Druckversuch
Der Druckversuch ist ein mechanisch-technologisches Prüfverfahren zur Bestimmung des Werkstoffverhaltens unter einachsiger Druckbelastung. Er ergänzt den Zugversuch und liefert charakteristische Kennwerte wie Druckfestigkeit, Druckstreckgrenze und Stauchung, die insbesondere für spröde Werkstoffe und Leichtbaustrukturen von zentraler Bedeutung sind.
Grundprinzip und Prüfaufbau
Eine quaderförmige oder zylindrische Probe wird zwischen zwei parallelen, planparallelen Druckplatten einer Universalprüfmaschine mit definierter Geschwindigkeit gestaucht. Kraft und Verformung (Stauchung) werden kontinuierlich erfasst. Aus diesen Messwerten lässt sich die Druckspannungs-Stauchungs-Kurve ableiten, das Pendant zur Spannungs-Dehnungs-Kurve aus dem Zugversuch. Wichtige geometrische Anforderungen betreffen das Schlankheitsverhältnis (Höhe zu Durchmesser oder kleinster Querschnittsabmessung): Bei einem zu hohen Schlankheitsverhältnis besteht die Gefahr des Ausknickens (Euler'sches Stabilitätsversagen) statt echter Druckverformung.
Wichtige Kennwerte
Druckfestigkeit (σ_dB)
Die Druckfestigkeit ist die maximale Druckspannung, die ein Werkstoff bis zum Bruch oder bis zu einer definierten Verformungsgrenze aufnehmen kann. Bei spröden Werkstoffen wie Keramik oder Beton ist dies der Wert bei Probenversagen. Bei duktilen Metallen gibt es oft keinen klaren Bruch — hier wird ein konventioneller Wert definiert.
Druckstreckgrenze (σ_d0,2)
Analog zur Dehngrenze Rp0,2 im Zugversuch gibt die Druckstreckgrenze die Druckspannung an, bei der eine bleibende Stauchung von 0,2 % auftritt. Sie ist für duktile metallische Werkstoffe relevant.
Stauchung (ε_d)
Die Stauchung beschreibt die relative Längenänderung der Probe unter Druckbelastung: ε_d = Δl / l₀. Bei porösen oder zellulären Strukturen (Schäume) ist ein ausgeprägtes Plateau-Regime charakteristisch, bei dem hohe Energiemengen bei nahezu konstanter Kraft aufgenommen werden.
Unterschied zum Zugversuch
Im Zugversuch ergibt sich eine Querschnittseinschnürung (Lokalisierung), die die Messung von Großverformungen erschwert. Im Druckversuch nimmt der Probenquerschnitt zu (Bäuchen), was ebenfalls eine Korrektur der Spannung erfordert (wahre Spannung). Während der Zugversuch für fast alle metallischen Werkstoffe anwendbar ist, ist der Druckversuch besonders für Werkstoffe ohne oder mit geringer Zugfestigkeit unverzichtbar:
- Keramik und Glas: Keramiken versagen unter Zug bereits bei sehr geringen Spannungen durch vorhandene Mikrorisse. Die Druckfestigkeit übersteigt die Biegezugfestigkeit um ein Vielfaches (Faktor 5–15).
- Beton: Charakteristischer Baustoff, der für Druckbeanspruchungen konzipiert ist. Die Druckfestigkeit (z. B. C30/37 → 37 MPa) ist die maßgebliche Bemessungsgröße.
- Polymerschäume und Metallschäume: Energieabsorption unter Druck (Crashstruktur, Dämmung) steht im Vordergrund.
- Holz: Anisotropes Verhalten; Druckfestigkeit parallel und senkrecht zur Faser unterscheiden sich erheblich.
Normen und Durchführung
Die zentrale Norm für den Druckversuch an Kunststoffen ist DIN EN ISO 604. Sie legt Probengeometrie (Rechteckquerschnitt oder Zylinder), Prüfgeschwindigkeit (1 mm/min oder 5 mm/min) und Auswertung fest. Für metallische Werkstoffe gilt DIN 50106, für Beton DIN EN 12390-3, für Keramik DIN EN 843-1. Zur Vermeidung von Reibungseinflüssen an den Druckplatten werden Schmiermittel oder PTFE-Folien eingesetzt.
Bedeutung in der Praxis
Druckversuchsergebnisse fließen in Werkstoffkennwertdatenbanken ein und werden für FEM-Simulationen benötigt. Für die Qualitätssicherung im Betonbau ist der Druckversuch an Zylindern oder Würfeln eine gesetzlich vorgeschriebene Abnahmeprüfung. In der Entwicklung von Leichtbaustrukturen liefert er die Grundlage für die Auslegung energieabsorbierender Komponenten.