In diesem Video erklären wir dir, wozu du die Wöhlerkurve in der Werkstoffprüfung brauchst und was ihre Aussage ist.
Inhaltsübersicht
Feststellung der Bruchlastspielzahlen bei dynamischen Beanspruchungen
Die Wöhlerkurve wurde nach August Wöhler benannt. Damals kam es zu mehreren Entgleisungen von Zügen aufgrund gebrochener Radsatzwellen, obwohl die Bauteile laut Festigkeitslehre der Belastung eigentlich standhalten sollten.
Wöhler kam dabei zu einer wichtigen Erkenntnis: Wechselbeanspruchte Materialien weisen eine geringere Belastbarkeit auf als statisch belastete. Wechselbeansprucht bedeutet hierbei, dass das Bauteil zeitlich nicht durchgehend gleich, sondern unterschiedlich schwer belastet wird.
Durchführung des Wöhlerversuches
Die Wöhlerkurve untersucht, ähnlich wie das Smith-Diagramm, also dynamische Beanspruchungen. In dem sogenannten „Wöhlerversuch“ werden Bauteile unter einer sinusförmigen Beanspruchungs-Zeit-Funktion belastet. Dazu werden die Materialien periodisch über einen längeren Zeitraum getestet.
Es werden dabei mehrere Proben mit identischer sinusförmiger Spannungsamplitude geprüft. Anschließend wird jede Spannungsamplitude der Proben über die Bruchlastspielzahl NB aufgetragen. Der Bruchlastspielzahl oder auch Bruchlastspiegel gibt die Anzahl der Schwingspiele an. Damit erhält man die Wöhlerlinie.
Studyflix vernetzt: Hier ein Video aus einem anderen Bereich
Aufstellen der Wöhlerlinie und der Low Cycle Bereich bzw. die Langzeitfestigkeit
Prinzipiell können in diesem drei Bereiche unterschieden werden. Im linken Bereich liegt die sogenannte Kurzzeitfestigkeit vor. Bei großen Amplituden bricht hier die Probe nach wenigen Lastspielen.
Dieser Bereich wird auch als Low-Cycle-Fatigue, kurz LFC-Bereich bezeichnet. Er liegt bei maximal 
bis 
Schwingspielen.
Der Bereich der Zeitfestigkeit bzw. Betriebsfestigkeit
Danach wird die Spannungsamplitude verringert und geht in den Zeitfestigkeitsbereich zwischen und 
Schwingamplituden über. Dieser Bereich wird auch High-Cycle- Fatigue bzw. Betriebsfestigkeit genannt und ist materialabhängig. Unterhalb einer bestimmten Spannungsamplitude tritt fast kein Bruch mehr auf.
Die Kurve nähert sich einer Horizontalen an. Diesen Bereich bezeichnet man als Dauerfestigkeit, er liegt bei 
bis 
Schwingspielen.
Tabelle mit Beispielwerten zum Wöhlerversuch
In dieser Tabelle sind die Spannungswechsel bei verschiedenen Belastungen, die bis zum Bruch der Bauteiles durchgeführt werden können aufgelistet.
| Nr. | Spannungsausschlag in N/mm^2 | Lastwechsel bis Bruch |
| 1. | +/- 400 | 42534 |
| 2. | +/- 350 | 8465 |
| 3. | +/- 300 | 22457 |
| 4. | +/- 250 | 70465 |
| 5. | +/- 200 | 104899 |
| 6. | +/- 180 | 5 Millionen ohne Bruch |
Untersuchung der Langzeitfestigkeit
Der angegebene Bereich der Dauerfestigkeit wird noch durch äußere Einflussfaktoren wie Korrosion oder hohe Temperaturen verändert.
Stelle dir doch einfach einmal vor, ein Einbrecher versucht in deine Wohnung zu gelangen. Um deine Tür aufzubrechen, hat er aber anstatt eines Brecheisens nur einen Zahnstocher zur Verfügung. Egal wie oft er nun versucht deine Tür aufzustemmen, er wird wohl kaum erfolgreich sein, oder?
Erweiterung des Wöhlerdiagramms in die dritte Dimension
Man kann das Wöhlerdiagramm auch um eine z-Achse erweitern. Diese erlaubt eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit, dass das Bauteil bricht und wird auch als Bruchwahrscheinlichkeit bezeichnet.
Sehr schön! Nun weißt du, was das Wöhlerdiagramm ist und wofür du es in der Werkstoffprüfung es brauchst.
Wöhlerkurve — häufigste Fragen
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Wöhlerkurve — häufigste Fragen
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Was ist das Wöhlerverfahren?Das Wöhlerverfahren ist ein Ermüdungsversuch, bei dem Proben über lange Zeit mit einer sinusförmig wechselnden Belastung geprüft werden. Man hält dabei für eine Probe die Spannungsamplitude (Höhe des Spannungsausschlags) konstant und zählt die Schwingspiele bis zum Bruch als Bruchlastspielzahl.
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Was ist der Unterschied zwischen Wöhlerkurve und Wöhlerlinie?Die Wöhlerlinie ist die aus Messpunkten gebildete Linie, die den Zusammenhang zwischen Spannungsamplitude und Bruchlastspielzahl darstellt. Die Wöhlerkurve meint meist dieselbe Darstellung als Kurve im Diagramm oder das gesamte Wöhlerdiagramm inklusive der Bereiche wie Kurzzeitfestigkeit, Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit.
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Wie kann man die Wöhlerlinie richtig lesen?Die Wöhlerlinie liest man, indem man eine Spannungsamplitude auswählt und von dort zur Linie geht, um die zugehörige Bruchlastspielzahl
(Lastwechsel bis Bruch) abzulesen. Umgekehrt kann man für eine gewünschte Lastwechselzahl zur Linie gehen und die zulässige Spannungsamplitude ablesen.
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Wie kann man die Dauerfestigkeit bestimmen?Die Dauerfestigkeit bestimmt man, indem man den Bereich sucht, in dem die Wöhlerlinie nahezu horizontal verläuft und bei weiterer Verringerung der Spannungsamplitude kein Bruch mehr beobachtet wird. Praktisch legt man dafür eine hohe Schwingspielzahl als Grenze fest und nimmt die zugehörige Spannungsamplitude als Dauerfestigkeit.
Werkstoffprüfung verstehen
Die Wöhlerkurve gehört zur Werkstoffprüfung und zeigt das Verhalten von Werkstoffen unter wechselnder Belastung. Wer sich mit Werkstoffprüfung beschäftigt, vergleicht Belastungsarten, prüft Proben und liest Kennwerte aus Diagrammen ab. So wird klar, wie Werkstoffe auf dauernde Beanspruchung reagieren und wo ihre Festigkeitsgrenzen liegen. Im Ingenieurwissenschaftenbereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.
