Was steht hinter den Werkstoffkennwerten?

Das Geheimnis der Zahlen: Was steht hinter den Werkstoffkennwerten?

Liebe Leserinnen und Leser, das Werkstoffkunde-Lexikon will in diesem Jahr die Werkstoffprüfungen und -verfahren beleuchten. Wie ermittelt man die charakteristischen Messwerte eines Werkstoffes? Welche Prüfverfahren stehen zur Verfügung? Welche werden für die jeweiligen Werkstoffe und Fragestellungen ausgesucht? Sind alle Messwerte per se miteinander vergleichbar? Welche Daten sind tatsächlich charakteristisch für die entsprechende Fragestellung? Welche Aussagekraft haben die entsprechenden Werte für den jeweiligen Werkstoff? Es ergibt sich also eine ganze Reihe von Fragen, und es kann auch schon einmal zu Verwechslungen kommen.

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Ein gutes Beispiel sind die Begriffe Bruchfestigkeit, Bruchkraft und Biegefestigkeit, die anhand vollkeramischer Restaurationen gut erklärt werden können.

Keramik ist ein sprödharter Werkstoff, der auf Druck sehr widerstandsfest ist, aber auf Zug und Biegung deutlich empfindlicher reagiert. Kritische Werkstoffkennwerte sind also deshalb die Biege- und Zugfestigkeit. Diese werden in sogenannten Normversuchen der ISO – der International Organisation for Standardization – ermittelt, die in der Regel auch mit den Kommissionen der Europäischen Normung (EN) und der Deutschen Norm (DIN) abgestimmt werden.

Werden diese Versuche normgerecht, also unter standardisierten Bedingungen, durchgeführt, sind die Ergebnisse zunächst einmal weltweit vergleichbar. Um diese Vergleichbarkeit leichter zu erreichen, werden Kennwerte an genormten Prüfkörpern ermittelt, die relativ gut zu reproduzieren sind. Die klinische Aussagekraft ist aber daraus oft nicht sofort ableitbar. Deshalb ist es auch genauso interessant, wenn man weiß, wie viel Kraft eine Brücke im Seitenzahnbereich aushält. Dazu gibt es aber keinen Normversuch der ISO, sondern jedes Prüfzentrum hat derzeit seine „eigene Norm“, was zumindest die Vergleichbarkeit von Daten verschiedener Versuchsserien innerhalb eines Prüfzentrums erleichtert.

Schematische Darstellung des genormten Dreipunktbiegetestes: Hier wird die Bruchfestigkeit als Biegefestigkeit ermittelt. Die Einheit ist Megapascal (MPa = N/mm(2)).

Bruchtest an einer Seitenzahnbrücke. Die Dimensionen sind nicht ISO-genormt. Ermittelt wird die Bruchkraft in Newton (N).

So wird bei Bruchtests zu Brücken die Kraft ermittelt, die zur Fraktur führt, was dann auch als Bruchkraft bezeichnet wird. Gerne wird aber auch irrtümlicherweise der Begriff „Bruchfestigkeit“ verwendet, der aber ein eindeutig definierter Begriff der Festigkeitslehre der Mechanik ist und sozusagen den Überbegriff für Zug-, Biege-, Scher- oder auch Torsionsfestigkeit darstellt. Dessen Einheit sind immer Megapascal (MPa), während die Bruchkraft in Newton (N) angegeben wird.

Da Brückenversuche nicht genormt sind, kommt es zu sehr unterschiedlichen und nicht ohne Weiteres vergleichbaren Ergebnissen, die teilweise sehr hohe Bruchkräfte zeigen, die dann auch genauer betrachtet und vorsichtig interpretiert werden müssen.

Fortsetzung folgt.

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