In der Materialkunde spielt dieses Diagramm eine bedeutende Rolle. Es stellt die Eigenschaften eines Materials das auf Zug belastet wird graphisch und schnell ersichtlich dar. Es gibt eine Reihe weiterer Materialeigenschaften die auf andere Art und Weise getestet und dargestellt werden. Darunter ebenso wichtige Eigenschaften wie Druckfestigkeit und Härte. Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm dient also nur der Bestimmung der sogenannten Zugfestigkeit. Wenn man die Darstellungsmethode grob verstanden hat, kann man und auf den ersten Blick erkennen wie sich ein bestimmtes Material unter einer Belastung auf Zug verhält. Auch konkrete Werte unter welchen einwirkenden Kräften sich das Material verformt, lassen sich an diesem Achsendiagramm ablesen.
Die Entstehung von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen
Ein solches Diagramm kann nicht rechnerisch erstellt werden. Es entsteht durch einen relativ simplen Versuchsaufbau; Der sogenannte Zugversuch. Hierbei handelt es sich um einen, bis ins Detail genormten Versuchsaufbau. Ein exakt definierter Probestab wird in speziellen Zugprüfmaschinen auf Zug belastet. Dabei wird mit einer kontinuierlich steigenden Kraft an diesem Stab gezogen und beobachtet und festgehalten unter welchen Kräften sich der Stab dehnt oder letztlich sogar reißt.
Wie der Name schon sagt, bestimmt der Zugversuch die sogenannte Zugfestigkeit eines Materials. Die Zugfestigkeit bestimmt wie sich das Material verhält, wenn an ihm gezogen wird. Beispielweise wird der Probestab aus einem Elastomer (Gummi) sich sehr weit dehnen lassen bevor er reißt. Im Gegensatz dazu wird ein sprödes Material wie Glas kaum Dehnungseigenschaften aufweisen. Bei diesem Versuch entstehen eine Reihe unterschiedlicher Werte und Daten die für jedes Material hinterlegt sind und unter anderem in Tabellenbüchern nachgelesen werden können (Zugfestigkeit, Streckgrenze, Elastizitätsgrenze, Dehngrenze und andere).
Die Verwendung von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen
Bei jedem Gerät, jeder Maschine und jeder Konstruktion müssen die Materialien ihren Anforderungen entsprechend ausgewählt werden. Ein Beispiel für die Verwendung des Spannungs-Dehnungs-Diagramms ist die Auswahl von Schraubverbindungen im Maschinenbau. Hierbei werden in der Regel konkrete und umfangreiche Berechnungen durchgeführt, welchen Belastungen die Schraube ausgesetzt wird und demnach wird die Auswahl getroffen. Dabei spielen natürlich enorm viele unterschiedliche Faktoren eine Rolle, unter anderem Rahmenbedingungen wie Gewichts- und Kostenbegrenzungen.
Ist die Kraft die auf die Schraube wirkt rechnerisch bestimmt, muss deren im Zugversuch festgestellte und im Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellte, Zugfestigkeit dieser Belastung gewachsen sein. Höheren Kräften kann entgegengewirkt werden in dem man den Durchmesser, also die Größe der Schraube erhöht oder eine Schraube aus einem Material mit einer höheren Zugfestigkeit wählt. Dazu sind auf Maschinenschrauben deren Festigkeitsklassen angegeben. Mit diesen Angaben lassen sich Zugfestigkeit und Streckgrenze der Schrauben ermitteln. Häufig findet sich auf dem Schraubenkopf die Bezeichnung 8.8.
Vereinfacht dargestellt heißt das, dass eine Schraube mit der Bezeichnung 10.9 eine höhere Zugfestigkeit bei gleicher Schraubengröße aufweist.
Diese Festigkeitsklassen der Schrauben wurden mit Hilfe des Spannungs-Dehnungs-Diagramms erstellt. Hier zeigt sich die Unverzichtbarkeit dieser Diagramme im Maschinenbau, weiterlesen.
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