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2025-03-20T14:31:05Z

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[[Datei:Ermuedungsbruch01.jpg|mini|Ermüdungsbruch einer [[Kurbelwelle]]]]
[[Datei:Pedalarm Bruch.jpg|mini|Ermüdungsbruch (dunkel, mit [[Rastlinie]]n) an einer gegossenen [[Aluminium]]-[[Tretkurbel|Fahrradkurbel]]; hell: Gewalt- bzw. [[Sprödbruch]]]]
[[Datei:Bolzenbruch.jpg|mini|Bruchfläche eines [[Radmutter]]n<nowiki/>bolzens (links) eines LKW (rechts die zugehörige Mutter) In der Bruchfläche sind die Zonen des Bruches zu erkennen: links ein schon länger bestehender Anriss (dunkel); zur Mitte hin der Bereich des unter [[Wechselbeanspruchung|Wechselbelastung]] fortschreitenden Ermüdungsbruches mit Rastlinien, von rechts eine weitere Ermüdungsbruchzone, dazwischen die schmale Gewaltbruchzone]]
Als '''Schwingbruch'''<ref>gemäß VDI-Richtlinie 3822</ref>, '''Schwingungsbruch''' oder umgangssprachlich '''Dauer-''' oder '''Ermüdungsbruch''', bezeichnet man den Bruch unter Last[[wechselbeanspruchung]]. Die meisten Brüche im [[Maschinenbau]] lassen sich hierauf zurückführen.

Die [[Materialermüdung|Ermüdung]] des Bauteils, an dessen Ende sein [[mechanisches Versagen]] oder sein [[Bruchmechanik|Bruch]] steht, hängt vor allem ab von der Dauer und der Intensität der wechselnden [[Belastung (Physik)|Belastung]]: je höher die [[Frequenz]] und je größer die [[Amplitude]] der Schwingung, desto früher der Schwingbruch. Qualitativ lässt sich die Höhe der Belastung ableiten aus dem Verhältnis der Schwing[[bruchfläche]] zur Rest[[Verformungsbruch|gewaltbruch]]<nowiki/>fläche: je größer die Restgewaltbruchfläche, desto höher war die auf den [[Werkstoff]] einwirkende Nenn[[Mechanische Spannung|spannung]].

Im Unterschied zum Gewaltbruch wirken auf den Werkstoff Spannungen bedingt durch [[Schwellbeanspruchung|schwellende]] oder schwingende Belastung ein, die ''unterhalb der [[Streckgrenze]]'', also im [[Elastizität (Physik)|elastischen]] Bereich, liegen.

Unter solchen Wechsel[[Beanspruchung (Technische Mechanik)|beanspruchung]]en lassen sich bei einer ausreichenden Zahl von Lastwechseln Veränderungen in der [[Gefüge (Werkstoffkunde)|Mikrostruktur]] des Werkstoffes feststellen, die ein [[Indiz]] für die Ermüdung sind:
* Sichtbares Kennzeichen für einen Ermüdungsbruch sind [[Rastlinie]]n auf der Bruchfläche aufgrund [[intermittierend]]en [[Risswachstum]]s.
* Das mikroskopische Gegenstück dazu sind sehr fein strukturierte [[Furche]]n, die als Schwingstreifen bezeichnet werden. Nach der Theorie lässt sich anhand des Abstandes zweier Schwingstreifen ein Lastwechselzyklus bestimmen, dies ist aber in der Praxis nur sehr selten möglich, da z. B. keine vollständig gleiche Schwingungsbelastung vorliegt. Schwingstreifen sind ein fast sicheres Indiz für eine zyklische Beanspruchung, dürfen jedoch nicht mit dem Bruch eines [[Perlit (Stahl)|perlitischen]] Gefüges verwechselt werden.
Meist reichen Rastlinien sowie die Art des Bruchverlaufes aus, um einen Schwingbruch nachzuweisen.

== Maßnahmen zur Vermeidung ==
Da die Ursache für den Schwingbruch letztlich die mechanische Wechselspannung ist, gilt es diese durch konstruktive Maßnahmen zu vermindern:
* ausreichende [[Dimensionierung]] des Bauteils auf dynamische Beanspruchung, etwa durch Dimensionierung gegen [[Bauteilversagen]] an der schwächsten Stelle unter Zuhilfenahme von [[Schwingfestigkeit #Smith-Diagramm|Smith-]] oder [[Haigh-Diagramm]]en, [[Wöhlerlinie]]n-Schaubildern oder durch [[Betriebsfestigkeit]]s-Kalkulationen oder [[Maschinendynamik|maschinendynamische]] Berechnungen
* Vermeiden zusätzlicher wechselnder Spannungen infolge von [[Eigenschwingung]]en.

Die Eigenschwingungen, die durch den Lastfall oder eine Fremderregung bewirkt werden können, können die alleinige Ursache eines Ermüdungsbruches sein. Ein Beispiel sind hochstehende schwere bedrahtete [[elektronisches Bauelement|elektronische Bauelemente]] auf [[Leiterplatte]]n, die z. B. in Kraftfahrzeugen oder an schwingenden Maschinen eingesetzt werden, oder auch [[Schutzblech]]e und deren Halterungen an Fahrrädern. In solchen Fällen ist es sinnvoll, die [[Eigenfrequenz]] des schwingungsfähigen Systems zu ändern (vorzugsweise durch höhere [[Steifigkeit]]) oder die Schwingung zu [[Dämpfung|dämpfen]]. Auf Leiterplatten werden bedrahtete, hochstehende Bauteile daher oft mit [[Klebstoff]] festgelegt.

Neben der Dimensionierung des Bauteiles vermindert man die Gefahr des Schwingbruches im Maschinenbau, indem man vor allem dort, wo eine hohe örtliche [[Spannung (Mechanik)|Spannung]] herrscht, einen Ausgangspunkt für den Bruch vermeidet durch:
* Vermeiden abrupter Querschnittsänderungen, Schaffen gerundeter Übergänge
* Vermeidung von [[Kerbe]]n, z. B. infolge von
** Beschädigungen
** konstruktiven Elementen wie [[Gewinde]]n und [[Nut]]en
** [[Fertigungstechnik|fertigungstechnischen]] Besonderheiten wie unbearbeiteten [[Schweißnaht|Schweißnähten]]
* Schaffen glatter Oberflächen
* Einbringung von Druck[[eigenspannung]]en in die Werkstoffoberfläche; gebräuchlich ist hier das [[Kugelstrahlen]], was wissenschaftlich nachweisbar Druckeigenspannungen in den Werkstoff einbringt und die Lebensdauer bei zyklischer [[Beanspruchung (Technische Mechanik)|Beanspruchung]] verlängert
[[Datei:Example HiFIT-treated assembly.jpg|mini|Eine mittels HiFIT nachbehandelte Schweißkonstruktion zur Vermeidung von Schwingbrüchen entlang des Schweißnahtüberganges]]
* Behandlung von Schweißnahtübergängen mit dem [[High Frequency Impact Treatment]] (kurz HiFIT)–Verfahren zur Lebensdauerverlängerung von Schweißkonstruktionen durch Ausrunden der geometrischen Kerbe, Oberflächen[[Glätten (Fertigungsverfahren)|glättung]], Randschichten[[Verfestigung (Werkstoffkunde)|verfestigung]] und Einbringen von Druckeigenspannungen bis zu einer Tiefe von 1,5 mm
* Vermeiden von Herstellungsfehlern wie [[Dopplung (Metallurgie)|Dopplungen]] und Einschlüssen
* Verwenden geeigneter Werkstoffe – so nimmt man an, dass z. B. [[Gusseisen mit Kugelgraphit]] gegenüber Lamellenguss einen günstigeren Spannungsverlauf im Mikro[[Gefüge (Werkstoffkunde)|gefüge]] bewirkt
* [[Korrosionsschutz]], u. a. um [[Spannungsrisskorrosion]] zu vermeiden.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Siehe auch ==
* [[Ermüdungsversuch]]
* [[Schwingfestigkeit]]
* [[Instabile Rissausbreitung]]
* [[Rissfortschrittsgeschwindigkeit]]

[[Kategorie:Bruch]]

Schwingbruch - Versionsgeschichte

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