Grundlagen der Bruchdehnung

Die Bruchdehnung, auch Reißdehnung oder Zugdehnung genannt, ist ein Maß für die Dehnung eines Werkstoffs bis zum Zeitpunkt seines Bruchs unter Zugbelastung. Sie wird in Prozent angegeben und zeigt an, um wie viel sich eine Probe gegenüber ihrer Ausgangslänge verlängert, bevor sie reißt.

Damit ist die Bruchdehnung ein Indikator für die Duktilität und Zähigkeit eines Werkstoffs. Sie gehört zu den Kennwerten, die in technischen Datenblättern und Werkstoffprüfberichten angegeben werden. Bei O-Ringen sagt sie aus, wie weit sich ein Elastomer dehnen lässt, bevor es versagt. Das ist besonders bei der Montage relevant, wenn der Ring über Bauteilkanten gezogen wird.

Wovon die Bruchdehnung abhängt

Mehrere Faktoren beeinflussen den Wert:

• Werkstofftyp: Elastomere, Kunststoffe und Metalle zeigen sehr unterschiedliche Bruchdehnungen.
• Temperatur: Hohe oder niedrige Temperaturen verändern die Duktilität eines Werkstoffs.
• Verarbeitung und Behandlung: Mischungsrezeptur, Zusatzstoffe und Vernetzung wirken sich auf die Dehnbarkeit aus.

Messung im Zugversuch

Die Bruchdehnung wird im Zugversuch ermittelt. Eine Werkstoffprobe wird in eine Prüfmaschine eingespannt und unter kontrollierten Bedingungen gedehnt, bis sie bricht. Dabei werden Kraft und Dehnung kontinuierlich aufgezeichnet. Drei Schritte sind entscheidend:

1. Vorbereitung der Probe: Die Probe wird nach einem definierten Standard mit festgelegten Abmessungen vorbereitet, damit die Ergebnisse vergleichbar sind.
2. Durchführung des Zugversuchs: Die Probe wird gleichmäßig gedehnt, während Kraft und Längenänderung gemessen werden.
3. Auswertung: Die Bruchdehnung ergibt sich aus der Längenänderung beim Bruch bezogen auf die ursprüngliche Länge, ausgedrückt in Prozent.

Die Formel

Die Bruchdehnung wird häufig mit dem Formelzeichen ε bezeichnet und wie folgt berechnet:

ε = ((L₁ − L₀) / L₀) × 100 %

Dabei ist L₀ die Ausgangslänge der Probe vor dem Versuch und L₁ die Länge nach dem Bruch. Das Ergebnis gibt an, um wie viel Prozent sich die Probe gegenüber ihrer Ausgangslänge verlängert hat, bevor sie gerissen ist.

Bruchdehnung verschiedener Werkstoffe

Die Bruchdehnung unterscheidet sich stark zwischen den Werkstoffgruppen. Elastomere wie Naturkautschuk erreichen sehr hohe Werte, spröde Kunststoffe und viele Metalle liegen deutlich darunter. Die folgende Übersicht zeigt typische Größenordnungen.

Bei Kunststoffen reicht die Spanne von sehr spröde bis extrem dehnbar. Polystyrol etwa weist eine sehr geringe Bruchdehnung auf, während Polyethylen sich um ein Vielfaches dehnen lässt. Bei Metallen hängt der Wert von Legierung und Wärmebehandlung ab.

Bedeutung bei Montage und Dehnung von O-Ringen

Für O-Ringe ist die Bruchdehnung vor allem bei der Montage wichtig. Beim Aufziehen über eine Welle, eine Nut oder eine Bauteilkante wird der Ring kurzzeitig gedehnt. Reicht die Dehnbarkeit des Werkstoffs nicht aus, kann der Ring einreißen oder bleibend geschädigt werden.

Ein Werkstoff mit hoher Bruchdehnung verträgt diese Beanspruchung besser und bietet mehr Reserve. Trotzdem gilt: Im Betrieb sollte ein O-Ring nie bis nahe an seine Bruchdehnung beansprucht werden. Die dauerhafte Dehnung beim Einbau bleibt deutlich darunter, damit der Ring seine Dichtkraft behält und nicht vorzeitig altert.

Neben der Bruchdehnung spielen weitere Eigenschaften zusammen. Die Shore-Härte bestimmt, wie leicht sich der Ring verformen lässt, und die Zugfestigkeit gibt an, welche Kraft der Werkstoff aushält. Erst im Zusammenspiel ergibt sich ein belastbares Bild für die Werkstoffauswahl.

Zusammenhang mit der Zugfestigkeit

Bruchdehnung und Zugfestigkeit werden im selben Zugversuch ermittelt, sagen aber Unterschiedliches über einen Werkstoff aus.

• Bruchdehnung: Sie beschreibt, wie weit sich ein Werkstoff dehnen lässt, bevor er bricht. Sie ist ein Maß für die Duktilität, also die Fähigkeit, sich unter Zug zu verformen, ohne zu reißen.
• Zugfestigkeit: Sie beschreibt die maximale Spannung, die ein Werkstoff unter Zug aushält, bevor er bricht. Sie wird in Kraft pro Fläche gemessen, etwa in Megapascal (MPa), und ist ein Maß für die Festigkeit.

Beide Kennwerte zusammen beschreiben das Verhalten unter Zug vollständiger als jeder für sich. Ein Werkstoff kann hohe Festigkeit, aber geringe Dehnbarkeit besitzen, oder umgekehrt. Für Dichtungen ist eine ausgewogene Kombination gefragt: genug Dehnbarkeit für die Montage und genug Festigkeit für die Dichtkraft im Betrieb.

Normen und Prüfverfahren

Damit Messwerte vergleichbar sind, erfolgt die Prüfung der Bruchdehnung nach festgelegten Normen. Sie legen Probenform, Prüfbedingungen und Auswertung fest. Für die verschiedenen Werkstoffgruppen gelten unterschiedliche Standards.

Die Einhaltung dieser Normen sorgt dafür, dass Ergebnisse unabhängig von Ort und Labor vergleichbar sind. Das ist sowohl für die Qualitätssicherung in der Fertigung als auch für die Werkstoffauswahl wichtig.

Häufige Fragen