Die Zugfestigkeit Rm ist die maximale Zugspannung, die ein Werkstoff im Zugversuch erreicht, bevor er reißt oder bricht. Sie wird als Rm = Fmax / A0 berechnet und in Megapascal (MPa) oder Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²) angegeben, wobei beide Einheiten identisch sind. Welche Norm dabei gilt, hängt vom Werkstoff ab: Metalle prüft man nach ISO 6892, Kunststofffolien nach ISO 527, Papiere und Vliesstoffe dagegen nach ISO 1924 in Kraft pro Breite statt in Spannung. Diese Seite zeigt den Zugversuch, reale Werte für Metalle und für die Isoliermaterialien, mit denen GOBA seit 1959 arbeitet, und ordnet ein, warum die Zugfestigkeit in Maschinenrichtung und Querrichtung unterschiedlich ausfällt.
Wie wird die Zugfestigkeit im Zugversuch ermittelt?
Im Zugversuch spannt man eine genormte Materialprobe in eine Prüfmaschine ein und dehnt sie mit steigender Kraft, bis sie versagt. Der höchste Punkt der dabei aufgezeichneten Spannungs-Dehnungs-Kurve ist Rm. Die Maximalkraft Fmax geht dabei immer bezogen auf die ursprüngliche Querschnittsfläche A0 der Probe in den Kennwert ein, die Kraft allein sagt ohne Querschnitt nichts über den Werkstoff aus.
Auf derselben Kurve liegt vor Rm die Streckgrenze Rp. Sie markiert den Punkt, ab dem sich ein Werkstoff dauerhaft, also plastisch, verformt, während Rm den Bruch markiert. Zwischen beiden Werten liegt der nutzbare Sicherheitsbereich einer Konstruktion: Bauteile werden so ausgelegt, dass die Betriebsspannung deutlich unter Rp bleibt, mit Rm als äußerster Grenze für den Störfall.
Nach welcher Norm wird die Zugfestigkeit geprüft, je nach Werkstoff?
Dieselbe Kenngröße wird bei GOBA-relevanten Materialien in drei unterschiedlichen Prüfregimen ermittelt, und das erklärt, warum Datenblätter mal in MPa und mal in N/cm oder kN/m rechnen:
- Metalle prüft man nach ISO 6892 (baugleich mit DIN EN ISO 6892), Kraft bezogen auf die Querschnittsfläche der Probe, Ergebnis in MPa.
- Kunststofffolien wie PET-Folie oder Polyimidfolie prüft man nach ISO 527 beziehungsweise im US-Umfeld nach ASTM D882, ebenfalls in MPa, weil sich die Foliendicke präzise genug messen lässt.
- Papiere und Vliesstoffe wie Aramidpapier oder Pressspan prüft man dagegen nach ISO 1924 oder TAPPI T494 in Kraft pro Breite, meist N/cm oder kN/m, nicht in Spannung. Der Grund: Die Dicke von Bahnware schwankt lokal zu stark für eine belastbare Querschnittsspannung.
Wer Werte aus unterschiedlichen Datenblättern vergleicht, sollte deshalb zuerst auf die Einheit schauen. MPa und N/cm lassen sich nicht direkt gegeneinander aufrechnen, ohne die tatsächliche Materialdicke einzubeziehen.
Welche Zugfestigkeit haben Metalle und Isolierstoffe im Vergleich?
Ein pauschaler Satz wie „Kunststoffe liegen unter 100 MPa“ stimmt für technische Isolierfolien nicht. Hostaphan-PET-Folie erreicht laut Herstellerdatenblatt 300 MPa in Maschinenrichtung, das liegt über der Zugfestigkeit von Aluminium und Kupfer:
| Werkstoff | Zugfestigkeit Rm | Norm |
|---|---|---|
| Baustahl (S235) | 360 bis 510 MPa | ISO 6892 |
| Vergütungsstahl (42CrMo4) | 1000 bis 1200 MPa | ISO 6892 |
| Aluminium (AlMgSi) | 200 bis 350 MPa | ISO 6892 |
| Kupfer (Cu-ETP) | 200 bis 360 MPa | ISO 6892 |
| Hostaphan PET-Folie, Maschinenrichtung | ca. 300 MPa | ISO 527 |
| Hostaphan PET-Folie, Querrichtung | ca. 250 MPa | ISO 527 |
| Kapton HN Polyimidfolie, 23 °C | ca. 231 MPa | ASTM D882 |
| Polyamid PA 6.6 | 70 bis 85 MPa | ISO 527 |
Isolierpapiere und Vliesstoffe fehlen bewusst in dieser Tabelle: Ihre Datenblätter geben die Zugfestigkeit in Kraft pro Breite an, nicht in MPa, und wären ohne die exakte Dicke des Prüflings nicht sauber vergleichbar.
Warum unterscheidet sich die Zugfestigkeit in Maschinenrichtung und Querrichtung?
Bahnware wie PET-Folie wird beim Strecken in zwei Richtungen orientiert, längs (Maschinenrichtung, MD) und quer (Querrichtung, CD oder TD). Die beiden Streckverhältnisse fallen selten identisch aus, deshalb unterscheidet sich auch die Zugfestigkeit: Bei Hostaphan liegt die Differenz zwischen MD und CD bei rund 15 bis 20 Prozent. Für die reine Materialauswahl ist das eine Randnotiz. Für die Verarbeitung ist es entscheidend: Beim Rollenschneiden und beim Aufwickeln muss die Bahnspannung sicher unterhalb der Zugfestigkeit in Maschinenrichtung bleiben, sonst reißt die Bahn oder es entstehen Falten. GOBA legt Schneid- und Wickelparameter deshalb immer für die schwächere der beiden Richtungen aus, nicht für den Datenblatt-Bestwert.
Wie hängt die Zugfestigkeit mit Bruchverhalten und Dehnung zusammen?
Duktile Werkstoffe wie Stahl oder Aluminium schnüren sich vor dem Bruch sichtbar ein und dehnen sich merklich, bevor sie versagen. Spröde Werkstoffe und viele Isolierfolien bei tiefer Temperatur reißen dagegen abrupt, ohne vorherige Verformung. Die Bruchdehnung, der Weg, den ein Material bis zum Riss zurücklegt, ist deshalb ein eigener Kennwert neben Rm. Ein hoher Rm-Wert bei niedriger Bruchdehnung bedeutet: Das Material trägt viel Kraft, warnt aber kaum, bevor es reißt.
GOBA Fazit
Bei Isolierstoffen wirkt die Zugfestigkeit vor allem als Verarbeitungsgrenze beim Schneiden, Stanzen und Wickeln, deutlich seltener als Konstruktionsgrenze wie bei einem tragenden Stahlbauteil. Wer ein Datenblatt liest, prüft deshalb zuerst die Prüfnorm und die Richtung, MD oder CD, bevor er zwei Werte vergleicht. Bei Fragen zu konkreten Materialstärken und Zugfestigkeitswerten für ein laufendes Projekt berät GOBA auf Basis der tatsächlich verarbeiteten Bahnware im jeweiligen Projekt.
