Gummisorten - Werkstoffkunde

Typische Materialkennwerte von Gummi

Die Härte von Gummi wird meist nach DIN 53505 in „Shore“ gemessen.

Dabei wird eine abgerundete Nadel gegen eine Federkraft in das Probestück eingedrückt. Der Widerstand gegen dieses Eindringen (in Prozent) ist die Maßzahl der Shore-Härte. (Daher kann die Shorehärte nur Werte zwischen 0 und 100 annehmen.)
Ein extrem weiches Material (mit der theoretischen Härte von 0 Shore) setzt der Feder keinen Widerstand entgegen. Bei 100 Shore kann die Nadel nicht in das Material eindringen, die Feder wird bis zum Maximum zusammengedrückt.

Je nach Nadelform unterscheidet man

• Shore A    Nadel mit stumpfem Ende    weiche Materialien (Gummi)
• Shore D    Nadel mit scharfem Ende    harte Materialien (Plastik)

Wir verarbeiten hauptsächlich Materialien zwischen 35 und 90 Shore A

Abriebfestigkeit

Die Abriebfestigkeit von Gummi kann nach DIN 53516 gemessen werden. Bei dieser Versuchsanordnung wird ein Gummistück gegen eine rotierende Walze gedrückt, welche mit Schmiergelpapier belegt ist. Als Maß für die Abriebfestigkeit dient jene Materialmenge, welche nach einer vorgegebenen Zeit abgetragen wurde.

Der Wert wird daher so angegeben: Abriebfestigkeit nach DIN 53516: ### mm³

Die üblichen Werte liegen bei 70 mm³ (sehr gut) bis 600 mm³ (unbefriedigend).

Der Wert der Abriebfestigkeit sinkt mit steigender Härte; weichere Gummisorten haben eine schlechtere Abriebfestigkeit als härtere Typen.

Für Aussagen über Lebensdauer eines Bauteiles darf man diesen Wert für Abriebfestigkeit jedoch nicht alleine betrachten. Speziell bei frei mitlaufenden Rollen haben andere Eigenschaften des Gummi (Oberflächenalterung, Elastizität, …) wesentlich mehr Einfluss auf die tatsächlich erreichbare Lebensdauer.

Reibungszahl µ₀ (Reibbeiwert)

Für Elastomere gelten die klassischen Gesetze der Festkörperreibung nicht bzw. nur mit starker Einschränkung. Der Grund dafür ist, dass Elastomere keine starre Oberfläche aufweisen, sondern abhängig von Härte und Kriechverhalten sich an die Gegenfläche anpassen.

Man kann daher keine bestimmte Reibungszahl (z. B. für Gummi/Stahl) angeben, sondern dieser muss immer, auf den Praxisfall angepasst, in Versuchen ermittelt werden. Dabei können bei günstigen Werkstoffpaarungen sogar Werte von über 1,5 erreicht werden.

Allgemein gilt dabei: Je höher die Shore-Härte und je besser der Abriebwert ist, desto niedriger ist der Reibbeiwert.

Zugfestigkeit, Reißdehnung, Elastizitätsmodul

Zugfestigkeit und Reißdehnung kann man mittels Zugversuch nach DIN 53504 ermitteln.

Die Zugfestigkeit von Elastomeren ist wesentlich niedriger als die von festen Werkstoffen. Sie liegt bei ca. 5 – 20 N/mm²

Die Reißdehnung ist stark abhängig von der Härte des Materials und liegt bei ca. 100 % – 800 %.

Der Elastizitätsmodul E ist das Verhältnis von Spannung σ zu Dehnung ε und wird durch die Auswertung des Zugversuchs bestimmt. Der Elastizitätsmodul lässt sich im Spannungs-Dehnungs-Diagramm als Anstieg der Diagrammlinie ablesen.

Bei Metallen ist der Elastizitätsmodul (bei kleineren Verformungen) ein konstanter Wert. Es gilt das Hook’sche Gesetz: σ = E × ε

Bei Gummi jedoch ist das Spannungs-Dehnungs-Diagramm eine gekrümmte Linie. Es kann daher kein allgemeiner Wert für den Elastizitätsmodul angegeben werden.

Oft verwendet man daher den Spannungswert bei 300 % Dehnung (100 % bei harten Materialien) als Maß für die Elastizität: Spannungswert 300 % σ₃₀₀

Druckfestigkeit und Scherfestigkeit, Schermodul

Die zulässigen Belastungen bei Druck und Scherung können aus dem Schubmodul abgeleitet werden.

In der Literatur findet man unterschiedliche Methoden, nach denen man auf einfache Weise den Schubmodul G [N/mm²] aus der Shore-Härte H [Sh A] ableiten kann.

Nach Battermann und Köhler ergibt sich folgender Zusammenhang: G = 0,086 × 1.045^H

Die zulässige Festigkeitsgrenze kann nur schwierig angegeben werden. Sinnvoll ist es, die Grenzdehnungen je Belastungsart anzugeben:
elastische Druckdehnung < 15 %
elastische Schubdehnung < 30 %