Was ist ein Scherversuch?

Eine Scherprüfung ist speziell dafür ausgelegt, einen Probekörper einer Belastung auszusetzen, die ein Gleitversagen entlang einer Ebene parallel zu den aufgebrachten Kräften hervorruft. Typischerweise führen Scherkräfte dazu, dass sich eine Oberfläche eines Materials in eine Richtung bewegt, während sich die gegenüberliegende Oberfläche in die entgegengesetzte Richtung bewegt, was zu Spannungen durch eine Gleitbewegung führt. Im Gegensatz zu Zug- und Druckprüfungen, bei denen die Kräfte senkrecht zu den Kontaktflächen verlaufen, treten bei Scherprüfungen Kräfte auf, die parallel zu diesen Flächen verlaufen.

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Was ist der Zweck von Scherprüfungen?

Die Hauptanwendung einer Scherprüfung liegt in der Bewertung der Scherfestigkeit eines Materials, die die maximale Scherbeanspruchung darstellt, die es aushalten kann, bevor es versagt. Diese Eigenschaft ist von großer Bedeutung für die Konstruktion verschiedener Verbindungselemente, einschließlich Bolzen und Schrauben. Wenn beispielsweise eine Schraube zwei Platten befestigt, können auf die Schraube Scherkräfte einwirken, wenn parallele Kräfte auf die Platten wirken. Wenn das Verbindungselement unter Scherbelastung versagt, könnte dies eine Reihe von Versagen auslösen, die möglicherweise zum Einsturz eines größeren Bauwerks führen.

Wie wird eine Scherprüfung durchgeführt?

Um einen Scherversuch ordnungsgemäß durchführen zu können, müssen mehrere Schritte befolgt werden.

Zunächst einmal gibt es zwei gängige Arten von Scherversuchen, die üblicherweise verwendet werden.

Bei der ersten wird die Probe in einer modifizierten Drei-Punkt-Biegevorrichtung oder Vier-Punkt-Biegevorrichtung befestigt. Bei dieser Prüfung wird die Probe auf doppelte Scherung belastet, wobei die Kräfte an zwei Stellen angreifen. Die Probe wird an beiden Enden verankert und die Kraft wird auf den mittleren Teil ausgeübt, um diesen zu entfernen, so dass beide Enden intakt bleiben.

Bei der zweiten Prüfmethode wird die Probe mit verjüngten Enden versehen, die jeweils in von der vertikalen Achse der Probe abgesetzte Spannvorrichtungen eingesetzt werden. Anschließend werden die gegenüberliegenden Seiten der Probe unter Zugspannung in entgegengesetzte Richtungen gezogen, um ihre Scherfestigkeit zu ermitteln.

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Material im Scherversuch

Die Scherprüfung umfasst in der Regel drei Materialien: starre Substrate, Klebstoffe und Schichtverbundwerkstoffe. Starre Substrate, die aus Metallen, Kunststoffen, Keramiken, Verbundwerkstoffen oder Hölzern bestehen können, liegen in der Regel in fester Form vor und dienen als Grundelemente oder Befestigungsmittel in verschiedenen Konstruktionen. Klebstoffe hingegen werden eingesetzt, um zwei Materialien zu verbinden. Sie unterliegen einer Scherbeanspruchung, wenn sie gegenläufigen Kräften ausgesetzt sind, die darauf abzielen, die geklebten Materialien zu trennen. Schichtverbundwerkstoffe werden ähnlich wie Klebstoffe einer Scherbeanspruchung ausgesetzt, da die einwirkenden Scherkräfte auf den Klebstoff oder das Laminat einwirken, der/das die Verbundwerkstoffschichten miteinander verbindet.

Gängige Normen für Scherversuche

ASTM D732 – Prüfung der Scherfestigkeit von Kunststoffen
ASTM D1002 – Scherprüfung von Klebeverbindungen an Metallen
ASTM D1037 – Prüfung der Festigkeit von Faser- und Spanplatten auf Holzbasis
ASTM D3846 – Scherfestigkeit von verstärkten Kunststoffen in der Ebene (In-Plane Shear Strenght of Reinforced Plastics)
ASTM D4762 – Prüfgeräte für faserverstärkte Polymermatrix-Verbundwerkstoffe
ASTM E143 – Ausrüstung zur Prüfung des Torsions-Schermoduls
ISO 1827 – Prüfgeräte für die Scherhaftung von Gummi an Metall
ISO 4587 – Überlappungs-Scherfestigkeit von starr auf starr geklebten Bauteilen
ISO 10123 – Scherfestigkeit von anaeroben Klebstoffen
ISO 14129 – Faserverstärkte Kunststoff-Verbundwerkstoffe – Bestimmung des Schubspannungs-/Schubdehnungsverhaltens in der Ebene, einschließlich des Schubmoduls in der Ebene und der Festigkeit, nach dem ±45°-Zugprüfverfahren