Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie schnell ermüdet ein Bauteil?

10.02.2014
Im Fraunhofer IWS Dresden geht ein neues Labor in Betrieb

Geht ein Bauteil kaputt, kann dies zwei Ursachen haben: Wird das Bauteil deutlich überlastet, kommt es häufig spontan zum Bruch, zum sogenannten Gewaltbruch.


Einrichtung des Hochfrequenz-Ermüdungsprüfstandes
Fraunhofer IWS Dresden / Frank Höhler


Einseitige Einspannung einer Ultraschall-Ermüdungsprobe
Fraunhofer IWS Dresden / Frank Höhler

Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Knochenbruch nach einem Sturz. Wird das Bauteil dagegen über einen längeren Zeitraum wiederholt verformt, schreitet die Schädigung nur langsam voran – und das bereits bei niedrigen Belastungen, hier spricht man von Materialermüdung. Die Ursachen einer Materialermüdung sind so vielfältig wie die Herstell- und Einsatzbedingungen eines Bauteils. Doch wie kann man vorhersagen, wie lange ein Knochen oder Bauteil hält?

Das Fraunhofer IWS Dresden hat dafür seine Aktivitäten auf dem Gebiet der Werkstoffcharakterisierung und mechanischen Prüfung erweitert. Mit einem neu eingerichteten Hochfrequenz-Ermüdungslabor kann die Dauerfestigkeit von Bauteilen jenseits der klassischen Auslegungsgrenzen bestimmt werden, ein industriell zunehmend an Bedeutung gewinnendes Themenfeld.

„Die in der industriellen Anwendung steigende Forderung nach immer stärkerer Ausnutzung des Festigkeitspotentials eines Werkstoffs bei gleichzeitig immer längeren Laufzeiten führt zu Lastzyklen jenseits der klassischen Auslegungsgrenzen“, meint Frau Prof. Dr. Martina Zimmermann, international anerkannte Expertin auf dem Gebiet der Hochfrequenzermüdung und Initiatorin des neuen Prüflabors am Fraunhofer IWS.

„Bereits geringste Veränderungen in der Materialzusammensetzung und im Fertigungsablauf haben gerade im Bereich hoher Lastzyklen einen immensen Einfluss auf die Schwingfestigkeit eines sicherheitsrelevanten Bauteils. Diese Einflussfaktoren gilt es in einer frühestmöglichen Phase der Produktentwicklung zu iden-tifizieren. Gemeinsam mit unseren Industriepartnern werden wir uns dieser Herausforderung zukünftig noch intensiver stellen“, so Frau Prof. Zimmermann.

Schadensfälle an Bauteilen in Fahrzeugen, Geräten und Anlagen lassen sich vielfach auf eine Materialermüdung infolge von wechselnden mechanischen Belastungen zurückführen. Die Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit erfolgt deshalb im Allgemeinen durch Aufbringen wechselnder mechanischer Spannungen bzw. Dehnungen. Nur Proben, die im Versuch mindestens 10 Millionen Schwingspiele ohne Bruch oder Anriss ertragen, galten in der Vergangenheit bei dem entsprechenden Lastniveau als dauerfest. 10 bis 50 Proben müssen getestet werden, um die Dauerfestigkeit eines realen Bauteils mit ausreichender Sicherheit vorhersagen zu können. Statistisch abgesicherte Werkstoffkenndaten lassen sich demzufolge nur durch kosten- und zeitintensive Versuche ermitteln.

Mit der Einrichtung eines hochmodernen Hochfrequenz-Ermüdungsprüflabors am Fraunhofer IWS Dresden bieten sich zukünftig ganz neue Perspektiven. Der neue Prüfstand ermöglicht Prüffrequenzen um 20.000 Hz und erlaubt den For-schern, werkstoff- bzw. fertigungsbedingte Einflussfaktoren auf die Schwingfestigkeit schneller und damit effektiver experimentell zu charakterisieren. Das gilt sowohl für den klassischen Dauerfestigkeitsbereich als auch darüber hinaus – man spricht hier vom sogenannten Very High Cycle Fatigue (VHCF) Bereich.

Der Anspruch liegt hierbei in einer umfassenden Charakterisierung des Schädigungsverhaltens, indem Werkstoff, Fertigung und Konstruktion als unabdingbare Einheit betrachtet werden. Eine enge Verzahnung von mechanischer Prüfung, direkter und indirekter in-situ Schädigungsdetektion und hochauflösender Werkstoffanalytik ist daher fester Bestandteil der Aktivitäten auf dem Gebiet der Werk-stoffermüdung am Fraunhofer IWS Dresden.

Der Ultraschall-Ermüdungsprüfstand erlaubt Versuche bei unterschiedlichen Lastverhältnissen für ein breites Spektrum an Werkstoffklassen. Auch Blockpro-grammversuche zur näherungsweisen Abbildung realer Beanspruchungsszenarien sind möglich. Einer unerwünschten Probenerwärmung infolge der sehr hohen Prüffrequenzen wird durch eine aktive Kühlung und ein Prüfen in einem speziell auf das Dämpfungsverhalten des jeweiligen Werkstoffs abgestimmten Puls-Pause-Betrieb entgegen gewirkt.

Ergänzt wird das Prüfangebot des neuen Hochfrequenzlabors durch einen Reso-nanzpulsationsprüfstand mit umfangreicher Ausstattung. Mit Prüffrequenzen um 100-150 Hz bei max. Kräften von ± 50 kN können Zug-Druck-Versuche mit oder ohne überlagerte Mittellast, 3- und 4-Punkt-Biegeversuche, Risswachstumsuntersuchungen und isotherme Versuche bis 900 °C an Werkstoff- als auch bauteilähnlichen Proben durchgeführt werden.

Das neue Prüflabor ist nur eine von vielen Stationen, die am 26. Februar 2014, ab 17.00 Uhr am Fraunhofer IWS, Winterbergstraße 28, in Dresden besichtigt werden können. Interessierte Unternehmen sowie die Teilnehmer des Internationalen Laser- und Fügesymposiums 2014 sind herzlich zum 2. Innovationsabend für Unternehmen - Industrie @ Fraunhofer IWS - eingeladen. Die Teilnahme ist kostenlos, um Anmeldung per Online-Formular wird jedoch gebeten.

(http://www.iws.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/innovationsabend_2014.html)

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden
01277 Dresden, Winterbergstraße 28
Prof. Dr. Martina Zimmermann
Telefon: (0351) 83391 3573
Telefax: (0351) 83391 3300
E-Mail: martina.zimmermann@iws.fraunhofer.de
Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Ralf Jäckel
Telefon: (0351) 83391 3444
Telefax: (0351) 83391 3300
E-Mail: ralf.jaeckel@iws.fraunhofer.de
Weitere Informationen:
http://www.iws.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/innovationsabend_2014.html
http://www.lasersymposium.de/
http://www.iws.fraunhofer.de/de/presseundmedien/presseinformationen/2014/
presseinformation_2014-02.html

Dr. Ralf Jaeckel | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.iws.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik