Wöhlerversuch
Zur betriebsfesten Bemessung eines Bauteils werden Versuchskörper zyklisch und meist unter einer sinusförmigen Beanspruchungs-Zeit-Funktion belastet. Dieses Vorgehen wird nach seinem Erfinder August Wöhler, als Wöhlerversuch bezeichnet.
Durchführung des Wöhlerversuchs
Zur Ermittlung der Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit von Werkstoffen, Bauteilen oder Gesamtsystemen werden Schwingfestigkeitsversuche mit konstanter Amplitude durchgeführt. Dieser sogenannte Wöhlerversuch wird fortgesetzt, bis ein definierter Ausfall der Probe eintritt. Hierbei kann es sich um einen Bruch oder einen Anriss handeln. Wird trotz fehlenden Anrisses oder Bruches eine vorher festgelegte Schwingspielzahl erreicht, so wird die Probe als Durchläufer bezeichnet.
Die Wöhlerlinie
Summe der ertragbaren Lastwechsel bis zum Bruch
Während des Wöhlerversuchs werden mehrere Proben in gleicher Weise auf unterschiedlichen Lastniveaus belastet, bis es zu einem Ausfall der Probe kommt.
Die Kombination aus Lastniveau und den dabei ertragenen Lastwechsel werden als Wöhlerkurve dargestellt. Diese wird in einem Koordinatensystem doppeltlogarithmisch aufgetragen und setzt sich aus den Bereichen der Kurzzeitfestigkeit K, Zeitfestigkeit Z und Dauerfestigkeit D zusammen.
Kurzzeitfestigkeit
< 100.000 Lastwechsel
Bauteile die sehr hohen Beanspuchungen ausgesetzt sind, werden meist nur im Bereich der Kurzzeitfestigkeit ausgelegt. Sie halten zwar extreme thermische und mechanische Belastungen aus, aber nur für eine vergleichsweise geringe Lastwechselzahl.
Die Kurzzeitfestigkeit wird mittels Low-Cycle-Fatigue Versuchen ermittelt.
Zeitfestigkeit
100.000 – 2.000.000 Lastwechsel
Für eine vorgegebene Ausfallschwingspielzahl ertragbarer zyklischer Spannungswert unter Beachtung der Burch, bzw. Überlebenswahrscheinlichkeit.
Die Zeitfestigkeit wird durch Dauerschwingversuche (High-Cycle-Fatigue Versuch) ermittelt. Zur Auswertung der Ergebnisse, kann beispielsweise das Perlschnurverfahren angewendet werden.
Perlschnurverfahren
Nachdem ein Dauerschwingversuch mehrfach auf unterschiedlichen Lastniveaus durchgeführt wurde, können die erhaltenen Werte in ein doppellogarithmisches Diagramm eingetragen werden. Mithilfe einer Regression wird anschließend die Zeitfestigkeitsgerade optimal in der Streuung platziert.
Dauerfestigkeit
> 2.000.000 Lastwechsel
Die Dauerfestigkeit beschreibt die unendlich oft ertragbare, bzw. bis zu einer festgelegten Grenzspielzahl ertragbare größte Spannungsamplitude bei vorgegebener Mittelspannung oder vorgegebenem Spannungsverhältnis
Die Dauerfestigkeit wird mittels Dauerschwingversuche (High-Cycle-Fatigue Versuche) ermittelt. Dafür kann Beispielsweise das Treppenstufenverfahren angewendet werden.
Treppenstufenverfahren
Das Treppenstufenverfahren basiert auf Folgeversuchen. Je nach Ergebnis (Bruch oder Durchläufer) ist die Last zu senken bzw. zu erhöhen. Dabei sollte der Stufensprung nicht größer als 8% der Last betragen. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann die Grenze zur Dauerfestigkeit angenähert werden.
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