Definition
Der Torsionsversuch (englisch: Torsion Test) ist ein mechanisches Prüfverfahren zur Bestimmung des Werkstoffverhaltens unter Schub- bzw. Verdrehbeanspruchung. Eine zylindrische oder rohrförmige Probe wird dabei um ihre Längsachse verdreht, wodurch ein reiner Schubspannungszustand erzeugt wird.
Kernaussage: Der Torsionsversuch liefert den Schubmodul (G-Modul) und die Schubfestigkeit - wichtige Kennwerte für die Auslegung von Wellen, Schrauben und verdrehbeanspruchten Bauteilen.
Normen und Standards
| Norm | Anwendungsbereich |
|---|---|
| DIN EN ISO 458 | Kunststoffe - Bestimmung der Steifigkeit durch Torsionsschwingversuch |
| DIN 53447 | Prüfung von Kunststoffen - Torsionsschwingversuch |
| ASTM D1043 | Steifigkeit von Kunststoffen mittels Torsion |
| DIN EN ISO 6721-2 | Dynamisch-mechanische Eigenschaften - Torsionspendel |
Messgrößen und Kennwerte
Primäre Kennwerte
- Schubmodul (G): Verhältnis von Schubspannung zu Schubverformung im elastischen Bereich
- Schubfestigkeit: Maximale Schubspannung vor dem Versagen
- Schubstreckgrenze: Übergang vom elastischen zum plastischen Bereich
- Bruchverdrehwinkel: Verdrehung bei Probenbruch
Schubspannung: τ = M × r / Ip
Schubmodul: G = (M × L) / (Ip × φ)
Zusammenhang: G = E / (2 × (1 + ν))
Schubmodul: G = (M × L) / (Ip × φ)
Zusammenhang: G = E / (2 × (1 + ν))
Typische Schubmodul-Werte
| Werkstoff | Schubmodul G [MPa] | Schubfestigkeit [MPa] |
|---|---|---|
| PE-HD | 300-500 | 15-20 |
| PP | 400-600 | 20-30 |
| POM | 1000-1200 | 50-65 |
| PA 6.6 | 800-1100 | 40-55 |
| PC | 850-950 | 45-55 |
Prüfverfahren
Statischer Torsionsversuch
- Probenform: Zylindrisch oder rohrförmig mit definierten Einspannbereichen
- Durchführung: Kontinuierliche Verdrehung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
- Messung: Drehmoment-Verdrehwinkel-Diagramm
Torsionsschwingversuch
- Torsionspendel: Freischwingende Probe zur G-Modul-Bestimmung
- DMA-Torsion: Erzwungene Schwingung für viskoelastische Charakterisierung
- Temperaturabhängigkeit: Messung über großen Temperaturbereich möglich
Anwendungsbereiche
- Wellendimensionierung: Auslegung von Antriebswellen und Achsen
- Schraubenverbindungen: Berechnung von Anzugsmomenten
- Federelemente: Torsionsfedern und Stabilisatoren
- Glasübergangstemperatur: Bestimmung von Tg bei Kunststoffen
- Qualitätskontrolle: Reproduzierbare Werkstoffcharakterisierung
Vorteile des Torsionsversuchs
| Vorteil | Beschreibung |
|---|---|
| Reiner Schubzustand | Keine überlagerten Normal- oder Biegespannungen |
| Große Verformungen | Duktile Materialien können bis zum Bruch geprüft werden |
| Temperaturmessung | Einfache Temperierung der Probe möglich |
| Kleine Proben | Geringer Materialbedarf bei Torsionspendel |