Du fragst dich was ein Dauerschwingversuch sein soll und warum du ihn ausgerechnet zur Werkstoffprüfung benötigst? Dann bist du hier genau richtig!
Inhaltsübersicht
Versuch zur Bestimmung der Schwingfestigkeit eines Materials oder Werkstoffes
Der Dauerschwingversuch kann auch als Wöhlerversuch bezeichnet werden. Er ist ein Versuch zur Bestimmung der Schwingfestigkeit eines Materials oder eines Werkstoffes. Werden mehrere Wöhlerversuche durchgeführt, ergibt sich aus ihnen die Wöhlerkurve oder auch die Wöhlerlinie. Sowohl die Wöhlerversuche, als auch die Wöhlerkurve wurden nach ihrem Erfinder August Wöhler benannt.
Verschiede dynamische Belastungen von Bauteilen
Bauteile unterliegen in den meisten Fällen nicht konstanten, sondern dynamischen Belastungen. Dabei ändert sich sowohl die Belastungsrichtung, als auch die Belastungsstärke ständig. Beispiele hierfür sind Antriebswellen, Zahnräder oder Zylinderkopfschrauben.
Aus der Praxis ist dabei bekannt, dass Bauteile unter dynamischer Beanspruchung auf die Dauer nur geringere Belastungen aushalten als unter statischen Belastungen. Dabei kann es zum sogenannten Ermüdungsbruch kommen. Dieser wird auch als Dauerbruch oder Schwingbruch bezeichnet.
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Bestimmung der Schwingfestigkeit
Für die Bestimmung der Schwingfestigkeit von Bauteilen wird eine Probe in einer Prüfmaschine zyklisch belastet. Oft wird dazu eine sinusförmige Belastungs-Zeit Funktion verwendet. Das heißt, die Stärke der Belastung variiert über den Belastungszeitraum. Die Belastungen können Zug, Druck, Biegung, Torsion und Querschubkraft sein. Will man die Wöhlerkurve bestimmen, müssen mehrere Versuchskörper auf verschiedene Lasten geprüft werden. Sie werden in die Prüfmaschine eingespannt.
Die untere Einspannvorrichtung ist bei dieser statisch, während die obere per Resonanz in Schwingung versetzt wird. Dadurch wird der Prüfkörper sowohl durch Zug als auch durch Druck beansprucht.
Verschiedene Belastungsarten im Wöhlerversuch
Man unterscheidet dabei verschiedene Belastungsarten. Es gibt Wechselbelastung, Druckschwell- und Zugschwellbelastung. Erstere pendelt um den Nullpunkt, bei den anderen beiden liegt der Spannungsmittelwert im Druck- oder Zugbereich.
Der Versuch dauert dabei so lange an, bis der Werkstoff reißt oder eine Grenzschwingspielzahl erreicht wird. Proben, die letztere erreichen ohne zu versagen heißen Durchläufer.
Bei dem Wöhlerversuch sind Unter, Mittel- und Oberspannung der zyklischen Beanspruchung bei den verschiedenen Prüfkörpern konstant.
Zusammentragen von verschiedener Wöhlerversuche in ein Diagramm
Wenn du die verschiedenen Wöhlerversuche in ein Diagramm einträgst, wirst du sehen, dass die Streuung der Messergebnisse groß ist. Dies liegt an den unterschiedlichen Materialeigenschaften der Komponenten innerhalb der Bauteile.
Sehr schön! Nun weißt du was der Dauerschwingversuch ist und weshalb er wichtig in der Werkstoffprüfung ist. Außerdem kennst du das genaue Vorgehen.
Dauerschwingversuch — häufigste Fragen
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Dauerschwingversuch — häufigste Fragen
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Was versteht man unter Ermüdung?Ermüdung ist eine fortschreitende Schädigung eines Werkstoffs durch wiederholte, wechselnde Belastung. Dabei können sich zunächst kleine Risse bilden, die mit jedem Lastwechsel wachsen, bis es zum Ermüdungsbruch kommt. Der Bruch kann schon bei Spannungen auftreten, die statisch noch unkritisch wären.
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Was ist eine zyklische Belastung?Eine zyklische Belastung ist eine Belastung, die sich in gleichartigen Lastwechseln über die Zeit wiederholt. Dabei pendelt die Spannung zwischen Unter- und Oberspannung, oft näherungsweise sinusförmig. Kennwerte sind Mittelspannung (Durchschnittswert) und Spannungsamplitude (halbe Spannungsbreite).
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Was sagt die Wöhlerkurve aus?Die Wöhlerkurve ist ein Diagramm, das die Spannungsamplitude (halbe Spannungsbreite) gegen die ertragene Schwingspielzahl (Anzahl Lastwechsel) bis zum Bruch zeigt. Man erhält sie, indem man mehrere Proben jeweils mit konstanter Belastung prüft und die Bruchpunkte einträgt. Streuung entsteht durch Materialunterschiede.
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Was versteht man unter Dauerfestigkeit?Dauerfestigkeit ist die Belastungshöhe, bei der ein Werkstoff im Dauerschwingversuch bis zu einer festgelegten Grenzschwingspielzahl (sehr viele Lastwechsel) nicht bricht. Proben, die diese Zahl erreichen, heißen Durchläufer (ohne Bruch). Die Dauerfestigkeit hängt auch von der Mittelspannung der Beanspruchung ab.
Werkstoffprüfung verstehen
Der Dauerschwingversuch gehört zur Werkstoffprüfung und zeigt, wie Werkstoffe auf wechselnde Belastungen reagieren. Du vergleichst in diesem Themenfeld Prüfverfahren, Belastungsarten und Kennwerte von Werkstoffen. So wird klar, warum sich Materialien unter dynamischer Last anders verhalten als bei einer statischen Beanspruchung. Im Ingenieurwissenschaftenbereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.
