1、August 2014DEUTSCHE NORM Normenausschuss Papier, Pappe und Faserstoff (NPa) im DINPreisgruppe 10DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 85.060!%2?p“2152877www.din.d
2、eDDIN 53121Prfung von Papier, Karton und Pappe Bestimmung der Biegesteifigkeit nach der BalkenmethodeTesting of paper and board Determination of the bending stiffness by the beam methodEssai des papiers et cartons Dtermination de la rigidit la flexion par la mthode du bras de levierAlleinverkauf der
3、 Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 53121:2008-10www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN 53121:2014-08 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Begriffe 4 4 Formelzeichen und Einheiten 5 5 Verfahren des Biegeversuchs . 5 5.1 Zweipunkt-Verfah
4、ren 6 5.1.1 Allgemeines . 6 5.1.2 Berechnung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit . 6 5.1.3 Messbedingungen 7 5.1.4 Probenmae 8 5.2 Dreipunkt-Verfahren . 9 5.2.1 Allgemeines . 9 5.2.2 Berechnung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit S 9 5.2.3 Messbedingungen 9 5.2.4 Probenmae 10 5.3 Vierpunkt-Verfa
5、hren . 10 5.3.1 Allgemeines . 10 5.3.2 Berechnung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit S 11 5.3.3 Messbedingungen 12 5.3.4 Probenmae 13 6 Probenahme, Vorbehandlung, Probeanzahl 13 6.1 Probenahme 13 6.2 Vorbehandlung 13 6.3 Probeanzahl . 14 7 Prfgerte 14 7.1 Steifigkeitsprfgerte . 14 7.2 Dickenmessg
6、ert 14 8 Durchfhrung 14 9 Auswertung . 14 10 Prfbericht . 15 Anhang A (informativ) Przision . 16 DIN 53121:2014-08 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 074-02-03 AA Physikalisch-technische Prfverfahren fr Papier, Pappe und Faserstoff“ im Normenausschuss Papier, Pappe und Faserstof
7、f (NPa) im DIN erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 53121:2008-10 wurden folgende nderungen v
8、orgenommen: a) verbindlichen Hinweis aufgenommen, dass fr Wellpappe das Vierpunkt-Verfahren angewendet werden muss; b) Vernderung der Auflager an der Biegeeinrichtung fr Wellpappe; c) normative Verweisungen aktualisiert; d) Anhang A Przision“ ergnzt; e) Norm redaktionell berarbeitet. Frhere Ausgaben
9、 DIN 53121: 1974-11, 1996-12, 2008-10 DIN 53121:2014-08 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt drei Prfverfahren zur Bestimmung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit von Papier, Karton und Pappe fest. Fr Wellpappe muss das Vierpunkt-Verfahren angewendet werden. Gerte hierzu knnen sowohl Biegeeinricht
10、ungen sein, die dem physikalischen Schema entsprechen (5.3.1, Bild 4), als auch Biegeeinrichtungen, die die Probe an ihren Enden einspannen. Einzelheiten in dieser Norm beziehen sich auf Prfeinrichtungen, die dem physikalischen Schema nach Bild 4 entsprechen. Die Prfverfahren unterscheiden sich in d
11、er Art des Beanspruchungsprinzips; so erhlt man das Zweipunkt-, Dreipunkt- und Vierpunkt-Verfahren des Biegeversuchs. Die breitenbezogene Biegesteifigkeit wird bei niedriger und whrend der Prfung konstanter Verformungsgeschwindigkeit bestimmt. Die Messbedingungen werden so festgelegt, dass die Probe
12、 bei der Prfung keine wesentlichen bleibenden Verformungen erleidet und dass der Gltigkeitsbereich der zur Berechnung der breitenbezogenen Biege-steifigkeit angegebenen Gleichungen nicht berschritten wird. Die Proben aus Papier, Karton und Pappe werden bei diesen Biegeversuchen als Balken“ im Sinne
13、der Festigkeitslehre angesehen, so dass die Gleichungen, die in der Festigkeitstheorie fr die Durchbiegung eines Balkens gelten, auch hier angewendet werden knnen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung
14、 dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN 20187, Papier, Pappe und Zellstoff Normalklima fr die Vorbehandlung und P
15、rfung und Verfahren zur berwachung des Klimas und der Probenvorbehandlung DIN EN ISO 186, Papier und Pappe Probenahme zur Bestimmung der Durchschnittsqualitt DIN EN ISO 534, Papier und Pappe Bestimmung der Dicke, der Dichte und des spezifischen Volumens DIN EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe Prfu
16、ng von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1: Zug- und Prfmaschinen Prfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 breitenbezogene Biegesteifigkeit S Widerstand, den eine Probe einem Biegen entgegensetzt; sie ist
17、im elastischen Verformungsbereich das Produkt aus dem fr die Biegung gltigen Elastizittsmodul E und dem Flchentrgheitsmoment I der Probe bIES= (1) Anmerkung 1 zum Begriff: Da die breitenbezogene Biegesteifigkeit S von der Breite der Probe abhngt, wird sie als Kennwert auf die Probenbreite b bezogen
18、und als breitenbezogene Biegesteifigkeit S angegeben. DIN 53121:2014-08 5 4 Formelzeichen und Einheiten Tabelle 1 Formelzeichen und Einheiten Formelzeichen Einheit Bedeutung Siehe Gleichung b mm Probenbreite als Ma der Probe in Richtung Biegeachse 1, 2, 3, 4, 12, 16 d mm Probendicke 6, 7, 10, 11, 13
19、, 15, 17, 19 E 2mmNElastizittsmodul 1 f mm maximale Durchbiegung 2, 12, 16 F N Kraft 2, 3, 12, 16 f*zulmm berechneter Grenzwert fr die maximale Durchbiegung 6, 13, 17 f*zulmm Zahlenwert fr die maximale Durchbiegung 8, 14, 18 v mm/min einzustellende Vorschubgeschwindigkeit 10, 15, 19 I mm4 Flchentrgh
20、eitsmoment 1 l mm Messlnge 2, 3, 4, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15 l1 mm Abstand zwischen jeweils einem der ueren Auflager und dem Angriffspunkt der benachbarten Kraft 16, 19 l2 mm Abstand der beiden inneren Krfte bzw. der beiden inneren Auflager 16, 17, 18, 19 M N mm Biegemoment 4 S N mm breitenbezog
21、ene Biegesteifigkeit 1, 2, 3, 4, 12, 16 (Grad) maximaler Biegewinkel 3, 4, 5 *zul (Grad) berechneter Grenzwert fr den maximalen Biegewinkel 7 *zul (Grad) Zahlenwert fr den maximalen Biegewinkel 9 (Grad)/min Winkelgeschwindigkeit 11 zul% Dehnung 6, 7, 13, 17 %/min Dehnungsgeschwindigkeit der Probenob
22、erseite 10, 11, 15, 19 5 Verfahren des Biegeversuchs Es werden drei Verfahren zur Auswahl gestellt, die sich in der Art des Beanspruchungsprinzips voneinander unterscheiden; es sind das Zweipunkt-, Dreipunkt- und Vierpunkt-Verfahren des Biegeversuchs. DIN 53121:2014-08 6 5.1 Zweipunkt-Verfahren 5.1.
23、1 Allgemeines Formelzeichen und Einheiten siehe Abschnitt 4. Die an einem Ende eingespannte balkenfrmige Probe wird im Abstand l von der Einspannklemme durch eine senkrecht zur Probenoberflche wirkende Kraft F beansprucht (siehe Bilder 1 und 2). Bild 1 Bild 2 Die maximale Durchbiegung f der Probe is
24、t die Verschiebung des Kraftangriffspunktes in Richtung der Wirkungslinie (siehe Bild 1). Der maximale Biegewinkel ist der Winkel, um den sich die Verbindungslinie zwischen dem Kraftangriffspunkt und dem Drehpunkt der Einspannklemme whrend des Versuchs verdreht (siehe Bild 2) 5.1.2 Berechnung der br
25、eitenbezogenen Biegesteifigkeit 5.1.2.1 Wird beim Biegeversuch die maximale Durchbiegung f der Probe gemessen, so errechnet sich die breitenbezogene Biegesteifigkeit S nach der Gleichung blfFS33= (2) 5.1.2.2 Wird beim Biegeversuch der maximale Biegewinkel der Probe gemessen, so gelten folgende Gleic
26、hungen fr die Berechnung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit S. Wenn die Kraft F die Messgre fr die Beanspruchung ist, blFS260=(3) ANMERKUNG Gleichung 3 wird in der Regel fr die Berechnung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit von Karton angewandt. Fr alle Kartondicken bis 0,80 mm (bis 800 m) ist
27、ein konstanter, maximaler Biegewinkel von (5 2) einzuhalten, wobei die Probenbreite b in der Regel (38 0,2) mm betrgt und die Messlnge l (50 0,1) mm betragen muss. Wenn das Biegemoment M = F l die Messgre fr die Beanspruchung ist, blMS =60(4) Bei den Gleichungen (3) und (4) wird vorausgesetzt, dass
28、der maximale Biegewinkel so klein ist, dass =180tan (5) gesetzt werden darf. DIN 53121:2014-08 7 5.1.3 Messbedingungen 5.1.3.1 Beim Biegeversuch drfen die Proben keine wesentlich bleibenden Verformungen erleiden, was erfahrungsgem dann der Fall ist, wenn die Dehnung in den Auenschichten der Probe 0,
29、2 % nicht berschreitet. Um diese Anforderung einzuhalten, ist darauf zu achten, dass die maximale Durchbiegung f bzw. der maximale Biegewinkel die durch die Gleichungen (6) bis (9) zu errechnenden Grenzwerte f*zulbzw. *zulnicht berschreitet. dlf2zulzul10032*=(6) dl=100120zulzul* (7) Fr zulist nach d
30、en Ausfhrungen zu Beginn dieses Abschnittes der Zahlenwert 0,2 einzusetzen. Aus geometrischen Grnden sollte auerdem dafr gesorgt werden, dass die maximale Durchbiegung f der Probe den Zahlenwert lf = 132,0*zul(8) nicht berschreitet. Wird statt der maximalen Durchbiegung f der maximale Biegewinkel ge
31、messen, so sollte der Biegewinkel den Zahlenwert = 5,7*zul (9) nicht berschreiten. Sind die nach den Gleichungen (6) bzw. (7) errechneten Grenzwerte f*zulbzw. *zul, kleiner als die hier aufgefhrten Zahlenwerte f*zulbzw. *zul, so sind die nach den Gleichungen (6) bzw. (7) errechneten Grenzwerte fr di
32、e Versuchsdurchfhrung magebend. Die Tabelle 2, in der fr gebruchliche Einspannlngen und verschiedene Probendicken die maximal zulssigen Durchbiegungen bzw. die maximal zulssigen Biegewinkel nach den Gleichungen (6) und (7) oder den Gleichungen (8) und (9) berechnet sind, trgt dem Rechnung. Die Messl
33、nge ist in der Regel durch das verwendete Messgert vorgegeben. Sie darf jedoch, um den Einfluss der Schubspannungen auf das Messergebnis gering zu halten, nicht kleiner sein als das 9,5fache der Probendicke. Ist die Messlnge einstellbar, werden folgende Messlngen vorgegeben: l = 20 mm fr Proben mit
34、d 0,1 mm l = 50 mm fr Proben mit d 0,1 mm DIN 53121:2014-08 8 Tabelle 2 Maximal zulssige Durchbiegung fzulbzw. maximal zulssiger Biegewinkel zul, berechnet nach den Gleichungen (6) und (7) oder den Gleichungen (8) und (9) fr gebruchliche Einspannlngen und verschiedene Probendicken Probe-dicke d mm M
35、esslnge l mm 10 15 20 25 50 fzulmm zul(Grad) fzulmm zul(Grad) fzulmm zul (Grad) fzulmm zul(Grad) fzulmm zul(Grad) 0,05 1,32 7,5 1,98 7,5 2,64 7,5 3,30 7,5 6,60 7,5 0,10 1,32 7,5 1,98 7,5 2,64 7,5 3,30 7,5 6,60 7,5 0,15 0,89 5,1 1,98 7,5 2,64 7,5 3,30 7,5 6,60 7,5 0,20 0,67 3,8 1,50 5,7 2,64 7,5 3,30
36、 7,5 6,60 7,5 0,25 0,53 3,1 1,20 4,6 2,13 6,1 3,30 7,5 6,60 7,5 0,30 0,44 2,5 1,00 3,8 1,78 5,1 2,78 6,4 6,60 7,5 0,35 0,38 2,2 0,86 3,3 1,52 4,4 2,38 5,5 6,60 7,5 0,40 0,33 1,9 0,75 2,9 1,33 3,8 2,08 4,8 6,60 7,5 0,50 0,27 1,5 0,60 2,3 1,07 3,1 1,67 3,8 6,60 7,5 0,60 0,22 1,3 0,50 1,9 0,89 2,5 1,39
37、 3,2 5,56 6,4 0,70 0,19 1,1 0,43 1,6 0,76 2,2 1,19 2,7 4,76 5,5 0,80 0,17 1,0 0,38 1,4 0,67 1,9 1,04 2,4 4,17 4,8 5.1.3.2 Die Verformungsgeschwindigkeit der Probe, gemessen als Dehnungsgeschwindigkeit der Probenoberseite, muss konstant sein und zwischen den Werten = 0,2 %/min und = 1 %/min liegen. W
38、ird bei der Bestimmung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit die maximale Durchbiegung f der Probe benutzt, so errechnet sich daraus die am Messgert einzustellende Vorschubgeschwindigkeit v des Angriffspunktes der Kraft F nach der Gleichung dlv210032=(10) Wird bei der Bestimmung der breitenbezogenen
39、 Biegesteifigkeit der Biegewinkel benutzt, so errechnet sich die am Messgert einzustellende Winkelgeschwindigkeit , mit der die Einspannklemme relativ zum Auflager verdreht wird, nach der Gleichung dl=100120 (11) Die einzustellende Vorschubgeschwindigkeit v bzw. die Winkelgeschwindigkeit sind whrend
40、 des Versuchs konstant zu halten und mssen zwischen den Grenzwerten liegen, die sich durch Einsetzen von = 0,2 %/min und = 1 %/min in die Gleichung (10) bzw. (11) ergeben. 5.1.4 Probenmae Die Probenmae richten sich nach dem verwendeten Messgert. Die dafr vorgeschriebene Probenbreite muss auf 1 %, di
41、e Probenlnge auf 2 % eingehalten werden. Die Probenlnge muss in jedem Fall so gro sein, dass eine Messlnge von mindestens dem 9,5-fachen der Probendicke sichergestellt ist (siehe 5.1.3). ANMERKUNG Bei der Prfung von Karton werden die Proben in der Regel in der Gre 38 mm 80 mm ausgestanzt. DIN 53121:
42、2014-08 9 5.2 Dreipunkt-Verfahren 5.2.1 Allgemeines Formelzeichen und Einheiten siehe Abschnitt 4. Die beidseitig aufgelegte balkenfrmige Probe wird in der Mitte durch eine zur Probenoberflche senkrechte Kraft F beansprucht (siehe Bild 3). Bild 3 Dreipunkt-Verfahren Die Messlnge l ist der Abstand de
43、r beiden Auflager. Die maximale Durchbiegung f ist die Verschiebung des Kraftangriffspunktes in Richtung der Wirkungslinie. 5.2.2 Berechnung der breitenbezogenen Biegesteifigkeit S Die breitenbezogene Biegesteifigkeit S der Probe wird nach folgender Gleichung bestimmt. blfFS=483(12) 5.2.3 Messbeding
44、ungen 5.2.3.1 Beim Biegeversuch drfen die Proben keine wesentlichen bleibenden Verformungen erleiden, was erfahrungsgem dann der Fall ist, wenn die Dehnung in den Auenschichten der Probe den Zahlenwert zul= 0,2 % nicht berschreitet. Um diese Anforderung einzuhalten, ist darauf zu achten, dass die ma
45、ximale Durchbiegung f den durch die Gleichung (13) zu errechnenden Grenzwert f*zulnicht berschreitet. dlf2zulzul10061*=(13) Aus geometrischen Grnden sollte auerdem dafr gesorgt werden, dass die maximale Durchbiegung der Probe den Zahlenwert lf = 066,0*zul(14) nicht berschreitet. Ist der nach Gleichu
46、ng (13) errechnete Grenzwert f*zulkleiner als der hier aufgefhrte Wert f*zul, so ist der nach Gleichung (13) errechnete Grenzwert fr die Versuchsdurchfhrung magebend. Die Messlnge ist in der Regel durch das verwendete Messgert vorgegeben. Sie darf jedoch, um den Einfluss der Schubspannungen auf das
47、Messergebnis gering zu halten, nicht kleiner sein als das 19fache der Probendicke. Als Anhaltspunkt werden folgende Messlngen vorgegeben: l = 20 mm fr Proben mit d 0,3 mm l = 50 mm fr Proben mit 0,3 0,8 mm DIN 53121:2014-08 10 5.2.3.2 Die Verformungsgeschwindigkeit der Probe, gemessen als Dehnungsge
48、schwindigkeit der Probenoberseiten, muss konstant sein und zwischen den Werten = 0,2 %/min und = 1 %/min liegen. Die am Messgert einzustellende Vorschubgeschwindigkeit v des Angriffspunktes der Kraft F errechnet sich nach der Gleichung dlv210061=(15) Die eingestellte Vorschubgeschwindigkeit v ist whrend des Versuchs konstant zu halten und muss zwischen den Grenzwerten liegen, die sich durch Einsetzen von = 0,2 %/min und = 1 %/min in die Gleichung (15) ergeben. 5.2.4 Probenmae Die Probenmae richten sich nach dem verwendeten Messgert. Die dabei vor
