Wöhlerkurven

Wöhlerkurven, auch als S-N-Kurven bezeichnet, sind grafische Darstellungen der Beziehung zwischen der Stressamplitude einer zyklischen Belastung und der Anzahl der Lastwechsel bis zum Versagen eines Werkstoffs unter wiederholter Beanspruchung. Sie wurden von August Wöhler eingeführt und bilden eine zentrale Grundlage der Ermüdungsfestigkeitsanalyse im Maschinenbau und der Werkstoffkunde. Typischerweise werden die Daten in einem log-log-Diagramm dargestellt: Die x-Achse gibt die Anzahl der Zyklen bis zum Bruch an, meist als log10 N, während die y-Achse die Stressamplitude σa zeigt. Aus der Kurve lässt sich ableiten, welche zyklische Belastung ein Bauteil bei gegebener Lebensdauer noch tragen kann.

Wöhlerkurven unterscheiden verschiedene Belastungsregimes. Im Hochzyklusbereich, in dem die Zyklenzahl hoch ist (häufig N ≥ 10^5–10^6), zeigt sich oft eine annähernd lineare Beziehung im Logarithmus. Im Niedrigzyklusbereich treten plastische Verformungen auf und die Kurve weicht von dieser Geradlinigkeit ab. Viele ferromagnetische Werkstoffe besitzen eine Ermüdungsgrenze, unter der kein endliches Versagen bei beliebig vielen Zyklen erwartet wird; andere Materialien zeigen auch bei sehr geringen Restbelastungen ein endliches Lebensdauerverhalten.

Für die Praxis spielen Randbedingungen wie Mittelspannung, Oberflächenzustand, Temperatur und Umweltbedingungen eine wichtige Rolle. Mittelspannungsfolgen werden durch Korrekturmodelle wie Goodman, Gerber oder Soderberg berücksichtigt. Wöhlerkurven dienen der Auslegung, der Charakterisierung von Materialien und dem Vergleich von Werkstoffen; sie liefern Orientierungshilfen, weisen jedoch Streuungen und material- bzw. bedingungsabhängige Unterschiede auf.