Eigenspannungen

Eigenspannungen, auch Restspannungen genannt, sind innere Spannungen in einem festen Körper, die existieren, ohne dass äußere Kräfte wirken. Sie entstehen, wenn während Herstellung, Verarbeitung oder Nutzung ungleichmäßige Last- oder Temperaturverläufe auftreten oder Phasenumwandlungen auftreten. Da sie sich gegenseitig ausgleichen, zeigen sie sich nicht als äußere Belastung, können aber zu Verzerrungen, Verformungen oder frühzeitigem Versagen beitragen.

Ursachen für Eigenspannungen sind unter anderem ungleichmäßige Abkühlung oder Abgabe von Wärme bei Gießen, Wärmebehandlung oder Schweißprozessen, plastische Deformation während Zerspanung oder Montage, Phasen- und Strukturänderungen, sowie mechanische Vorbelastungen durch Passungen oder Verformung während der Montage. Die Spannungsverteilung ist örtlich verschieden und kann oberflächennahe oder durchgehende Spannungen umfassen; sie kann kompressiv oder zugfest sein und sich im Laufe des Dienstes durch Temperatur- oder Belastungszyklen ändern.

Messung und Bewertung erfolgen zerstörungsfrei und zerstörend. Zerstörende Methoden umfassen Lochbohren und Ringkernverfahren; zerstörungsfreie Verfahren schließen Röntgen- oder Neutronen-Diffraction sowie Ultraschall- oder mechanische Messungen ein. Die Ergebnisse liefern oft eine mehrschichtige oder durchdringende Spannungsverteilung.

Auswirkungen reichen von harmlessen Verformungen bis zu beachtlicher Beeinflussung der Festigkeit und Lebensdauer von Bauteilen. Positiv können kompressive Restspannungen die Eigenspannungen belasten, die Rissausbildung verzögern und die Ermüdungsfestigkeit verbessern. Negativ kann eine auftretende Zugspannung die Ermüdung begrenzen, Warpage verursachen oder zu frühzeitigem Bruch führen.

Vermeidung und Steuerung erfolgen durch geeignete Prozessführung wie Stressrelief- oder Glühen-, vorbeugendes Spannungsmanagement (Peening, Vorlasten), kontrollierte Kühlung, passgenaue Fertigungsverfahren und Nachbearbeitung zur Reduktion störender Restspannungen. Anwendungen finden sich in der Mechanik, dem Maschinen- und Fahrzeugbau sowie in der Werkstofftechnik.