Wie werkstoff- oder fertigungsbedingte Veränderungen die Schwingfestigkeit von Bauteilen verändern, lässt sich mit moderner Technik schneller untersuchen. Ein entsprechendes Labor wurde in Dresden eingerichtet.
Um vorhersagen zu können, wie lange ein Bauteil hält, hat das Fraunhofer IWS in Dresden seine Aktivitäten auf dem Gebiet der Werkstoffcharakterisierung und mechanischen Prüfung erweitert: Im neu eingerichteten Hochfrequenz-Ermüdungslabor kann die Dauerfestigkeit von Bauteilen jenseits der klassischen Auslegungsgrenzen bestimmt werden.
Dieses Thema gewinnt in der Industrie an Bedeutung, da das Festigkeitspotenzial eines Werkstoffs stärker ausgenutzt werden soll und gleichzeitig längere Laufzeiten gefordert werden. Bereits kleine Veränderungen in der Materialzusammensetzung und im Fertigungsablauf beeinflussen aber die Schwingfestigkeit eines sicherheitsrelevanten Bauteils stark. „Diese Einflussfaktoren gilt es in einer frühestmöglichen Phase der Produktentwicklung zu identifizieren,“ sagt Prof. Dr. Martina Zimmermann, Expertin auf dem Gebiet der Hochfrequenzermüdung und Initiatorin des neuen Prüflabors.
Schadensfälle an Bauteilen in Geräten und Anlagen lassen sich oft auf Materialermüdung durch wechselnde mechanische Belastungen zurückführen. Bestimmt wird die Ermüdungsfestigkeit daher im Allgemeinen durch Aufbringen wechselnder mechanischer Spannungen oder Dehnungen. Nur Proben, die im Versuch mindestens zehn Millionen Schwingspiele ohne Bruch oder Anriss ertragen, galten bisher bei entsprechendem Lastniveau als dauerfest. Zehnbis 50 Proben müssen für eine sichere Vorhersage der Dauerfestigkeit getestet werden. Statistisch abgesicherte Kenndaten lassen sich demzufolge nur durch kosten- und zeitintensive Versuche ermitteln.
Das Hochfrequenz-Ermüdungsprüflabor am Fraunhofer IWS Dresden bietet zukünftig neue Perspektiven. Es ermöglicht Prüffrequenzen um 20 000 Hz und erlaubt, werkstoff- oder fertigungsbedingte Einflussfaktoren schneller experimentell zu charakterisieren. Das gilt auch für den so genannten Very-High-Cycle-Fatigue-Bereich oder kurz VHCF-Bereich. Der Ultraschall-Ermüdungsprüfstand erlaubt Versuche bei unterschiedlichen Lastverhältnissen für ein breites Spektrum an Werkstoffklassen.
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