin. Springer Verlag.

Weblinks

• ISO 6892-1 (Metallische Werkstoffe –Zugversuch)
• DIN EN ISO 377
• DIN 50125:2022-08 (Prüfung metallischer Werkstoffe - Zugproben)

Einzelnachweise

1. 1 2 DIN EN ISO 6892-1 - 2017-02 - Beuth.de. Abgerufen am 4. Mai 2018. 
2. ↑ Materialbearbeitung mit Hochdruckwasserstrahl. In: Fertigungsverfahren 3 (= VDI-Buch). Springer, Berlin, Heidelberg, 2007, ISBN 978-3-540-23492-0, S. 321–332, doi:10.1007/978-3-540-48954-2_8.pdf (springer.com [abgerufen am 4. Mai 2018]). 
3. 1 2 Fertigungstechnik | SpringerLink. doi:10.1007/978-3-642-12879-0.pdf (springer.com [PDF; abgerufen am 4. Mai 2018]). 
4. ↑ Michaela Hörbinger: Wasserstrahlschneiden: Verfahrensmöglichkeiten und Vergleich mit alternativen industriellen Trennverfahren. Bachelor + Master Publication, 2015, ISBN 978-3-95820-401-0 (google.de [abgerufen am 4. Mai 2018]). 
5. ↑ DIN 50125 - 2022-08 - Beuth.de. Abgerufen am 19. Juni 2023. 
6. 1 2 Reinhart Poprawe: Tailored Light 2: Laser Application Technology. Springer Science & Business Media, 2011, ISBN 978-3-642-01237-2 (google.de [abgerufen am 4. Mai 2018]). 
7. 1 2 Lasertechnik für die Fertigung | SpringerLink. doi:10.1007/b137581.pdf (springer.com [PDF; abgerufen am 4. Mai 2018]). 
8. 1 2 J. Franke, W. Schulz, D. Petring, E. Beyer: Die Rolle der exothermen Reaktion beim Laserstrahlbrennschneiden. In: Laser in der Technik / Laser in Engineering. Springer, Berlin, Heidelberg, 1994, ISBN 978-3-540-57444-6, S. 562–567, doi:10.1007/978-3-662-08251-5_123.pdf (springer.com [abgerufen am 4. Mai 2018]). 
9. ↑ Björn Olaf Assmann: Herstellung hochgenauer Prototypen mittels Fräsen als quasi-generativem Rapid-Prototyping-Verfahren. Haltern Juni 2013, S. 28–29. 
10. 1 2 Eva Ponick, Alexander Stuckenholz: LoraWan – Drahtlose Kommunikation für die Industrie 4.0. Hrsg.: Hochschule Hamm - Lippstadt. Hamm. 
11. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D. Veeramani, S. Kumar: Optimization of the nibbling operation on an NC turret punch press. In: International Journal of Production Research. Band 36, Nr. 7, 1998. 
12. 1 2 3 4 5 Weiss, Michael: Nahtloses Fügen von FV-Strukturen. 2006, doi:10.3929/ethz-a-005198693 (ethz.ch [abgerufen am 15. Mai 2018]).