Ermüdungsprüfungen

Mit Ermüdungsprüfungen und Dauerschwingversuchen untersuchen die Prüflabore von Element das Verhalten von Werkstoffen und Bauteilen unter zyklischer wiederholender Belastung, kurz: Materialermüdung. Die ermittelte Schwingfestigkeit erlaubt Aussagen über die Lebensdauer eines Produkts.

Die Anforderungen an die Qualität und Sicherheit von Produkten steigen weltweit. Einerseits erlassen Gesetzgeber immer strengere Vorgaben für den Verbraucherschutz, andererseits steigen auch die Qualitätsforderungen auf Kundenseite weiter an. Hersteller müssen immer häufiger mit Ermüdungsprüfungen, Lebensdauertests und Belastungsprüfungen belegen, dass ihre Materialen und Produkte sicher und für den Einsatzzweck geeignet sind.

Medizinische Produkte wie Gelenkprothesen oder Implantate beispielsweise müssen den strengen internationalen Standards einer Dauerbeanspruchung standhalten. Ähnliches gilt auch für viele sicherheitskritische Industriekomponenten und Konsumgüter. Wo keine gesetzlichen Vorgaben existieren, entwickeln Hersteller und Prüfdienstleister häufig zusammen maßgeschneiderte Prüfmethoden für das jeweilige Produkt. Dies gilt insbesondere für vergleichsweise neue Verfahren wie die additive Fertigung, die in zahlreichen Branchen innovative Produkte hervorbringt und eine kostengünstigere Produktion von Kleinserien ermöglicht. Werkstoffe und Produkte, die häufig auf Materialermüdung geprüft werden, sind unter anderem: 

• Metalle und Legierungen
• Keramik- und Polymermatrix-Verbundwerkstoffe
• Kunststoffe und Polymere
• Geschweißte Werkstücke und Strukturen
• Halterungen, Verschlüsse und Befestigungen
• Rohre und Schläuche
• Gasturbinentriebwerke
• Triebwerksschaufeln
• Medizinische Geräte
• Industrielle Komponenten, Unterbaugruppen und Ausrüstung

Beanspruchung bis zum Bruch

Im Bereich der Produktprüfungen werden sowohl mechanische Wechselbeanspruchungen als auch Temperaturwechselprüfungen eingesetzt, um produktspezifische Beanspruchungsprozesse zu simulieren.

Bei den mechanischen Prüfungen der Materialermüdung wird untersucht, wie sich zyklische bzw. periodisch wechselnde Beanspruchungen auf einen Werkstoff auswirken. Dabei werden gleichartige Proben bei unterschiedlichen Belastungen, Geschwindigkeiten, Temperaturen und anderen Umgebungsbedingungen geprüft. Die meisten Ermüdungsprüfungen untersuchen die Anzahl von Belastungszyklen (n) bei unterschiedlichen Spannungen (s) bis zum Versagen des Materials. Abgebildet werden die Ergebnisse in der sogenannten Wöhlerkurve, die auch s-n-Kurve genannt wird.

Gesucht wird die Schwingfestigkeit, also die Grenzbelastung, bis zu der ein wechselnd beanspruchter Werkstoff gerade eben nicht versagt. Die Versuche sind erforderlich, da man nicht einfach von Streckgrenzen, Zugfestigkeiten oder anderen bekannten Werkstoffkennwerten auf die Schwingfestigkeit schließen kann. 

Hoch- und niedrigzyklische Beanspruchung

Die Art, Frequenz und vor allem die Anzahl der Schwingungen sind wesentliche Einflussfaktoren für Ermüdungsprüfungen. Bei 10.000 bis 100.000 Schwingspielen spricht man von niederzyklischer Beanspruchung oder auch Low Cycle Fatigue (LCF). Darüber hinaus gehende Prüfungen werden hochzyklische Beanspruchung oder auch High Cycle Fatigue (HCF) genannt.

Typische Belastungsarten sind Zug und Druck, aber auch Biegung, Torsion, Scherkraft und Kombinationen davon können bei einem Dauerschwingversuch eingesetzt werden. Hinzu kommen Variablen wie Temperatur, korrosive Umgebung und (Licht-)Strahlung, die ebenfalls einen Einfluss auf das Prüfergebnis haben.

Ermüdungsprüfung - Das bietet Element

Mehrere Prüflabore des weltweiten Element-Netzwerks unterstützen unsere Kunden bei der Entwicklung neuer Materialien und bei der Qualitätskontrolle. Zu den bei Element angebotenen Verfahren gehören

• Niederzyklische Ermüdungsprüfungen (LCF)
• Hochzyklische Ermüdungsprüfungen (HCF)
• Thermomechanische Ermüdungsprüfungen (TMF)
• Umlaufbiegeprüfungen
• Spannungsrissprüfungen
• Zeitstand- und Kriechversuche

Darüber hinaus setzt Element Ermüdungsprüfungen bei Bedarf auch im Rahmen von Schadensanalysen ein. Für dynamische Verfahren ist in Deutschland unter anderem der Element-Standort in Berlin ausgestattet.

Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen zu Ermüdungsprüfungen oder fordern Sie ein Angebot an. Unsere Experten beraten Sie gerne.