Bestimmung der senkrechten Anisotropie (r-Wert) nach DIN EN ISO 10113

Die ISO-10113-Prüfung richtet sich an flache Metallprodukte wie Feinbleche oder -bänder, etwa aus Stahl oder Aluminium, deren anisotrope Dehneigenschaften kritisch sind. Typische Anwendungsfelder sind die Automobil- und Zulieferindustrie, der Maschinenbau sowie weitere Branchen, in denen Blechumformung eine Rolle spielt. Feinbleche werden in allen Industriezweigen eingesetzt, weshalb umfangreiche Werkstoffprüfungen erforderlich sind. Das Ergebnis (r-Wert) fließt in die Optimierung von Umformprozessen und die Freigabeprüfung neuer Materialchargen ein.

Prüfverfahren

Die Prüfung erfolgt im uniaxialen Metallzugversuch bspw. nach DIN EN ISO 6892-1 mit Blechproben, die typischerweise in verschiedenen Winkeln zur Walzrichtung entnommen werden. Laut DIN EN ISO 10113 wird der r-Wert definiert als das Verhältnis der wahren plastischen Breitendehnung zur wahren plastischen Dickenänderung der Probe. Da die Dickenänderung schwer zu messen ist, wird bis zur Gleichmaßdehnung konstantes Volumen angenommen und stattdessen die Längenänderung als Ersatz für die Dickenänderung bestimmt.

Die Norm DIN EN ISO 10113 unterscheidet drei Verfahrensarten:

• im manuellen Verfahren werden Breiten- und Längenänderung mit Messtastern oder Messschieber ermittelt
• im halbautomatischen Verfahren wird nur die Längenänderung über ein Extensometer bestimmt
• im automatischen Verfahren werden beide Größen mit Dehnungsmessgeräten simultan aufgezeichnet

Prüfziele

Mit dem senkrechten Anisotropie-Kennwert nach ISO 10113 oder auch nach ASTM E517, JIS Z2254 wird das anisotrope Umformverhalten von Blechen charakterisiert. Der r-Wert ist einer der typischen Kennwerte im Zugversuch neben Streckgrenze, Zugfestigkeit und Verfestigungsexponent. Alle Werte dienen zur Materialcharakterisierung und Qualitätssicherung. Der r-Wert gibt an, wie stark sich eine Probe in Querrichtung (Breite) im Vergleich zur Dickenveränderung verformt:

• r = 1 bedeutet isotropes Verhalten
• r > 1 zeigt bevorzugte Verformung in der Breite (gute Tiefzieheigenschaften)
• r < 1 überwiegt die Dickenverformung.

Damit lassen sich etwa Verbesserungen im Tiefziehprozess planen oder Qualitätsabweichungen bei Coil-Stahl oder Aluminiumblech erkennen.

Prüfmaschine und Zubehör für Prüfungen nach DIN EN ISO 10113

• Universalprüfmaschine (z. B. inspekt table 20 kN): Die Maschinen der inspekt table-Serie bieten Prüfkräfte bis 250 kN und sind ausgelegt für Zug-, Druck-, Biege- und Schälversuche. Dank rückstellfreier Kugelgewindetriebe und bürstenlosem Servo-Motor sind auch in rauer Umgebung präzise und schnelle Messungen möglich. Die Maschine kann mit verschiedenen Dehnungsaufnehmern bestückt werden und wird wie all unsere Maschinen standardmäßig mit der LabMaster-Prüfsoftware geliefert.
• Spannzeuge: Hegewald & Peschke bietet ein breites Spektrum mechanischer, pneumatischer und hydraulischer Spannzeuge für Zugversuche. Für Blechproben sind z. B. Keil-, Keilschraubspannzeuge oder Hydraulikspannzeuge geeignet. Während Keilspannzeuge eine preislich attraktive Variante darstellen schließen die Hydraulikspannzeuge parallel ohne Vorspannungen ins Material einzubringen und können synchron beidseitig als auch einseitig geliefert werden. Letztere ermöglichen das Einspannen von symmetrischen und darüber hinaus asymmetrischen geklebten, genieteten, verspundeten oder geschweißten Proben. Diese Funktionalität kann auch mit Keilschraubspannzeugen erzielt werden. Diese kombinieren die Eigenschaften von Schraub- und Keilspannzeugen, wodurch sie bei steigendem Prüfkraftfluss automatisch größere Greifkräfte erzeugen und die Probe nach Bruch dennoch sicher spannen, was für Sprödbruch Vorteile hat.
• Extensometer (Dehnungsmesssysteme): Zur simultanen Erfassung der Längen- und Breitenänderung können optische oder mechanische Dehnungsmessgeräte eingesetzt werden. H&P bietet etwa das Langwegdehnungsmessgerät MFX an, das die Längsdehnung der Probe taktil misst. Die Querdehnung wird an einem oder zwei Messpunkten mit einem Clip-On Extensometer MFQ oder mit einem automatischen Breitenänderungsaufnehmer MFQ-B gemessen. Das digitale Weitbereichs-Querdehnungsmessgerät misst zur Bestimmung des r-Wertes (senkrechte Anisotropie) an Feinblechen an 2 Messtellen und kann ohne Umbauten für Probenbreiten zwischen 6 und 35mm eingesetzt werden. Geringe Anpresskräfte der Tastbolzen und eine sich der Probe feinfühlig anpassende Lagerung ermöglichen die Prüfung auch dünnster Bleche. Alternativ kann auch ein optisches Extensometer eingesetzt werden. Hierfür bietet Hegewald zwei verschiedene Geräte an. Das DeltaL vereint die Vorteile der einfachen Bedienung von Ansetzdehnungsmessgeräten mit denen von optischer Messtechnik und arbeitet berührungslos. So können auch sensible Bleche mit hohem Probendurchsatz untersucht werden. Das Videoextensometer ONE bietet einen wissenschaftlicheren Ansatz und erlaubt die Bestimmung der Längs- und Querdehnungsverteilung über die gesamte parallele Länge der Probe. Ebenso können über ein DIC Modul 2-D-Karten erzeugt werden.
• Prüfsoftware LabMaster: LabMaster unterstützt die automatische Erfassung und Auswertung aller relevanten Messgrößen eines Zugversuchs (Kraft und Dehnung) und berechnet daraus Kennwerte wie Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Bruchdehnung, Verfestigungsexponenten nach DIN EN ISO 10275 (n-Wert) etc. Die Berechnung des r-Werts nach ISO 10113 ist standardmäßig implementiert. Die Prüfsoftware protokolliert den senkrechten Anisotropie-Wert automatisch im Prüfbericht, sodass die Materialeigenschaft direkt ausgewertet und dokumentiert werden kann.

Für weitere Informationen zur Bestimmung der senkrechten Anisotropie (r-Wert) nach DIN EN ISO 10113 setzen Sie sich gern mit uns in Verbindung.

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