Ermüdungsprüfungen

Ermüdungsprüfungen sind mechanische Prüfungen, die die Lebensdauer eines Bauteils oder Materials unter zyklischer Belastung bestimmen. Ziel ist es, die Anzahl der Lastwechsel bis zum Auftreten eines bruchhaften Versagens zu ermitteln oder die Dauerfestigkeit (Endurance Limit) abzuschätzen.

Typen der Prüfungen umfassen axiale, torsionale oder Biegebelastungen sowie Lastkontrolle (festgelegte Kraft) oder Verformungskontrolle. Es gibt konstant amplitudenbelastete (gleichbleibende Spannungsamplitude) und variablen Amplitudenbelastungen. In der Praxis spricht man außerdem von Hochzyklus-Festigkeit (HCF) und Niedrigzyklus-Festigkeit (LCF), je nach der Anzahl der Zyklen bis zum Versagen.

Durchführung erfolgt an Prüfmaschinen wie servo-hydraulischen oder elektromotorischen Spannungs-/Druckprüfmaschinen. Ergebnisse werden häufig als Wöhlerkurve (S-N-Kurve) dargestellt, die das Verhältnis von Belastungsspitze zu Lebensdauer zeigt. Zur Bestimmung von Grenzfällen können Stufen- oder Staircase-Methoden eingesetzt werden. Nach dem Versagen wird der Bruch analysiert, um Fehlerursachen zu klären.

Auswertung erfolgt mit Modellen zur Schadensakkumulation, wie der Miners-Regel, sowie strainer- oder epsilon-N-Kurven. Wichtige Einflussgrößen sind Oberflächenzustand, Temperatur, Mittelspannung, Frequenz, Umgebungsbedingungen und Materialeigenschaften. Spezielle Prüfungen berücksichtigen auch Rotations- oder Residualspannungen sowie Frequenzeffekte.

Standards und Anwendungen: Ermüdungsprüfungen folgen Normen von ISO, DIN oder ASTM. Anwendungsbereiche finden sich in Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Maschinenbau und Energietechnik. Das Ziel der Ermüdungsprüfung ist die Zuverlässigkeitsbewertung, Materialentwicklung und Designoptimierung.