DIN 53293 Prüfung von Sandwichkonstruktionen - Biegeversuch

Die vom Deutschen Institut für Normung (DIN) herausgegebene Norm „DIN 53293 Prüfung von Sandwichstrukturen – Biegeprüfung“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von Sandwichverbundwerkstoffen (Sandwichplatten). Sandwichstrukturen sind leichte Verbundwerkstoffe, die aus folgenden Komponenten bestehen:

• Zwei dünne, starre Außenschichten (Oberflächenschichten oder Beschichtungsschichten) bestehen typischerweise aus Materialien wie glasfaserverstärktem Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, Aluminium oder Stahl.
• Dazwischen befindet sich ein dickerer, leichterer Kern, zum Beispiel:
• Balsaholz
• Wabenstrukturen (Aluminium, Papier, Aramid oder Kunststoff)
• Schaumstoff (z. B. Polyurethan-, PVC- oder Aluminiumschaum)

Diese Werkstoffe finden breite Anwendung in Branchen, in denen ein hohes Härte-Gewichts-Verhältnis entscheidend ist, darunter:

• Luftfahrt und Raumfahrt
• Kraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge
• Denizcilik-Unterhaltungsprogramm
• Hoch- und Tiefbau (z. B. Fassadenpaneele, Kühlwagen)
• Windenergie (Rotorblätter)
• Sportausrüstung

Gemäß der Norm DIN 53293 werden in Biegeversuchen die grundlegenden mechanischen Eigenschaften von Sandwichplatten unter Biegebelastung ermittelt. Dieser Versuch liefert Daten zu folgenden Aspekten:

• Biegesteifigkeit
• Maximales Biegemoment oder maximale Tragfähigkeit vor dem Versagen
• Abweichendes Verhalten
• Versagensarten (z. B. Faltenbildung der Oberflächenschicht, Gleitversagen des Kerns, Druck-/Zugversagen der Oberflächenschicht, Schichttrennung oder Eindellung unter Belastungspunkten)

Dieser Test ist besonders nützlich für die Qualitätskontrolle, den Materialvergleich, die Konstruktionsprüfung und die Forschung an Leichtbaukonstruktionen.

Die DIN 53293 definiert einen Vierpunkt-Biegeversuch. Diese Konfiguration wird für Sandwichmaterialien dem Dreipunkt-Biegeversuch vorgezogen, da:

• Es erzeugt ein konstantes Biegemoment zwischen den inneren Belastungspunkten.
• Es minimiert die Scherspannungen im zentralen Bereich.
• Im Vergleich zu Dreipunktaufhängungen werden lokale Effekte (Eindrücke) unter den Belastungspunkten reduziert.

Der typische Aufbau sieht wie folgt aus:

• Rechteckige Prüfprobe (die Abmessungen sind in der Norm definiert und hängen in der Regel von der Kerndicke und der zu erwartenden Durchbiegung ab).
• Es wird von zwei externen Punkten gestützt.
• Es wird symmetrisch an zwei inneren Punkten belastet.
• Der Test wird typischerweise unter halbstatischen Bedingungen durchgeführt, bis ein Bruch eintritt oder eine definierte Verformungsgrenze erreicht ist.

Die Ergebnisse umfassen typischerweise Folgendes:

• Last-Verformungs-Kurve
• Scheinbare Biegesteifigkeit (äquivalente Biegesteifigkeit)
• Kritische Lastwerte
• Art der beobachteten Fraktur

Die folgenden Normen stehen in Zusammenhang mit der Norm DIN 53293:

• Das beschriebene Verfahren ähnelt dem Standard „ASTM C393 Standard test method for core shear properties of sandwich structures by beam bending“, ist aber nicht exakt identisch mit ihm.
• Relevante Biegeprüfungen für allgemeine Kunststoffe oder faserverstärkte Kunststoffe sind die Normen DIN EN ISO 178 (Dreipunktbiegung) oder ISO 14125.
• In bestimmten Kontexten (z. B. bei faserverstärkten Platten) wird DIN 53293 in Verbindung mit oder im Vergleich zu den Normen DIN EN ISO 14125 oder EN ISO 178 verwendet.

Auch Jahre nach ihrer Veröffentlichung wird die Norm DIN 53293 noch immer als Referenz in der Fachliteratur, in Prüflaboratorien und bei Produktzertifizierungen, insbesondere in Europa, für Sandwichpaneele verwendet, die im Transport- und Bauwesen zum Einsatz kommen.

Kurz gesagt, die DIN 53293 beinhaltet ein Verfahren zur Bestimmung des Biegeverhaltens von Sandwichkonstruktionen, insbesondere von Sandwichplatten. Dieses Verfahren dient zur Bewertung der Steifigkeit, Festigkeit und des Bruchverhaltens von Sandwichverbundwerkstoffen unter Belastung.

Sandwichstrukturen bestehen typischerweise aus drei Schichten:

• Oberseite: Dies ist die dünne und robuste, tragende Schicht.
• Unterseite: Sorgt zusammen mit der Oberseite für Biegefestigkeit.
• Kern: Leicht, dick und in der Regel mit einer Waben- oder Schaumstruktur.

Diese Konstruktion ermöglicht eine hohe Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht.

Ziel dieses Prüfverfahrens ist die Bestimmung folgender Punkte:

• Biegefestigkeit
• Biegemodul
• Maximale Tragfähigkeit
• Bruchart (Oberflächenbruch, Kernzertrümmerung, Spaltbruch usw.)

Die Prüfung wird üblicherweise mit einer Universalprüfmaschine durchgeführt. Der Prüfprozess umfasst im Wesentlichen folgende Schritte:

• Probenpräparation: Es werden rechteckige Proben mit definierten Abmessungen hergestellt. Probendicke und Kernart werden dokumentiert.
• Belastungsmethode: Es kann ein Drei- oder Vierpunkt-Biegeversuch durchgeführt werden. Die Belastung erfolgt last- oder weggesteuert.
• Messungen: Folgende Messungen wurden durchgeführt:
• Die angewandte Kraft
• Mittelpunktverschiebung
• Maximale Belastung im Moment des Bruchs

Folgende Parameter werden ebenfalls bestimmt:

• Biegefestigkeit: Die maximale Spannung, die ein Material vor dem Bruch aushalten kann.
• Biegesteifigkeit: Der Widerstand des Paneels gegen Biegung. Die Kerndicke beeinflusst diesen Wert maßgeblich.
• Schadensanalyse:
• Zugbruch der Oberflächenschicht
• Verstauchung an der Druckseite
• Kernscherbruch
• Oberflächen-Kern-Trennung (Delamination)

DIN 53293 findet insbesondere in folgenden Sektoren Anwendung:

• Luftfahrt und Raumfahrt
• Automobil
• marine
• Konstruktion (Verbundfassadenplatten)
• Windkraftanlagenflügel

Da Sandwichkonstruktionen leichte und dennoch hochfeste Systeme darstellen, wird der in dieser Norm definierte Biegeversuch als wichtig erachtet. Dieser Versuch ist von entscheidender Bedeutung, weil…

• Es dient der Designvalidierung.
• Es kontrolliert die Produktionsqualität.
• Es ermöglicht einen Materialvergleich.
• Es liefert sicherheitskritische Daten.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm DIN 53293 an.