Wöhlerkurve
In diesem Video erklären wir dir wozu du die Wöhlerkurve in der Werkstoffprüfung brauchst und was ihre Aussage ist.
- Feststellung der Bruchlastspielzahlen bei dynamischen Beanspruchungen
- Durchführung des Wöhlerversuches
- Aufstellen der Wöhlerlinie und der Low Cycle Bereich bzw. die Langzeitfestigkeit
- Der Bereich der Zeitfestigkeit bzw. Betriebsfestigkeit
- Tabelle mit Beispielwerten zum Wöhlerversuch
- Untersuchung der Langzeitfestigkeit
- Erweiterung des Wöhlerdiagramms in die dritte Dimension
Feststellung der Bruchlastspielzahlen bei dynamischen Beanspruchungen
Die Wöhlerkurve wurde nach August Wöhler benannt. Damals kam es zu mehreren Entgleisungen von Zügen aufgrund gebrochener Radsatzwellen, obwohl die Bauteile laut Festigkeitslehre der Belastung eigentlich standhalten sollten.
Wöhler kam dabei zu einer wichtigen Erkenntnis: Wechselbeanspruchte Materialien weisen eine geringere Belastbarkeit auf als statisch belastete. Wechselbeansprucht bedeutet hierbei, dass das Bauteil zeitlich nicht durchgehend gleich, sondern unterschiedlich schwer belastet wird.
Durchführung des Wöhlerversuches
Die Wöhlerkurve untersucht, ähnlich wie das Smith-Diagramm, also dynamische Beanspruchungen. In dem sogenannten „Wöhlerversuch“ werden Bauteile unter einer sinusförmigen Beanspruchungs-Zeit Funktion belastet. Dazu werden die Materialien periodisch über einen längeren Zeitraum .
Es werden dabei mehrere Proben mit geprüft. Anschließend wird jede Spannungsamplitude der Proben über die . Der Bruchlastspielzahl oder auch Bruchlastspiegel gibt die Anzahl der Schwingspiele an. Damit erhält man die Wöhlerlinie.
Aufstellen der Wöhlerlinie und der Low Cycle Bereich bzw. die Langzeitfestigkeit
Prinzipiell können in diesem drei Bereiche unterschieden werden. Im linken Bereich liegt die sogenannte Kurzzeitfestigkeit vor. Bei großen Amplituden bricht hier die Probe nach wenigen Lastspielen.
Dieser Bereich wird auch als Low-Cycle- Fatigue, kurz LFC-Bereich bezeichnet. Er liegt bei maximal 
bis 
Schwingspielen.
Der Bereich der Zeitfestigkeit bzw. Betriebsfestigkeit
Danach wird die Spannungsamplitude verringert und geht in den Zeitfestigkeitsbereich zwischen und 
Schwingamplituden über. Dieser Bereich wird auch High-Cycle- Fatigue bzw. Betriebsfestigkeit genannt und ist materialabhängig. Unterhalb einer bestimmten Spannungsamplitude tritt fast kein Bruch mehr auf.
Die Kurve nähert sich einer Horizontalen an. Diesen Bereich bezeichnet man als Dauerfestigkeit, er liegt bei 
bis 
Schwingspielen.
Tabelle mit Beispielwerten zum Wöhlerversuch
In dieser Tabelle sind die Spannungswechsel bei verschiedenen Belastungen die bis zum Bruch der Bauteiles durchgeführt werden können aufgelistet.
| Nr. | Spannungsausschlag in N/mm^2 | Lastwechsel bis Bruch |
|---|---|---|
| 1. | +/- 400 | 42534 |
| 2. | +/- 350 | 8465 |
| 3. | +/- 300 | 22457 |
| 4. | +/- 250 | 70465 |
| 5. | +/- 200 | 104899 |
| 6. | +/- 180 | 5 Milionen ohne Bruch |
Untersuchung der Langzeitfestigkeit
Der angegebene Bereich der Dauerfestigkeit wird noch durch äußere Einflussfaktoren wie Korrosion oder hohe Temperaturen verändert.
Stelle Dir doch einfach einmal vor, ein Einbrecher versucht in deine Wohnung zu gelangen. Um deine Tür aufzubrechen hat er aber anstatt eines Brecheisens nur einen Zahnstocher zur Verfügung. Egal wie oft er nun versucht deine Tür aufzustemmen, er wird wohl kaum erfolgreich sein, oder?
Erweiterung des Wöhlerdiagramms in die dritte Dimension
Man kann das Wöhlerdiagramm auch um eine z-Achse erweitern. Diese erlaubt eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit, dass das Bauteil bricht und wird auch als Bruchwahrscheinlichkeit bezeichnet.
Sehr schön! Nun weiß du was das Wöhlerdiagramm ist und wofür du es in der Werkstoffprüfung es brauchst.
