Hochfrequenz-Prüflabor zur Kurzzeitdiagnostik von Werkstoffen und Bauteilen

Modernes Hochfrequenz-Prüflabor im Fraunhofer IWS Dresden
© Fraunhofer IWS Dresden

Modernes Hochfrequenz-Prüflabor im Fraunhofer IWS Dresden

Vergleich der Prüflaufzeit bis 100.000.000 Schwingspiele
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Vergleich der Prüflaufzeit bis 108 Schwingspiele

Wöhlerdiagramm
© Fraunhofer IWS Dresden

Wöhlerdiagramm

Als Folge der kontinuierlich steigenden Anforderungen an den werkstofftechnischen Leichtbau und der damit verbundenen optimalen Ausnutzung von Werkstoffeigenschaften rückt die Schwingfestigkeitsprüfung bis zu sehr hohen Lastwechselzahlen immer mehr in den Fokus. Aus diesem Grund wurde im Fraunhofer IWS ein modernes Hochfrequenz (HF) - Prüfzentrum für Werkstoffproben und Bauteile errichtet.


Anwendungsgebiete

Die ausgewählten Prüfmaschinen ermöglichen Schwingfestigkeitsprüfungen von Werkstoffproben und Bauteilen bei sehr hohen Prüffrequenzen (f ≤ 20 kHz), wodurch eine stark beschleunigte Ermittlung von zyklischen Werkstoffkennwerten möglich ist. Signifikant kürzere Prüfzeiten sind u.a. bei der entwicklungsbegleitenden Bauteilabsicherung oder der zeitkritischen Analyse von verschiedenen Entwicklungsansätzen vorteilhaft. Diese sogenannte Kurzzeitdiagnostik ermöglicht es u. a. schnelle Daten für FE-Berechnungen bereitzustellen oder verschiedene Fertigungsparameter im Relativvergleich zu bewerten. Gerade im Bereich hoher bis sehr hoher Lastspielzahlen kann der Zustand (z.B. Gefügeänderung durch Wärmebehandlung) der untersuchten Werkstoffe das Ermüdungsverhalten maßgebend beeinflussen. Dadurch kann eine Lebensdauervorhersage mit bekannten Regelwerken (u.a. FKM-Richtlinie - Rechnerischer Betriebsfestigkeitsnachweis für Maschinenbauteile) möglicherweise zu konservativ ausfallen oder das Festigkeitsvermögen des Werkstoffs überschätzen. Zur bestmöglichen Ausnutzung der Beanspruchbarkeit von Werkstoffen und Bauteilen ganz im Sinne einer ressourceneffizienten Auslegung bzw. einer gezielten Leichtbaustrategie ist eine experimentelle Schwingfestigkeitsabsicherung unbedingt zu empfehlen.


Prüfmöglichkeiten

Zur Bestimmung der Werkstoff- und Bauteilzuverlässigkeit stehen im HF-Prüflabor des Fraunhofer IWS u.a. Ultraschall-Ermüdungsprüfstände (f ≈ 20 kHz) und hochmoderne elektromagnetische Resonanzpulsatoren (f ≤ 1.000 Hz) zur Verfügung. Somit kann stets das beste Prüfverfahren für den jeweiligen Anwendungsfall genutzt werden.

  • Signifikant kürzere Prüfzeiten bei der entwicklungsbegleitenden Bauteilabsicherung und der zeitkritischen Analyse von Vorserien, zur Qualitätssicherung oder bei Schadensfallanalysen
  • Kurzzeitdiagnostik zur Ermittlung der versagensrelevanten Defektart und -größe (z.B. Gussteile, generativ gefertigte Bauteile, Fügeverbindungen, …)
  • Ermittlung der Oberflächendehnung mittels Extensometer, Dehnungsmessstreifen und digitaler Bildkorrelation