Schwingfestigkeit

Die Schwingfestigkeit (engl. fatigue behaviour) bezeichnet das Verformungs- und Versagensverhalten von Werkstoffen bei zyklischer Beanspruchung. Siehe auch Materialermüdung

Geschichte

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Die Lehre von der Schwingfestigkeit ist als erstes von August Wöhler ab dem Jahre 1858 untersucht worden. Bis dahin wurden nur Belastungsversuche bei statischer Belastung durchgeführt. Statische Belastung meint hier die Belastung eines Körpers (Gegenstandes) mit einer konstanten Kraft aus einer konstanten Richtung. Als Beispiel sei hier das Abstellen eines Steines auf einem Tisch erwähnt. Der Stein hat eine konstante Masse und übt durch die Erdbeschleunigung eine konstante Kraft auf den Tisch aus. Übersteigt die Kraft einen besitimmten Wert so wird der Tisch zusammenbrechen.

Mit dem Aufkommen der Eisenbahn entstanden unerwartet Probleme. Laut statischen Berechnungen hätten Räder der Wagen die Beanspruchungen bei der Fahrt ohne Weiteres aufnehmen müssen ohne dabei Schaden zu nehmen. Vermehrt fielen jedoch Eisenbahnwagen aus, weil die Räder gebrochen waren. Wöhler untersuchte dieses Phänomen und entdeckte, dass schwingende Belastungen ein Bauteil auch dann schädigen können, wenn es durch eine einmalige Belastung mit der gleichen Kraft offensichtlich nicht geschädigt wird.

Maß für die Schwingfestigkeit

Die maximale Lastwechselanzahl für eine bestimmte Auslenkung ist in der Wöhlerlinie dargestellt. Sie hängt ab von Werkstoffeigenschaften (zyklisch verfestigend / zyklisch entfestigend), der Kraft beziehungsweise der daraus resultierenden Spannung und der Art der Belastung (wechselnd / schwellend (Druck od. Zug)). Bei gleicher Auslenkungsamplitude schädigt die wechselnde Belastung das Bauteil am stärksten.

Beispiel

Eine Schraube, welche z.B. zur Befestigung eines Auspuffs am Fahrzeugs dient, kann wegen der schwingenden Belastung der Fahrzeugbewegung brechen, obwohl die eigentliche Dehngrenze nicht erreicht wurde. Dieser Effekt kann durch Korrosion und/oder Temperatur noch verstärkt werden.