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 bzw. Ermüdungsversuchen belegen, dass ihre Materialen und Produkte sicher und für den Einsatzzweck geeignet sind. Diese Prüfungen sind erforderlich, da man nicht ohne weiteres von Werkstoffkennwerten wie Streckgrenzen oder Zugfestigkeit auf die Schwingfestigkeit eines Materials schließen kann.

Medizinische Produkte wie Gelenkprothesen oder Implantate beispielsweise müssen den strengen internationalen Standards einer Dauerbeanspruchung standhalten. Ähnliches gilt auch für sicherheitskritische Industriekomponenten und Konsumgüter, bei denen Materialermüdung schwerwiegende Folgen haben kann. Wo keine gesetzlichen Vorgaben existieren, entwickeln Hersteller und Prüfdienstleister häufig gemeinsam Standards und maßgeschneiderte Prüfmethoden für Produkte. Dies gilt insbesondere für neue Verfahren wie die additive Fertigung, die innovative Designs und eine kostengünstigere Produktion von Kleinserien ermöglicht. 

Werkstoffe und Komponenten, die häufig auf Materialermüdung geprüft werden, sind unter anderem: 

• Metalle und Legierungen
• Keramik- und Polymermatrix-Verbundwerkstoffe
• Kunststoffe und Polymere
• Geschweißte Strukturen
• Halterungen, Verschlüsse und Befestigungen
• Rohre und Schläuche
• Gasturbinentriebwerke
• Triebwerksschaufeln
• Prothesen und medizinische Geräte

Beanspruchung bis zum Bruch

Bei mechanischen Ermüdungsversuchen bzw. Dauerschwingversuchen wird untersucht, wie sich zyklische bzw. periodisch wechselnde Beanspruchungen auf eine Probe auswirken. Ermittelt wird die Schwingfestigkeit, also die Grenzbelastung, bis zu der ein wechselnd beanspruchter Werkstoff gerade eben nicht versagt. Dabei werden gleichartige Proben bei unterschiedlichen Belastungen, Geschwindigkeiten, Temperaturen oder 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. 

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 können. 

Ermüdungsprüfung - Das bietet Element

Der Standort Berlin und weitere Prüflabore des weltweiten Element-Netzwerks unterstützen Kunden aus zahlreichen Branchen bei der Entwicklung und Erprobung neuer Materialien und Komponenten. Zu den bei Element angebotenen Ermüdungsversuchen gehören:

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

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