Randverformungen

Randverformungen bezeichnen Deformationen, die überwiegend an den Rändern eines Bauteils, an Grenzflächen oder an Übergangsbereichen auftreten und sich von der Verformung im Materialkern unterscheiden. Sie entstehen durch ungleiche Randbedingungen wie Fixierung, Reibung, Druck- oder Zugspannungen, Temperaturgradienten oder Oberflächenunregelmäßigkeiten, die zu lokalen Verformungs- und Spannungsfeldern führen.

Typische Ursachen sind Randfusion oder Kantenführung bei Umformprozessen, Spannungs- und Residualspannungsspektren, Reibung an Kontaktflächen, sowie geometrische Randformen und Fillets, die das Verformungsverhalten am Rand beeinflussen. Auch Herstellungsprozesse wie Stanzen, Schmieden, Strangpressen oder Additivfertigung können Randverformungen begünstigen. In dünnwandigen oder hochfesten Bauteilen treten Randverformungen häufig stärker zutage, weil Randbereiche häufiger Grenzbedingungen ausgesetzt sind.

Die Auswirkungen reichen von veränderter Passung und Bauteilmaßgenauigkeit über verschlechterte Oberflächenqualität bis hin zu erhöhten Kadaverstresskonzentrationen und einem veränderten Ermüdungsverhalten. Randverformungen können damit Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Bauteilen beeinflussen, insbesondere bei Präzisionsteilen, Schraubverbindungen oder Fassaden- und Gehäusekonstruktionen.

Messung und Analyse erfolgen oft durch Oberflächenprofilometrie, optische Messtechnik, Rasterelektronen- oder Kontaktsonden, sowie durch digitale Bildkorrelation (DIC) und Finite-Elemente-Analysen zur Vorhersage von Randverformungsfeldern. Zur Minimierung werden Konstruktions- und Prozessparameter angepasst, Randkanten geglättet, Wärmebehandlungen geplant, Reibung reduziert oder Passungen entsprechend dimensioniert.