Druckspannungsrelaxation

Bedeutung und Prüfung

Wird ein Elastomer durch äußere Krafteinwirkung komprimiert, erzeugt es eine Reaktionskraft, teilweise auch als Dichtkraft bezeichnet. Mit der Zeit, bei einer konstanten Belastung, nehmen die inneren Spannungen im Werkstoff ab, wodurch die Rückstellkraft des Gummiwerkstoffes nachlässt. Dieses Nachlassen der Dichtkraft wird auch Druckspannungsrelaxation (CSR = compressive stress relaxation) genannt.

Ursache dieser Spannungsrelaxation sind Kriechverformungen im Inneren des Werkstoffes. Die Prüfung der Druckspannungsrelaxation bewertet im Vergleich zur Druckverformungsrestprüfung also nicht das Rückstellverhalten nach der Entspannung, sondern den Erhalt der Dichtkraft bei konstanter Verformung.

Bedeutung für die Anwendungstechnik

Anhand der ermittelten Druckspannungsrelaxation kann das Relaxationsverhalten, also das Nachlassen der Spannung unter Belastung und Leistungspotential von Dichtungswerkstoffen aufgezeigt werden.

Die Prüfung der Weiterreißfestigkeit

In (DIN) ISO 3384 sind zwei Verfahren beschrieben, wie die Spannungsrelaxation unter Druck ermittelt werden kann. Daneben definiert auch die amerikanische SAE J 2979 die Prüfung der Druckspannungsrelaxation.

Ein Elastomer-Probekörper wird mit konstanten Belastung komprimiert und die Kraft gemessen, die er dieser äußeren Einwirkung entgegensetzt. Die Druckspannungsrelaxation beschreibt den Verlust der Rückstellkraft des Werkstoffes und wird als prozentualer Anteil der anfänglichen Gegenkraft ausgedrückt.

Diese Kraftmessung kann, je nach Methode, sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich erfolgen. Die konstante Messung der Rückstellkraft ist praxistauglicher und wird deshalb am häufigsten angewandt. In einigen Fällen jedoch, beispielsweise für Untersuchungen in Medien bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes, kann die Rückstellkraft nur zu bestimmten Zeitpunkten erfasst werden. Dies erfordert einen aufwändigeren Prüfaufbau. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Messwerterfassungen korrelieren jedoch und sind absolut vergleichbar.

Die Druckspannungsrelaxations-Prüfung ist apparativ wesentlich aufwendiger durchzuführen als eine Druckverformungsrestprüfung und eignet sich daher weniger für Fertigteile. Bei uns im Labor führen wir sowohl die kontinuierliche (Normalfall) als auch die diskontinuierliche (Sonderfall) Prüfung durch.