Durometer (Härte) verstehen:Definitionen, Verwendungen, Typen und praktische Beispiele

Die Kenntnis der verschiedenen Eigenschaften eines Materials ist entscheidend für die Konstruktion eines Teils, das eine bestimmte Funktion erfüllen kann. Eine wichtige zu berücksichtigende Eigenschaft ist die Härte (Durometer) eines Materials. Durometer ist eine standardisierte Methode zur Messung der Härte oder des Widerstands eines Materials gegenüber lokaler Verformung aufgrund von Einkerbungen oder Abrieb. Es wird häufig verwendet, um die Härte von Polymermaterialien und anderen Nichtmetallen zu beschreiben.

Die Härte (Durometer) ist ein dimensionsloses Maß. Die Härte eines bestimmten Materials steht im Verhältnis zur Härte anderer Materialien, wobei die Werte auf der gleichen Skala ermittelt werden. Um die Härte verschiedener Materialien zu quantifizieren und zu vergleichen, wurden verschiedene Durometerskalen entwickelt. In diesem Artikel werden die Härte, die verschiedenen Skalentypen und Beispiele definiert.

Was ist Durometer (Härte)?

Unter Durometer versteht man die Härte selbst oder die Fähigkeit eines Materials, einer lokalen Verformung zu widerstehen. Es wird häufig zur Messung der Härte von Polymeren und anderen Nichtmetallen verwendet. Durometer kann sich auch auf Shore-Härte oder Shore-Durometer beziehen, benannt nach Alfred Shore, der die Shore-Härteskala entwickelte. Der Begriff Durometer wird auch verwendet, um sich auf das Werkzeug zu beziehen, das die Härte von Materialien misst.

Durometer ist ein einheitenloser Wert. Das bedeutet, dass die Härte eines Materials im Verhältnis zur gemessenen Härte anderer Materialien steht, wenn dieselbe Durometerskala verwendet wird. Die Härtewerte liegen zwischen 0 und 100. Materialien mit höheren Werten sind härter als Materialien mit niedrigeren Werten. Beispielsweise ist ein Golfball mit einer Shore-Härte von 90A härter als ein Radiergummi mit einer Shore-Härte von 40A. Es ist jedoch wichtig, nur Härtewerte derselben Skala zu vergleichen. Eine Härte von 40 auf der Shore-A-Skala ist nicht dasselbe wie eine Härte von 40 auf der Shore-D-Skala. Dies liegt daran, dass sich die Härtewerte auf Materialien auf derselben Skala beziehen und keine Beziehung zwischen den Werten verschiedener Skalen besteht.

So verwenden Sie ein Durometer

Die folgenden Schritte beschreiben, wie Sie einen Härtetest durchführen: 

1. Identifizieren Sie den passenden Einkerbungsfuß und befestigen Sie ihn am Durometer. Die zu verwendende Shore-Härteskala hängt vom Material des Prüfkörpers ab, während Form und Größe des Eindruckfußes von der Shore-Härteskala abhängen.
2. Legen Sie die Testprobe auf eine harte, ebene Oberfläche mit einer Dicke von mindestens ¼ Zoll.
3. Testen Sie die Shore-Härte des Materials, indem Sie das Durometer und seinen Einkerbungsfuß gegen die Oberfläche des Prüfkörpers legen.
4. Notieren Sie den Wert der Shore-Härte.

Die Prüfmethode ist unabhängig von der verwendeten Shore-Härteskala dieselbe.

Was ist eine Durometer-(Härte-)Skala?

Eine Durometerskala ist eine Klassifizierung, die die Härte verschiedener Materialien beschreibt, die auf der Grundlage ähnlicher Eigenschaften wie Steifigkeit und Flexibilität gruppiert werden. Einige Härteskalen (Durometer) wie Shore A und Shore OO sind für weichere Materialien gedacht. Andere, wie Shore D, sind für härtere Materialien. Die Werte jeder Skala reichen von 0 bis 100, wobei Materialien mit zunehmendem Härtewert härter werden.

Was sind die verschiedenen Arten von Durometer-Skalen?

Es gibt verschiedene Arten von Härteskalen (Durometer), die die Härte verschiedener Materialien quantifizieren. Das ASTM D2240 ist das Standardmesssystem, das unter anderem zur Messung der Härte von thermoplastischen Elastomeren (TPE), duroplastischen (vulkanisierten) Gummis und Elastomermaterialien verwendet wird. Die 12 verschiedenen Härteskalen werden in der folgenden Liste beschrieben:

1. A

Die Shore-A- oder Typ-A-Durometerskala (Härte) wird für weiche und flexible Materialien wie weiches, vulkanisiertes und natürliches Gummi, TPEs, flexible Duroplaste und Polyacryle, Wachs, Leder und Filz verwendet. Gummibänder haben eine Härte von etwa 20A, während ein Reifenprofil eine Härte von etwa 70A hat. 

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zur Shore-A-Härteskala.

2. C

Die Typ-C-Skala wird für „mittelharte“ Gummis, TPEs und Kunststoffe verwendet und überschneidet sich mit der Typ-D-Skala. Die Typ-C-Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte von mehr als 90B, aber weniger als 20D haben. Beispielsweise kann ein aus TPE hergestelltes Uhrenarmband eine Härte von 20 °C oder etwa 12 °D haben.

3. D

Shore-D- oder Typ-D-Skala wird für härtere Materialien wie Hartgummi und starre Thermoplaste wie Polycarbonat verwendet. Beispielsweise beträgt die Härte eines Skateboard-Rads ungefähr 50D, während ein Schutzhelm eine Härte von 80D hat. Die Shore-D-Skala ist für Materialien gedacht, deren Shore-A-Wert höher als 90 A ist.

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zur Shore-D-Härteskala.

4. B

Die Typ-B-Skala ist für mittelharte Gummis, TPEs, Fasermaterialien und Papierprodukte vorgesehen. Diese Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte von über 90A, aber weniger als 20D haben. Während Shore D auch für Materialien über 90 A verwendet wird, kann Shore B zur Messung der Härte von Materialien am unteren Ende der Shore D-Skala verwendet werden. Beispielsweise hat eine Rolle auf einem Einkaufswagen eine Härte von 76B oder etwa 90A.

5. M

Die Typ-M-Skala wird für unregelmäßig geformte und dünne Gummis, TPEs und Kunststoffe verwendet. Beispiele hierfür sind O-Ringe und Dichtungen. Diese Skala ist für Materialien gedacht, die eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 85 haben.

6. E

Der Durometer Typ E dient zur Messung der Härte von Weichgummi, geschäumten Elastomeren und Textilwicklungen mittlerer Dichte wie gewickelte Fäden und Garne.

7. O

Die Skala vom Typ O ist für Weichgummi, TPE und Kunststoff sowie für Textilwicklungen mittlerer Dichte vorgesehen. Die Skala ist für Materialien mit einer Härte unter 20DO gedacht.

8. OO 

Die Typ-OO-Skala ist für außergewöhnlich weiche Gummis, TPEs, Kunststoffe, Schäume, Schwämme, tierisches Gewebe und Textilwicklungen mit geringer Dichte vorgesehen. Diese Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte unter 20O haben.

9. TUN 

Die Skala vom Typ DO ist für Materialien mit einer Härte über 90 °C vorgesehen. Dazu gehören „mäßig harte“ Gummis, TPEs und dichte Textilwicklungen. 

10. OOO

Der Typ OOO wird zur Messung unglaublich weicher Materialien wie Anzugschäume sowie offen- und geschlossenzelliger Schaumstoff verwendet. 

11. OOO-S 

Die Skala vom Typ OOO-S dient zur Messung der viskoelastischen Polymerhärte. Dazu gehören Gegenstände wie Fahrradsitze, Stuhlkissen und Gelmatratzen. 

12. R

Im Gegensatz zu den anderen Skalen handelt es sich bei der R-Skala nicht um eine Shore-Härte, sondern um eine Rockwell-R-Skala. Die Rockwell-Härteskala ähnelt der Shore-Härteskala, wird jedoch häufig für Metalle statt für Kunststoffe verwendet. Die R-Skala eignet sich am besten für Metalle und harte TPEs sowie thermoplastische und duroplastische Materialien.

Die drei am häufigsten verwendeten Skalen sind die A-, D- und OO-Skalen. Während sich die Grenzen vieler Durometerskalen überschneiden (z. B. Shore B und Shore D, die beide für Materialien mit einer Härte von über 90 A gedacht sind), sind diese drei Skalen umfassend und können ein breites Spektrum an Materialien mit unterschiedlichen Härten abdecken. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Härtewerte zwischen verschiedenen Skalen nicht verglichen und Härtewerte zwischen Skalen nicht umgerechnet werden sollten.

Welche Beispiele für Materialien werden normalerweise mit einem Durometer gemessen?

In der folgenden Liste werden einige Materialien beschrieben, deren Härte üblicherweise mit einem Durometer gemessen wird:

1. Vulkanisierter Gummi

Vulkanisierte Kautschuke sind Kautschuke, die durch chemische Prozesse und Erhitzen gehärtet wurden. Durch die Vulkanisierung werden Kautschuke härter und elastischer als herkömmliche Kautschuke. Die Härte von vulkanisiertem Gummi wird oft mit einem Durometer gemessen, damit Ingenieure feststellen können, ob ein bestimmtes Material für eine Anwendung ideal ist. Vulkanisierte Kautschuke haben eine Härte zwischen 30 A und 70 A und werden häufig in Reifen, Schuhen und Dichtungen verwendet.

2. Thermoplastische Elastomere

TPEs werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von Wetterdichtungen und Stoßdämpfern bis hin zu Schuhsohlen und Tauchflossen. Die Härte (Durometer) wird für TPEs gemessen, da TPEs häufig in stark abrasiven Umgebungen verwendet werden, in denen sowohl Abriebfestigkeit als auch Flexibilität erwünscht sind. Die TPE-Härte reicht von 20 Shore OO bis 90A. 

3. Elastomere Materialien

Elastomere Materialien sind typischerweise duroplastische Materialien wie Schäume, Schwämme und Gummi, die elastische oder gummiartige Eigenschaften aufweisen. Elastomere werden häufig in Klebstoffen, Dichtungen und flexiblen Teilen in Automobilen, Konsumgütern, medizinischen Geräten und mehr verwendet. Durometer werden häufig getestet, da diese Materialien ein breites Anwendungsspektrum abdecken, bei dem Flexibilität wichtig ist. Der Durometerwert für Elastomere liegt meist zwischen 20 A und 90 A.

4. 3D-gedruckte Materialien

Mit Filamenten und Polymeren für 3D-Drucker können Teile gedruckt werden, die ein breites Anwendungsspektrum abdecken. Daher ist es wichtig, die Härte dieser Materialien zu kennen, um ein erfolgreich konstruiertes Teil zu gewährleisten. Die Härtewerte für 3D-gedruckte Materialien sind oft härter als bei TPEs und anderen Elastomermaterialien. Die Härtewerte für 3D-gedruckte Materialien liegen zwischen 70 A und 100 A.

5. Zellulare Materialien

Zellulare Materialien sind poröse Materialien, die entweder als offenzellige oder geschlossenzellige Materialien gelten. Beispiele hierfür sind Schwämme, Schaumstoff, Kork und gewickelte Textilien mit geringer Dichte. Zellulare Materialien werden häufig im Leichtbau, im Lärmschutz und bei der Absorption von Crash-Energie eingesetzt. Daher wird die Härte ermittelt, um die Materialien zu bestimmen, die für verschiedene Anwendungen ideal sind. Die Härte für Zellmaterialien kann zwischen 30 und 70 Shore OO liegen.

6. Gelartige Materialien

Gelartige Materialien sind Materialien, die die Eigenschaften von Feststoffen und Flüssigkeiten gemeinsam haben. Beispiele hierfür sind Kieselgele, Hydrogele und Gel-Einlegesohlen für Schuhe. Mit Shore-OO-Tests wird die Härte gelartiger Materialien gemessen. Die Härtewerte liegen typischerweise zwischen 10 Shore OO und 40 Shore OO.

Was ist der genaueste Durometer (Härteprüfer)?

Die drei genauesten Durometer (Härteprüfer) sind unten aufgeführt:

1. Qualitest™ HPE III: Kann als das genaueste Durometer angesehen werden. Es handelt sich um ein digitales Durometer, das Härtewerte mit einer Genauigkeit von einer Dezimalstelle liefert. Die Materialhärte kann sich bei Temperaturschwankungen ändern. Der HPE III ist mit Thermoelementen ausgestattet, die die Temperatur des Prüflings interpretieren und trotz dieser Schwankungen genaue Messwerte liefern können. Im Vergleich zu einem analogen Messgerät ermöglicht das digitale Messgerät dem Benutzer ein genaueres Verständnis der Härte eines Materials, ohne raten zu müssen. 
2. Checkline DD-100 Durometer-Tester: Verwendet eine digitale Anzeige mit einem Dezimalpunkt für die Härtemessung. Darüber hinaus können Härtemessungen in jedem Winkel durchgeführt werden, da die Schwerkraft die Messwerte nicht beeinflusst. 
3. Qualitest™ HPE III Basic: Ein digitales Durometer, das Härtewerte bis zu einer Dezimalstelle liefert.