Dauerfestigkeit und Zeitfestigkeit

Während sich bei kubisch-raumzentrierten Werkstoffen häufig eine ausgeprägte Dauerfestigkeit feststellen lässt (horizontale Linie im Wöhlerdiagramm), zeigt sich bei kubisch-flächenzentrierten Werkstoffen meist keine Dauerfestigkeit im eigentlichen Wortsinne. Für diese Werkstoffe fällt die  Wöhlerkurve über den gesamten Lastspielzahlbereich ab. Auch korrosive Medien können ein solches Verhalten hervorrufen. Dies bedeutet, dass selbst bei noch so kleinen Spannungsamplituden die Probe bei hinreichend großer Lastspielzahl irgendwann zu Bruch gehen wird. Da in der Praxis jedoch selten mehr als 100 Millionen Lastspiele auftreten, werden auch Proben die diese Anzahl ohne Bruch ertragen als "dauerfest" bezeichnet. Dies entspräche bei einer Beanspruchungsfrequenz von einem Lastspiel pro Sekunde immerhin einer Gesamtbeanspruchungsdauer von über 3 Jahren.

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Abbildung: Einfluss der Gitterstruktur auf die Wöhlerkurve

Die Spannungsamplitude die eine Probe gerade noch ohne Bruch aushält wird als Dauerschwingfestigkeit \(\sigma_d\) bezeichnet (kurz: Dauerfestigkeit). Die Angabe der Dauerfestigkeit beinhaltet die Mittelspannung \(\sigma_m\) und die Spannungsamplitude \(\sigma_a\):

\begin{align}\;\;\;\;\;
\label{dauerschwingfestigkeit}
&\boxed{\sigma_d = \sigma_m \pm \sigma_a}  ~~~~~\text{Angabe der Dauerfestigkeit} \\[5px]
\end{align}

Wichtige Spezialfälle ergeben sich für den Fall einer rein wechselnden Beanspruchung (\(R=-1\)) und einer rein schwellenden Beanspruchung (\(R=0\)). Für den Fall der reinen Wechselbeanspruchung mit \(\sigma_m=0\) wird die Dauerfestigkeit dann als Wechselfestigkeit \(\sigma_w\) bezeichnet und für eine reine Schwellbeanspruchung mit \(\sigma_m=\sigma_a\) dementsprechend als Schwellfestigkeit \(\sigma_{sch}\).

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Abbildung: Schwingfestigkeit

Auch wenn Bauteile dynamisch beansprucht werden, so müssen diese aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer auf Dauerfestigkeit ausgelegt werden. Denn in der Regel werden Bauteile nicht unendlich oft beansprucht sondern nur innerhalb ihrer vorgesehenen Einsatzzeit. So sind bspw. Schlagbohrmaschinen nicht darauf ausgelegt unzählige Jahre ohne Schaden zu überdauern. Man schreibt Bauteile also im Allgemeinen lediglich eine bestimmte Lastspielzahl zu, welche sie ohne Schaden überstehen müssen. Diese Betriebsfestigkeit wird dann nicht als Dauerfestigkeit sondern als Zeitschwingfestigkeit bezeichnet (kurz: Zeitfestigkeit).

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