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Wöhlerversuch – Wikipedia Zum Inhalt springen

Wöhlerversuch

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von Schwingspiel)

Der Wöhlerversuch bzw. Dauerschwingversuch ist ein Versuch zur Bestimmung der Schwingfestigkeit eines Werkstoffs oder eines Bauteils. Die Ergebnisse mehrerer Wöhlerversuchsdurchgänge finden sich in der Wöhlerkurve wieder. Im Maschinenbau stellt der Wöhlerversuch ein wichtiges Hilfsmittel für die Berechnung und den Nachweis von Dauerfestigkeit oder Betriebsfestigkeit dar. Er ist benannt nach August Wöhler, der den Versuch als Reaktion auf den Eisenbahnunfall von Timelkam entwickelte.

Wöhlerversuch

Mit den Wöhlerversuchen wird die Schwingfestigkeit, genauer die Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit von Werkstoffen oder Bauteilen (Bauteil-Wöhlerversuch) ermittelt.<ref>K.-E. Kurrer: Wenn Eisenbahnräder müde werden In: der Freitag Nr. 15/2004, 2. April 2004, S. 18.</ref> Hierfür werden mehrere Versuchskörper zyklisch, meist unter einer sinusförmigen Beanspruchungs-Zeit-Funktion, belastet. Die Beanspruchung kann hierbei je nach Versuchsdurchführung durch Zug-/Druckbelastung, Biegung, Torsion oder Querkraftschub entstehen.<ref name=":1">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Zur Ermittlung der Wöhlerkurve werden verschiedene Versuchskörper auf verschiedenen Lasthorizonten geprüft. Jeder Wöhlerversuch läuft, bis ein definiertes Versagen der Probe (Bruch, Anriss) eintritt oder eine festgelegte Anzahl von Schwingungen (auch Grenzschwingspielzahl)<ref name=":0">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> überstanden wird. Versuchskörper, die die Grenzschwingspielzahl ohne erkennbares Versagen erreichen, werden als Durchläufer bezeichnet. Für jeden Wöhlerversuch sind Mittelspannung, Oberspannung und Unterspannung der zyklischen Beanspruchung konstant.<ref name=":0" /> Zwischen den Versuchen derselben Wöhlerlinie wird entweder nur die Mittelspannung oder nur das Verhältnis zwischen Ober- und Unterspannung variiert.<ref>Norm DIN 50100:2016-12 Schwingfestigkeitsversuch - Durchführung und Auswertung von zyklischen Versuchen mit konstanter Lastamplitude für metallische Werkstoffproben und Bauteile</ref>

Die Streuung der Messergebnisse der Wöhlerversuche ist auffallend groß. Sie kommt nur geringfügig aus Unzulänglichkeiten der Versuche, aber hauptsächlich aus statistisch sehr ungleich verteilten Werkstoffeigenschaften innerhalb der Bauteile. Sie gehorcht der Extremwerttheorie von W. Weibull und E. J. Gumbel, und zwar der Verteilung der kleinsten Festigkeiten der Volumenelemente (Weibullverteilung). Aus der Extremwerttheorie folgt auch der statistische Größeneinfluss: Kleine Bauteile haben im Mittel eine größere Dauerfestigkeit als große von identischem Material.

Wöhlerkurve

Datei:Woehlerlinie.png
Qualitative Darstellung der Wöhlerlinie

Die Ermüdungs-Schwingspielzahlen bei vorgegebenem Belastungsniveau in den Wöhlerversuchen werden in ein Diagramm eingetragen. Üblicherweise wird im Wöhlerdiagramm die Nennspannungsamplitude Sa linear oder logarithmisch über der logarithmisch dargestellten, ertragbaren Schwingspielzahl aufgetragen. Den sich ergebenden Kurvenzug nennt man Wöhlerkurve oder auch Wöhlerlinie. In der nebenstehenden Wöhlerkurve sind die drei Bereiche K, Z und D eingetragen: Kurzzeitfestigkeit, Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit.

Beispiel-Tabelle für einen Wöhlerversuch
Nr. Spannungsausschlag in N/mm² Lastwechsel bis Bruch
1. ±350 4252
2. ±300 8384
3. ±250 21987
4. ±200 70355
5. ±180 108664
6. ±160 10 Millionen ohne Bruch

Bei kubisch raumzentrierten Werkstoffen geht die Wöhlerkurve mit abnehmender Spannungsamplitude häufig in eine horizontale Linie über, d. h., es existiert eine zuordenbare Dauerfestigkeit. Bei kubisch flächenzentrierten Metallen fällt die Wöhlerkurve in der Regel kontinuierlich ab, sodass diesen Materialien meist nur eine Zeitfestigkeit zugeordnet werden kann<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:tec-science|tec-science: }}{{#if:|{{#if:Dauerschwingversuch|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Dauerschwingversuch}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.tec-science.com/de/werkstofftechnik/werkstoffpruefung/dauerschwingversuch-wohler-versuch/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Dauerschwingversuch}}}}%7C[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.tec-science.com/de/werkstofftechnik/werkstoffpruefung/dauerschwingversuch-wohler-versuch/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Dauerschwingversuch}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:tec-science2018-07-13{{#if: 2019-10-25 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}} 

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Siehe auch

Weblinks

Literatur

  • Deutsches Institut für Normung: DIN 50100.
  • Josef Köhler: Versuchen oder rechnen. Betriebsfestigkeit und Nullbruchlinie. In: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Jg. 41 (2010), No. 3, Wiley-VCH Verlag, Weinheim {{#invoke:URIutil|{{#ifeq:1|1|linkISSN|targetISSN}}|0933-5137|0}}{{#ifeq:1|0|[!]

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  • Josef Köhler: Relative Dauerfestigkeit, De Gruyter Oldenbourg Verlag, 2014

Einzelnachweise

<references />

en:Fatigue (material)#The S-N curve

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