Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemisches Entgraten und Polieren erhöht die Belastbarkeit von Bauteilen

29.10.2009
Das chemische Entgraten und Polieren minimiert die Bruchgefahr dynamisch belasteter Metallteile. Das verdeutlicht die Wöhlerkurve behandelter und unbehandelter Ventilfedern. Ein weiterer Vorteil der Chemie ist die hohe Reproduzierbarkeit unabhängig von der Bauteilgeometrie.

Dauerbrüche, auch Ermüdungsbrüche genannt, beginnen meist klein an bestimmten Risskeimen. Der Riss wächst dann meist unerkannt schrittweise weiter bis er schließlich einen plötzlichen Gewaltbruch des geschwächten Restquerschnitts auslöst. Die Dauerfestigkeit, das heißt die Festigkeit gegen Ermüdungsbrüche bei dynamisch belasteten Bauteile wird wesentlich von der Gestalt und Struktur der oberflächennahen Werkstoffschichten bestimmt.

Dauerbrüche beginnen an Risskeimen im Oberflächenbereich

Über 80% der Dauerbrüche beginnen an Risskeimen im Oberflächenbereich. Die gezielte Anwendung des chemischen und elektrochemischen Entgratens und Polierens von Metalloberflächen kann die Gefahr von Dauerbrüchen an metallischen Werkstücken wesentlich verringern und deren Lebensdauer um ein Mehrfaches verlängern. Bei Poligrat wurden dazu Produkte für das Tauchverfahren entwickelt, die einfach und zuverlässig in der Anwendung sind. Sie beseitigen oder entschärfen die meisten der äußeren Risskeime, die sich zwei Gruppen zuordnen lassen:

-Risskeime können die Folge der Feinbearbeitung sein. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Grate und Einrisse an Kanten, um scharfkantige Strukturen des Oberflächenprofils oder vertiefte Korngrenzen. Die Kerbwirkung am Grund dieser Strukturen führt zu lokaler Konzentration von Zugspannungen mit der Gefahr, dass dort ein Anriss mit nachfolgendem Dauerbruch beginnt.

Lokale Zugspannungen in Randschichten lösen Dauerbrüche aus

Eine mechanische, thermische oder chemische bearbeitungsbedingte Werkstückbelastung kann zu Risskeimen in mikrometerdicken oberflächennahen geschädigten Werkstoffschichten führen. Diese Randschichten, auch Beilby-Schichten genannt, unterscheiden sich hinsichtlich der Zusammensetzung, Struktur und Eigenspannung deutlich vom ungestörten Grundwerkstoff. Sie enthalten oftmals lokale Zugspannungen, eingebettete Fremdkörper und Oxide, Grobkornbildung, lokale Ausscheidungen an Korngrenzen. Diese Keime können Dauerbrüche auslösen.

Im chemischen oder elektrochemischen Tauchverfahren werden daher die geschädigten Werkstoffschichten mit allen enthaltenen Fremdkörpern, Zug- und Druckspannungen sowie sonstigen Defekten vollständig und zuverlässig abgetragen. Der Prozess ist belastungsfrei und läuft kontrolliert ab. So bringt die chemische und elektrochemische Oberflächenbearbeitung das ungestörte Grundgefüge mit seinen besten Eigenschaften an der Oberfläche zur Geltung. Außerdem werden Kanten und Flächen im gesamten Wirkungsbereich des Prozesses entgratet.

Das Oberflächenprofil wird bis in den Mikrobereich hinein geglättet und verrundet. Anrisse und scharfkantige Strukturen werden entweder ganz beseitigt oder – falls sie größer sind – so weit geöffnet und verrundet, dass von ihnen keine Kerbwirkung mehr ausgeht. Die Öffnung von Rissen ermöglicht gleichzeitig eine zuverlässige Qualitätskontrolle.

Chemischen Prozesse arbeiten unabhängig von Form und Größe der Werkstücke

Anhand der Wöhlerkurve werden die Unterschiede deutlich. Die Proben dazu waren zwei Lose aus Ventilfedern für Motoren von Rennsportfahrzeugen. Bei den Federn beider Lose wurden zur Verbesserung der Dauerfestigkeit die Oberflächen im Kugelstrahlverfahren verdichtet. Zuvor hatte man ein Los elektrochemisch poliert, das andere Los nicht. Ergebnis: Während eines Belastungstests ist bei dem elektropolierten Los keine Feder gebrochen.

Die chemischen und elektrochemischen Prozesse arbeiten weitgehend unabhängig von Form und Größe der Werkstücke und der Werkstoffhärte. Für die meisten industriell verwendeten Metalle und Legierungen stehen industriell erprobte Verfahren zur Verfügung. Die langjährige Erfahrung zeigt, dass eine chemische oder elektrochemische Oberflächenbearbeitung dynamisch stark beanspruchter Bauteile eine Erhöhung der Dauerfestigkeit um den Faktor vier bis acht bewirkt.

Typische Anwendungen aus einer Vielzahl von Beispielen sind mechanische Federn, Hydraulikkomponenten, die einer Druckschwellbelastung ausgesetzt werden, Bauteile für den Turbinen- und Motorenbau sowie elektrische Schaltkontakte.

Siegfried Pießlinger-Schweiger ist Geschäftsführer der Poligrat GmbH in 81829 München.

Siegfried Pießlinger-Schweiger | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/oberflaechentechnik/articles/236207/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Baukasten-System für die Linienfertigung: Die VL-Baureihe von EMAG
21.02.2017 | EMAG GmbH & Co. KG

nachricht Fraunhofer IWS Dresden kooperiert mit starkem Forschungspartner in Singapur
14.02.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

Booth and panel discussion – The Lindau Nobel Laureate Meetings at the AAAS 2017 Annual Meeting

13.02.2017 | Event News

Complex Loading versus Hidden Reserves

10.02.2017 | Event News

International Conference on Crystal Growth in Freiburg

09.02.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie