Warum Ermüdung prüfen?
Etwa 80–90 % aller Bauteilbrüche in der Praxis sind auf Ermüdung zurückzuführen. Ein Bauteil das statisch 1.000 N problemlos trägt, kann bei wiederholter Belastung mit 400 N nach vielen Zyklen versagen.
Die Wöhlerkurve
Die Wöhlerkurve (S-N-Kurve) stellt Bruchlastspielzahl N gegen Spannungsamplitude σₐ dar:
- Zeitfestigkeit: hohe Spannungen → Bruch nach 10³–10⁶ Zyklen
- Dauerfestigkeit (Stahl): unterhalb σ_D kein Bruch bis N → ∞
- Aluminium/Titan: keine echte Dauerfestigkeit — Bruch auch im Gigacycle-Bereich möglich
Prüfmaschinen
| Typ | Beanspruchung | Frequenz |
|---|---|---|
| Umlaufbiegemaschine | Biegung R=−1 | 20–60 Hz |
| Servohydraulisch | Zug/Druck, beliebiges R | 1–50 Hz |
| Ultraschall-Ermüdung | Zug/Druck | ~20.000 Hz |
Einflussfaktoren
- Oberfläche: Rauheit = Kerbe → niedrigere Festigkeit
- Kerbwirkung: Querschnittsübergänge, Gewinde senken Festigkeit stark
- Eigenspannungen: Kugelstrahlen (Druckeigenspannungen) erhöht Ermüdungsfestigkeit
- Korrosionsermüdung: Kombination besonders gefährlich
Normen
- DIN 50100: Schwingfestigkeitsversuch
- ISO 1099: Metallische Werkstoffe — Wechselbiegeprüfung
- ASTM E 466: Axiale Ermüdungsprüfung