Dauerschwingversuch (Wöhlerversuch) nach DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099

High Cycle Fatige Versuch HCF

Beim Dauerschwingversuch (auch Wöhlerversuch) nach DIN 50100 / ASTM E466-15 / ISO 1099 wird ein Werkstoff oder ein Bauteil mit einer sich periodisch ändernden (zyklischen) Last beansprucht. In der ASTM D3479 wird der Versuch an Composites beschrieben. 

Der Dauerschwingversuch dient zur Ermittlung der Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit für Zug-, Durck, Biege- und Torsionsbeanspruchung. Speziell bei Bauteilen können durch den Dauerschwingversuch Schwachstellen ermittelt und durch Konstruktions- oder Werkstoffänderungen beseitigt werden. Die Kurzzeitfestigkeit wird im Dauerschwingversuch nicht berücksichtigt. Sie wird im Low Cycle Fatigue Versuch untersucht.

Im Dauerschwingversuch sind die Lastamplitude und die Mittellast während des Einstufen-Schwingversuchs konstant. Abhängig von der Höhe der Lastamplitude kann sie unterschiedlich häufig aufgebracht werden, bevor ein Ausfall der Probe erfolgt.

Durchführung des Dauerschwingversuchs nach DIN 50100 / ASTM E466-15 / ISO 1099 

Im Dauerschwingversuch werden die Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit von Werkstoffen oder Bauteilen ermittelt. Hierfür werden mehrere Proben zyklisch belastet.

  • Der Wöhlerversuch wird durchgeführt, bis ein definiertes Versagen der Probe (Bruch, Anriss) eintritt.  
  • Beim Wöhlerversuch wird eine Anzahl Schwingungen (Grenzschwingspielzahl) festgelegt. Erreicht eine Probe die Grenzschwingspielzahl ohne erkennbares Versagen, wird sie als dauerfest oder als Durchläufer gewertet.

Mittelspannung, Oberspannung und Unterspannung der zyklischen Beanspruchung sind für jeden Dauerschwingversuch konstant. Bei Versuchen derselben Wöhlerkurve wird entweder nur die Mittelspannung oder nur das Verhältnis zwischen Ober- und Unterspannung verändert.

Wöhlerkurve

Die in mehreren Dauerschwingversuchen ermittelten Messwerte von Ausschlagspannung und Schwingspielzahl ergeben die Wöhlerkurve.

Aus dem Wöhlerdiagramm kann für eine bestimmte Lastamplitude die maximale Anzahl der Lastwechsel abgelesen werden.

Die Wöhlerkurve wird in drei Bereiche eingeteilt:

  • Kurzzeitfestigkeit K (Low Cycle Fatigue LCF): Durch eine hohe Lastamplitude wird die Probe plastisch gedehnt und versagt nach wenigen Schwingspielen. Der Bereich der Kurzzeitfestigkeit wird in der Norm DIN 50100 nicht erfasst.
  • Zeitfestigkeit Z (High Cycle Fatigue HCF): Abhängig von der Höhe der Lastamplitude kann die Probe nur eine bestimmte Anzahl an Schwingspielen ertragen.
  • Dauerfestigkeit D (Very High Cycle Fatigue VHCF): Abhängig von der Lastamplitude treten Brüche als auch Durchläufer auf.
Wöhlerkurve mit Unterteilung in Kurzzeitfestigkeit, Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit

Bei doppel-logarithmischer Darstellung verläuft der Zeitfestigkeitsbereich der Wöhlerkurve nahezu gerade. Diese Gerade wird auch Zeitfestigkeitsgerade genannt.  

Lage und Neigung der Zeitfestigkeitsgeraden hängen von zahlreichen Einflussgrößen ab:

  • Werkstoff
  • Geometrie der Probe
  • Beanspruchungsart
  • Fertigungsbedingungen
  • Wärmebehandlung
  • Rauheit der Oberfläche

Produkte für den Dauerschwingversuch nach DIN 50100 / ASTM E466-15 / ISO 1099

Um die beim Dauerschwingversuch benötigten Lastamplitude zu erzeugen, können unterschiedliche Prüfmaschinen verwendet werden. Änderungen der Steifigkeit von Probe oder Prüfaufbau müssen von der Prüfmaschine ausgeglichen werden können.
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