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Wöhler-Diagramm

Lexikon Pharmatechnologie
Wöhler-Diagramm

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Graphische Darstellung des Ergebnisses eines periodisch dynamischen Dauerbelastungsversuchs zur Ermittlung von mechanischen Dauerfestigkeitskennwerten von technischen Werkstoffen. Im Diagramm wird die Nennspannungsamplitude σ (Spannung) auf der Ordinate über der Schwingspielzahl auf der Abszisse aufgetragen, wobei die Spielzahl im dekadisch logarithmischen Maßstab aufgetragen wird. Den sich ergebenden Kurvenzug nennt man die Wöhler-Kurve oder die Wöhler-Linie.

Das Wöhler-Diagramm zeigt die Wöhler-Kurve, die Schadenslinie, die Zeitfestigkeit und die Dauerfestigkeit. Die Dauerfestigkeit ist die mechanische Festigkeit, die bei beliebig vielen (meist 6 x 106) Lastwechseln vom Werkstoff ertragen wird. Die Zeitfestigkeit ist die Festigkeit, die jeweils unterhalb der Grenzzahl der Lastspiele erreicht wird. Die Schadenslinie gibt an, wie viele und wie hohe Überlastungen (über die Dauerfestigkeit hinaus) einem Werkstoff ohne Schaden, d. h. ohne Minderung der Dauerfestigkeit, zugemutet werden kann.

Die Ergebnisse aus den verschiedenen Dauerfestigkeitsversuchen bei verschiedenen Mittelspannungen (also verschiedenen Wöhler-Kurven) werden nach DIN 50100 im Dauerfestigkeitsschaubild (auch als Smith-Diagramm bezeichnet) des betreffenden Werkstoffs dargestellt.

Das Wöhler-Diagramm berücksichtigt die Veränderung der statischen mechanischen Festigkeitseigenschaften von metallischen Werkstoffen (Metalle) – und insbesondere auch von austenitischen Edelstahllegierungen – unter periodischer dynamischer Belastung. Typische periodische dynamische Belastungen sind etwa:

  • Zugwechselbelastungen (Schwellbelastung) mit verschiedenen Mittelbelastungen und verschiedenen Spannungsamplituden,

  • Druckwechselbelastungen (Schwellbelastung) mit verschiedenen Mittelbelastungen und verschiedenen Spannungsamplituden,

  • Zug-Druckwechselbelastungen mit verschiedenen Mittelbelastungen und verschiedenen Spannungsamplituden,

  • Biegewechselbelastungen etc.,

wobei neben der Belastungshöhe (Min- / Max-Werte der mechanischen Spannung in N/mm2 als Amplitude) v. a. die Frequenz der Lastwechsel und die Anzahl der Lastwechsel kennzeichnende Werte für das Wöhler-Diagramm darstellen.

Grundsätzlich gilt, dass dynamische Wechsel- oder Schwellbelastungen stets deutlich reduzierte Eigenschaftswerte der zulässigen mechanischen Spannungen (= Dauerfestigkeit) erlauben, im Vergleich zu statischen Spannungsbelastungen. Anders ausgedrückt, erlauben mit statischen Kennwerten ausgelegte Bauteile – dynamisch belastet – gesichert nur eine begrenzte Anzahl von Lastwechseln (begrenzte Lebensdauer).

Statische Überbeanspruchungen führen je nach Werkstoff zum sogenannten Gewaltbruch als Sprödbruch oder als Verformungsbruch; dynamische Überbelastungen dagegen zum typischen Dauerbruchphänomen.

Speziell im Anlagenbereich sind etwa die Rührwellen in Rührwerksbehältern einer typischen dynamischen Dauerbelastung unterworfen. Rührwellen müssen deshalb z. B. nach den spezifischen Werkstofferkenntnissen nach dem Wöhler-Diagramm bzw. dem Dauerfestigkeitsschaubild nach DIN 50100 ausgelegt werden.

Abb. W 11: Beispiele für dynamische Lastwechsel. (Quelle: G. Henkel)

Abb. W 12: Smith-Diagramm als Ergebnis einer Wöhler-Kurvenschar. (Quelle: G. Henkel)

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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