Festkörperphysik

Dauerschwingversuch

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.

Belastungsrichtung, Belastungsstärke, Wöhlerversuch, Dauerschwingversuch
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Verschiedene dynamische Belastungen auf ein Bauteil

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.

Ermüdungsbruch, Dauerbruch, Schwingbruch, Dauerschwingversuch
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Verschiedene Arten von Brüchen

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.

Zug, Druck, Dynamischer Antrieb, Statischer Antrieb, Dauerschwingversuch
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Belastungen in der Prüfmaschine

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.

Wechselbelastung, Druckschwellbelastung, Zugschwellbelastung, Dauerschwingversuch
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Drei Arten von Belastungen die geprüft werden

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.

Oberspannung, Mittelspannung, Unterspannung, Dauerschwingversuch, Spannung, Schwingspiel
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Diagramm zum Wöhlerversuch

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.

Dauerschwingversuch, Spannungsamplitude, Bruchlastspielzahl
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Wöhlerkurve

Sehr schön! Nun weißt du was der Dauerschwingversuch ist und weshalb er wichtig in der Werkstoffprüfung ist. Außerdem kennst du das genaue Vorgehen.

 

 

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