Schwellbeanspruchung

Unter einer Schwellbelastung versteht man in der Technik eine dynamische Bauteilbeanspruchung, bei der dieses periodisch abwechselnd nur mit einer Zug- oder einer Druckbeanspruchung beaufschlagt wird. Wird das Bauteil abwechselnd mit einer Zug und Drucklast beaufschlagt so bezeichnet man dies als Zug-Druck-Schwellbelastung; das Bauteil als wechselbeansprucht.

Auswirkungen dynamischer Bauteilbelastungen

Eine dynamische Beanspruchung ist für ein Bauteil kritischer als eine statische Belastung, da sich das Bauteil ständig verformt. Dabei verhält es sich makroskopisch elastisch; an Fehlerstellen im Bauteil können dabei jedoch aufgrund bruchmechanischer Vorgänge Spannungen oberhalb der Elastizitätsgrenze auftreten, die örtlich plastische Verformungen verursachen. Dies kann dann im betroffenen Bereich zur Versprödung durch Kaltverfestigung und daraus resultierend Rissbildung führen. Je nach Gestaltung der Konstruktion und abhängig vom Werkstoff sind Bauteile unterschiedlich anfällig für solche Rissbildungen.

Regelwerke

Eine der wichtigsten, für den Betriebsfestigkeitsnachweis dynamisch belasteter Bauteile zur Anwendung kommende Normen, ist die DIN 15018 Krane. Diese legt eine maximal zulässige Bauteilspannung fest. Diese ist abhängig von einer anwendungsbezogenen Beanspruchungsgruppe, der Bauteilgeometrie (Kerbzahlen), der Anzahl der Lastwechsel und nicht zuletzt von der Art der dynamischen Belastung, welche sich im Spannungsverhältnis und einem Spannungskollektiv (Häufigkeit großer oder kleiner Spannung) niederschlägt.

Das Spannungsverhältnis wird als Quotient des Lastwechsels zwischen der maximalen rechnerischen Zugspannung und der maximalen rechnerischen Druckspannung im Bauteil ermittelt. Ein negatives Spannungsverhältnis bedeutet, wegen des Vorzeichenwechsels, eine Zug-Druck Schwellbelastung, ein positives Spannungsverhältnis eine reine Zug oder Druckschwellbeanspruchung. Hierbei mindert das Auftreten von Druckspannungen die zulässige Bauteilspannung stärker als das Auftreten von Zugspannungen. Aus diesen Parametern ist die zulässige maximale Bauteilspannung zu errechnen. Zur Vermeidung von durch Schwellbelastungen verursachem Bauteilversagen ist die konstruktive Gestaltung von Bauteilen von höchster Bedeutung. Die zur Bestimmung der Kerbzahlen eingesetzten Schaubilder in der DIN 15018 geben dem Konstrukteur wichtige Informationen zur Vermeidung ungünstiger Bauteilgeometrien. ^[1]

Siehe auch

Wöhlerversuch

Weblinks

Hinweise zur Werkstoffprüfung

Einzelnachweise

1. ↑ DIN 15018 Krane: Absatz 1.4 Verfahrensweise und Absatz 1.5 Tafeln