Wenn Ingenieure etwas über die Biegefestigkeit eines Materials wissen wollen, führen sie verschiedene Tests durch. Ein wichtiger Test ist die Biegeprüfung. Diese Prüfung kann jedoch auf zwei Arten durchgeführt werden, die sich in ihrer Art unterscheiden: 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuche. Auf den ersten Blick sehen sie ähnlich aus, unterscheiden sich aber in mehreren Aspekten. Dies entfacht eine Debatte zwischen 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuch.
Um genaue Ergebnisse zu erhalten, ist es entscheidend, die wichtigsten Unterschiede zu kennen. Es hilft, den richtigen Test für das richtige Material zu wählen. Das Ergebnis ist, dass kostspielige Fehler und strukturelles Versagen sehr selten vorkommen. Sind Sie sich bei diesen Tests unsicher? Kein Grund zur Beunruhigung! In diesem Artikel werden die wichtigsten Unterschiede zwischen dem 3-Punkt- und dem 4-Punkt-Biegeversuch erläutert. Fangen wir an!
Übersicht über 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuche
Die Biegeprüfung ist eine Methode zur Bestimmung der Biegefestigkeit, Steifigkeit und Dehnbarkeit eines Materials. Einfach ausgedrückt, lässt sich damit herausfinden, wie stark sich ein Material biegen lässt, bevor es bricht. Außerdem wird gemessen, wie flexibel oder steif das Material ist und ob es plötzlich bremst oder sich dehnt.
Die Messung all dieser Parameter ergibt die endgültige Biegefestigkeit eines Materials. Diese Prüfung kann durchgeführt werden, indem die Probe zwischen zwei Stützen gelegt wird. Diese Stützen helfen, das Material an einer Stelle zu halten. Dann wird von oben eine Last aufgebracht, die das Material nach unten drückt und es bricht. Letztlich prüfen die Experten, wie viel Kraft oder Last das Material zum Bruch bringt.
Sie können einen Biegetest auf zwei Arten durchführen. Die erste Möglichkeit ist eine 3-Punkt-Biegeprüfung. Bei dieser Prüfung wird das Prüfmuster auf zwei Auflagepunkte gelegt. Eine einzige Belastungseinheit drückt jedoch von oben in der Mitte darauf. Bei diesem Aufbau gibt es insgesamt drei Kontaktpunkte (zwei Auflager und eine Last); daher wird er als 3-Punkt-Biegeversuch bezeichnet.
Wenn die Belastungskraft auf das Probenmaterial drückt, beginnt es sich zu biegen. Dies geschieht so lange, bis die maximale Belastung erreicht ist und das Material bricht. Am Ende werden die Biegefestigkeit und der Elastizitätsmodul gemessen. Bei der 4-Punkt-Biegeprüfung hingegen wird die Probe wieder auf zwei Stützen gelegt. Diesmal wirken jedoch zwei gleiche Lasten auf die Probe ein.
Insgesamt gibt es also vier Kontaktpunkte (zwei Lasten und zwei Stützen), weshalb man von einer 4-Punkt-Biegeprüfung spricht. Allerdings wird die Kraft bei dieser Prüfung über einen größeren Bereich zwischen zwei Belastungspunkten verteilt. Das maximale Biegemoment ist nicht wie bei der 3-Punkt-Biegeprüfung auf einen Punkt konzentriert. Aufgrund der besseren Spannungsverteilung ist diese Art der Biegeprüfung zuverlässiger.
3-Punkt- vs. 4-Punkt-Biegeversuch: Die wichtigsten Unterschiede
Wenn Sie das nicht tun den Biegetest und seine Arten verstehen und Vorteile, keine Sorge! Ich habe einen ausführlichen Leitfaden zu den Biegetests geschrieben. Sie sollten ihn lesen, um das grundlegende Know-how zu verstehen. Wie ich bereits sagte, sehen 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuche gleich aus. Sie unterscheiden sich jedoch in vielen Aspekten. Lassen Sie uns die Unterschiede zwischen den 3- und 4-Punkt-Biegeversuchen untersuchen.
1- Anzahl der Lastpunkte
Ein Belastungspunkt ist die genaue Stelle, an der die Prüfmaschine die Kraft aufbringt. Die Anzahl der Belastungspunkte ist bei beiden Arten von Biegeversuchen unterschiedlich. Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung gibt es beispielsweise nur einen Belastungspunkt. Dies bedeutet, dass das Material zwischen zwei Stützen gehalten wird. Allerdings drückt nur eine Kraft von oben auf die Probe an einer Stelle in der Mitte.
Dies macht die Prüfung einfach und leicht durchführbar. Auf der anderen Seite gibt es bei der 4-Punkt-Biegeprüfung zwei Belastungspunkte. Das bedeutet, dass zwei gleiche Kräfte an zwei verschiedenen Punkten der Materialprobe aufgebracht werden. Der Druck verteilt sich auf eine große Fläche zwischen den beiden Belastungspunkten. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Bruchs sehr gering. Diese Methode liefert also genauere Ergebnisse.
2- Spannungsverteilung
Die Spannungsverteilung bezieht sich darauf, wie und wo sich die Kraft während der Prüfung im Material verteilt. Dies ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zwischen 3- und 4-Punkt-Biegeversuchen. WIE? Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung gibt es nur einen Belastungspunkt. Das bedeutet, dass die Belastung auf einen einzigen Punkt konzentriert ist. Infolgedessen wird dieser Punkt stärker beansprucht und geschwächt.
Dieser einzelne Punkt ist der Belastung ausgesetzt, der Rest des Materials jedoch nicht. Im Gegensatz dazu gibt es bei der 4-Punkt-Biegeprüfung zwei Belastungspunkte. Daher wird die Kraft gleichmäßig auf diese beiden Belastungspunkte verteilt. Dadurch wird der gesamte zentrale Punkt gleichmäßig belastet, und das Material wird gerechter geprüft.
3- Bereich des maximalen Biegemoments
Das Biegemoment gibt an, wie viel Biegekraft an verschiedenen Materialteilen auftritt. Das maximale Biegemoment ist jedoch der Punkt, an dem das Material die höchste Kraft erfährt. Sowohl bei 3-Punkt- als auch bei 4-Punkt-Biegeversuchen gibt es unterschiedliche Bereiche für dieses maximale Biegemoment. Bei einem 3-Punkt-Biegeversuch wird die 3-Punkt-Biegeprüfmaschine übt Kraft auf einen Punkt aus.
Das bedeutet, dass das maximale Biegemoment an einem einzigen Punkt oder Bereich auftritt. Einfach ausgedrückt: Es gibt nur einen Bereich mit maximalem Biegemoment. Beim 4-Punkt-Biegeversuch hingegen ist das maximale Biegemoment über eine große Fläche verteilt. Zwei Lasten üben an zwei verschiedenen Stellen Kräfte aus. Das hat zur Folge, dass der längere Teil des Materials die höchste Biegekraft erfährt.
4- Empfindlichkeit gegenüber Materialfehlern
Einer der wichtigsten Punkte bei einer Biegeprüfung ist, ob das Material Fehler aufweist. Diese Fehler können dazu führen, dass ein Material leichter bricht. Wie gut ein Test diese Fehler aufdeckt, hängt also davon ab, wie die Kraft aufgebracht wird. Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung gibt es zum Beispiel nur einen Belastungspunkt in der Mitte. Die Kraft wird auf diesen einen Punkt ausgeübt, der einer starken Belastung ausgesetzt ist.
Der gesamte Druck oder die gesamte Kraft konzentriert sich auf einen winzigen Bereich. Daher ist es wahrscheinlicher, dass diese Stelle das Material während der Prüfung zum Versagen bringt. Das bedeutet, dass die 3-Punkt-Biegeprüfung empfindlicher auf Oberflächen- oder innere Fehler nur in der Mitte reagiert. Daher ist diese Methode effektiver für die Erkennung von Fehlern, insbesondere in kleinen Bereichen.
Auf der anderen Seite gibt es bei einer 4-Punkt-Biegeprüfung zwei Belastungspunkte. Dadurch verteilt sich die Belastung auf eine große Fläche. Das macht sie weniger empfindlich für kleine Fehler. Kleine Risse oder Defekte lassen sich mit einer 4-Punkt-Biegeprüfmaschine nicht erkennen. Diese Methode eignet sich gut, wenn Sie wissen wollen, wie gut ein Material insgesamt funktioniert.
5- Genauigkeit der Ergebnisse
Die Genauigkeit der Ergebnisse bedeutet, dass die Testergebnisse korrekt und zuverlässig sind. Mit anderen Worten, sie hilft Ihnen zu entscheiden, ob Sie den erhaltenen Zahlen vertrauen können. Beide Biegeprüfverfahren bieten unterschiedliche Genauigkeitsgrade bei den Ergebnissen. Bei einer 3-Punkt-Biegeprüfung beispielsweise wird die Kraft nur auf einen einzigen Punkt ausgeübt. Da der Schwerpunkt auf einem kleinen Bereich liegt, können kleine Dinge den Test leicht beeinflussen.
Kleine Risse, Ausrichtungsfehler und Oberflächenschäden sind Beispiele dafür. Diese Kleinigkeiten beeinflussen das Ergebnis erheblich, selbst wenn das Material insgesamt haltbar ist. Bei einer 4-Punkt-Biegeprüfung hingegen wird die Kraft an zwei Punkten aufgebracht. Dadurch ist der Test weniger anfällig für kleine Risse und Einrichtungsfehler. So erhalten Sie ein realistischeres Bild von der Haltbarkeit des Materials.
6- Komplexität der Ausrüstung und Einrichtung
Dieser Punkt bezieht sich darauf, wie schwierig oder einfach es ist, die Prüfgeräte einzurichten. Einige Prüfungen sind einfach und schnell, während andere schwierig zu handhaben sind. Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung zum Beispiel werden zwei Stützen und ein Belastungspunkt verwendet. Das bedeutet, dass nur eine Kraft aufgebracht wird, was die Handhabung und Ausrichtung erleichtert. Außerdem besteht die Maschine, die bei diesem Verfahren verwendet wird, aus weniger Teilen.
Mit Grundkenntnissen können Sie diese Prüfung einfach und schnell durchführen. Bei der 4-Punkt-Biegeprüfung hingegen werden zwei Stütz- und zwei Belastungspunkte verwendet. Die 4-Punkt-Biegeprüfmaschine hat komplexe Teile, die mehr Fähigkeiten erfordern. Das Ausrichten aller Teile und die Handhabung zusätzlicher Teile wird bei diesem Aufbau schwierig. Daher erfordert es mehr Aufmerksamkeit und Sorgfalt bei der Durchführung.
7- Anforderung an die Länge der Probe
Dieser Unterschied betrifft die Länge einer Testprobe, die für die genaue Durchführung eines Tests erforderlich ist. Beide Biegetestarten erfordern unterschiedliche Längen für die Probe. Bei einer 3-Punkt-Biegeprüfung zum Beispiel übt die Maschine die Kraft an einem einzigen Punkt in der Mitte aus. Es besteht also kein Bedarf an einer langen Probe.
Diese kurze Stichprobenlänge macht dieses Verfahren einfacher zu handhaben. Bei der 4-Punkt-Prüfung hingegen werden zwei Belastungspunkte verwendet. Die Kraft wird an zwei verschiedenen Punkten aufgebracht. Daher sollte die Länge der Probe so bemessen sein, dass sie passt. Wenn die Probe zu kurz ist, passen die Belastungsarme nicht, und das Testergebnis ist nicht genau. Mit einfachen Worten: Bei dieser Methode wird langes Probenmaterial verwendet.
8- Realismus bei der Simulation von Belastungen in der realen Welt
Sie bezieht sich darauf, wie gut jeder Biegetest das widerspiegelt, was in der realen Welt mit dem Material geschieht. Einfach ausgedrückt, kann man sehen, welcher Test Ergebnisse liefert, die näher an dem liegen, was ein Material in der realen Welt erlebt. Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung wird die Kraft an einem zentralen Punkt aufgebracht. Das Material wird nur in einem kleinen Bereich maximal belastet.
In der realen Welt sind die Lasten jedoch in der Regel verteilt. Sie wirken nicht nur auf einen kleinen zentralen Bereich, sondern auch auf die gesamte Materialoberfläche. Daher ist die 3-Punkt-Biegeprüfung weniger realistisch. Bei einer 4-Punkt-Biegemaschine hingegen wird die Kraft an zwei Punkten aufgebracht. Die Spannung wird genau so verteilt, wie es in der realen Welt geschieht. Daher ist diese Methode realistischer und simuliert die realen Bedingungen.
9- Geeignete Materialtypen
Nicht alle Werkstoffe verhalten sich bei Biegeversuchen auf die gleiche Weise. Daher ist es wichtig zu wissen, welches Material für welche Biegeprüfung geeignet ist. Lassen Sie uns diese Unterscheidung vereinfachen. Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung wird die Kraft an einem Punkt aufgebracht. Dies führt zu einer starken Spannungskonzentration in der Mitte. Daher eignet sie sich am besten für spröde Materialien wie Glas und Hartplastik. WARUM?
Da das spröde Material an der Schwachstelle schneller bricht, konzentriert sich der 3-Punkt-Biegeversuch auf genau diese Stelle. Umgekehrt wird bei einer 4-Punkt-Biegeprüfung die Kraft auf zwei Punkte verteilt. Dies gilt für duktiles Material, das nicht plötzlich reißt. Auf diese Weise lässt sich das Verhalten des Materials über eine lange Biegezone hinweg genau beobachten.
10- Kosten- und Zeiteffizienz
Bei der Wahl zwischen diesen beiden Methoden spielen Kosten- und Zeiteffizienz eine große Rolle. Ingenieure bevorzugen Prüfungen, die nicht nur effizient, sondern auch kostengünstig sind. In dieser Hinsicht unterscheiden sich die beiden Biegeversuche. Eine 3-Punkt-Biegeprüfung beispielsweise erfordert einen einfachen Maschinenaufbau. Es werden weniger Teile benötigt, die leichter zu handhaben und einzurichten sind. Außerdem sparen die schnellen Ergebnisse Zeit und Geld.
Insgesamt ist dieses Verfahren kostenfreundlicher. Auf der anderen Seite erfordern 4-Punkt-Biegeversuche eine komplexe Bearbeitungseinrichtung. Die Handhabung dieser Einrichtung erfordert mehr Zeit. Darüber hinaus haben diese Maschinen auch einen hohen Preis. Sie benötigen qualifiziertes Personal, um diese komplexe Einrichtung zu bedienen, was die Arbeitskosten erhöht. Insgesamt ist die 4-Punkt-Biegeprüfung also eine zeitaufwändige und teure Methode.
Häufig gestellte Fragen
Können 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuche für dasselbe Material verwendet werden?
Ja, Sie können beide Biegeversuche für dasselbe Material verwenden. Die Wahl hängt jedoch vom Ziel der Prüfung ab. Wenn Sie geringfügige Fehler aufdecken wollen und gleichzeitig Präzision wünschen, können Sie sowohl 3-Punkt- als auch 4-Punkt-Biegeversuche für dasselbe Material verwenden.
Messen 3-Punkt- und 4-Punkt-Tests die gleichen Eigenschaften?
Ja, sowohl 3-Punkt- als auch 4-Punkt-Biegeversuche messen die gleichen Eigenschaften. Sie messen zum Beispiel die Biegefestigkeit, Steifigkeit und Durchbiegung. Der Grad der Genauigkeit und Empfindlichkeit ist jedoch bei beiden Arten unterschiedlich.
Welche Branchen verwenden 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuche?
Sowohl 3-Punkt- als auch 4-Punkt-Biegeversuche sind in verschiedenen Branchen weit verbreitet. Zu den am häufigsten verwendeten Branchen gehören:
- Automobilbranche
- Luft- und Raumfahrtindustrie
- Elektroindustrie
- Marine und Schiffbau
- Herstellung von Werkzeugen und Ausrüstung
Abschluss
Biegeversuche sind praktisch, um die tatsächliche Biegefestigkeit eines Materials zu ermitteln. Unter ihnen sind 3-Punkt- und 4-Punkt-Biegeversuche die wertvollsten. Auf den ersten Blick klingen und sehen sie gleich aus, aber es gibt mehrere Faktoren, die diese Tests unterscheiden. In diesem Artikel gehe ich auf einige dieser Faktoren ein. Bei 3-Punkt-Biegeversuchen wird zum Beispiel ein Belastungspunkt verwendet.
Sie übt ihre Kraft in der Mitte aus und ist daher empfindlich gegenüber Materialfehlern. Dieses Verfahren ist außerdem kostengünstig und einfach. Bei der 4-Punkt-Biegeprüfung hingegen werden fortschrittliche und komplexe Maschinen eingesetzt. Dabei wird die Kraft an zwei verschiedenen Punkten aufgebracht. Dieses Verfahren ist aufgrund des komplexen Maschinenaufbaus kostspielig. Ich empfehle jedoch, diese Methode zu wählen, da sie genauere, präzisere und realistischere Ergebnisse liefert.