Dauerschwingversuch — Ermüdungsprüfung und Wöhlerkurve

Der Dauerschwingversuch bestimmt das Verhalten von Werkstoffen unter zyklischer Belastung. Die Wöhlerkurve liefert Dauerfestigkeits- und Zeitfestigkeitswerte für die Bauteilauslegung.

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

TypBeanspruchungFrequenz
UmlaufbiegemaschineBiegung R=−120–60 Hz
ServohydraulischZug/Druck, beliebiges R1–50 Hz
Ultraschall-ErmüdungZug/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
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  • DIN 50100
  • ISO 1099
  • ASTM E 466
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