Vibrationsfestigkeit

Vibrationsfestigkeit, auch als Schwingungsfestigkeit bezeichnet, ist die Fähigkeit eines Bauteils oder Systems, unter dynamischen Lasten, die durch mechanische Schwingungen entstehen, Funktionsfähigkeit und Integrität über eine definierte Lebensdauer zu bewahren. Sie umfasst sowohl hohe als auch geringe Frequenzen, unterschiedliche Amplituden und verschiedene Lastspektren und berücksichtigt meist Ermüdung statt rein statischer Bruchfestigkeit.

Zentrale Konzepte sind die Ermüdung durch zyklische Lasten, S-N-Kurven (Wöhler-Kurven) als Zusammenhang zwischen Spannungshub und Lebensdauer, sowie Verfahren zur Mean-Stress-Korrektur (z. B. Goodman, Gerber) und zur kumulierten Schadensrechnung nach Miner. Bei der Auslegung wird darauf geachtet, Resonanzen zu vermeiden, Stresskonzentrationen zu minimieren und ausreichende Dämpfung sowie sichere Befestigungen zu gewährleisten.

Methoden der Vibrationsfestigkeit umfassen konstruktive Maßnahmen, analytische Auslegung mittels FEM/Modalanalyse, harmonische oder zufällige Belastungsmodelle und Lebensdauerabschätzungen. Typische Analysen prüfen Dämpfung, Kontakt- und Verbindungsfestigkeit sowie thermische Wechselwirkungen, die die Ermüdung beeinflussen.

Nachweise erfolgen oft durch Vibrationsprüfungen, darunter Sinus-Sweep-Tests, zufällige Belastungstests und Nutzlastspektren, gemäß Umwelt- und Zulassungsstandards. Relevante Normen stammen aus der IEC-60068-Reihe sowie aus hersteller- oder kundenspezifischen Vorgaben; in der Luftfahrt bzw. im Fahrzeugbau kommen zusätzliche Normen hinzu.

Anwendungsgebiete finden sich in der Automobil-, Luftfahrt-, Maschinen- und Elektronikindustrie, wo Bauteile wie Lager, Gehäuse, Halterungen oder Baugruppen gegenüber vibro-mechanischen Lasten zuverlässig funktionieren müssen. Grenzen ergeben sich durch nicht-stationäre Lasten, Mehrfachbelastungen und Materialermüdung.