Wie funktioniert ein Pendelhammer?
Ein Pendelhammer ist ein keilförmiges Massestück, das im Rahmen des Kerbschlagbiegeversuchs, einem standardisierten Verfahren in der Werkstoffprüfung, zum Einsatz kommt. Der Pendelhammer ist an einem freischwingenden Pendel befestigt.
Zielsetzung eines Kerbschlagbiegeversuchs
Der Begriff „Kerbschlagbiegeversuch“ bezeichnet ein Verfahren der Werkstoffprüfung mit dessen Hilfe die Bestimmung von Zähigkeitseigenschaften von Metallen und Kunststoffen relativ einfach und rasch vollzogen werden kann. Das Verfahren geht auf ein erstmals 1905 von Augustin Georges Albert Charpy beschriebenes standardisiertes Prozedere zurück, das in der Literatur auch als Charpy-Kerbschlagbiegeversuch bekannt ist. Für Werkstoffe aus Metall ist das Verfahren in DIN EN ISO 148-1 für Kunststoffe in DIN EN ISO 179-1 definiert.
Die genaue Funktionsweise des Pendelhammers
Der Pendelhammer ist in allen Spielarten des Kerbschlagbiegeversuchs ein Massestück in der Form eines Keils. Er kann jedoch in der Form, seiner tatsächlichen Masse und der Länge des Pendels je nach Norm leichte Unterschiede aufweisen. Er wird mit einer vordefinierten kinetischen Energie in Bewegung gesetzt und prallt in der Folge auf die ungekerbte Rückseite der Werkstoffprobe, so dass er diese dabei zerschlägt. Dabei wird zum Zeitpunkt des Aufprallens auf den Werkstoff ein Teil der kinetischen Energie des Pendelhammers im Zuge von Verformungsprozessen in der Werkstoffprobe absorbiert. Um welchen Betrag an Energie es sich dabei handelt, wird vom Material und der Temperatur beeinflusst. Die Summe an Energie, die im Rahmen des Zerschlagens von der Werkstoffprobe aufgenommen wird, beeinflusst das Schwungverhalten des Pendelhammers direkt – er schwingt auf der anderen Seite entsprechend weniger hoch. Als Referenzwert gilt, dass er ohne die zwischengestellte Werkstoffprobe durchschwingen und dabei fast exakt jene Höhe erreichen würde, die er am Startpunkt inne hatte.
Messen und Auswerten der Abbrems- und Auslenkenergie
Der meistens aus Kunststoff oder Metall gefertigte Prüfkörper geht beim Aufprall des Pendelhammers in den allermeisten Fällen in die Brüche. Der Pendelhammer wird folglich je nach Materialverhalten entweder mehr oder weniger stark abgebremst oder in eine bestimmte Richtung ausgelenkt. Die Verfahrensaufsichtspersonen beziehungsweise Werkstoffprüfende können aufgrund des Abbrems- oder Auslenkungsverhaltens erkennen, welche Energie der Prüfkörper absorbiert hat. Auf Basis dieser Daten lässt sich die Zähigkeit des Materials sehr zuverlässig errechnen. Heutzutage sind Pendel in der Regel in Pendelschlagwerke eingebaut. Mit modernen Pendelschlagwerken erfolgt die Messung und Auswertung des Auslenkungsvorgangs elektronisch.
Arten des Pendelhammers
Abhängig von der national beziehungsweise regional gültigen Norm ist der Pendelhammer verschiedentlich ausgeführt. Diese Unterschiede können sich in der Form, der Masse und der Pendellänge manifestieren. Die vier bekanntesten Arten des Pendelhammers sind der Charpy-Hammer, der Izod-Hammer, der Schlagzug und die Halbkugel.