Skip to main content
main-content

17.10.2016 | Werkstoffprüfung + Materialanalyse | Im Fokus | Onlineartikel

Lässt sich Rissbildung verhindern?

Autor:
Dieter Beste

Wenn Materialien Risse aufweisen, folgt meist schnell das Versagen des Bauteils. Werkstoffforscher verfolgen jetzt eine neue Methode, um dem zugrunde liegenden Schadensmechanismus auf die Spur zu kommen.

Ein Auto mit heutiger Sicherheitstechnik, hergestellt unter Verwendung von Werkstoffen, wie sie vor 20 Jahren üblich waren, wöge etwa eine halbe Tonne mehr, gibt Heinrich Friederich von der TH Mittelhessen in Friedberg zu bedenken: Ein imposanter Leichtbauerfolg, der auf Basis von Leichtmetallen, Kunststoffen und besonders auch ultrahochfesten Stählen möglich wurde.

Ein Erfolg allerdings, der auch Probleme bereitet: Die unterschiedlichen Materialien lassen sich häufig nicht mehr durch Schweißen verbinden, alternative Techniken wie das Nieten gewinnen wieder an Bedeutung. So weist etwa das Chassis eines Audi TT inzwischen 1600 Nietverbindungen auf. Aber: Nieten gilt nur bis zu einer bestimmten Festigkeit des Stahls als prozesssicher. "Die eingeschränkte Verformbarkeit der zu verbindenden Werkstoffe kann zu einer Rissbildung in der Fügezone führen", sagt Friedrich. Die Forscher des Kompetenzzentrums Verkehr – Mobilität – Automotive der TH Mittelhessen arbeiten deshalb in einem gemeinsamen Forschungsprozess mit der Adam Opel AG, Stanley Engineered Fastening – Tucker, Linde + Wiemann, Ruhl & Co und der Holzapfel daran, das Halbhohlstanznieten für moderne Werkstoffe so weiterentwickeln, dass Rissbildungen möglichst unterbleiben.

White Etching Cracks

Die Bruchmechanik behandelt das Problem der Rissbildung wissenschaftlich. Dabei sollen, so die Autoren von "Mechanisches Verhalten der Werkstoffe", insbesondere Aussagen darüber gewonnen werden, wie und bei welcher Belastung Rissausbreitung stattfindet, um zu einer sicheren Bauteilauslegung nach dem Stand der Technik zu gelangen (Seite 129). Hinzu kommt die Ursachenforschung. Weiß anätzende Risse (englisch: White Etching Cracks) sind beispielsweise ein noch weitgehend unverstandener Schadensmechanismus, der zu einem bisher nicht vorhersagbaren Zeitpunkt an mechanischen Kontaktpunkten auftritt. Bemerkenswert häufig sind Lager von Windkraftanlagen von Rissschäden betroffen, und deren Getriebe müssen dann mit großem Aufwand ausgewechselt werden.

Kombination zweier Charakterisierungsmethoden verspricht Aufklärung

Die bisherigen Erklärungsversuche für die Entstehung der Risse sind vielfältig: Versprödung durch Wasserstoff, Korrosionsermüdung oder das Zusammenwachsen von Hohlräumen im Stahl werden als mögliche Ursachen der Rissbildung genannt. Wissenschaftlich belegt sind all diese Hypothesen jedoch nicht. Der Bildungsprozess von Rissen erfolgt auf sehr kleinen Längenskalen, sodass sie bisher selbst mit den modernsten Mikroskopen nicht untersucht werden konnten. 

Empfehlung der Redaktion

2016 | Buch

Methode zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von reibdauerbeanspruchten Systemen

Der Autor analysiert Reibdauerermüdung als kombiniertes tribo-mechanisches Schädigungsphänomen und entwickelt darauf basierend einen Ansatz zur Festigkeitsbewertung von reibdauerbeanspruchten Systemen. Dabei erweitert er den FKM-Nachweis und nutzt …


Michael Herbig, Projektgruppenleiter in der Abteilung "Mikrostrukturphysik und Legierungsdesign" am Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), hat nun eine Methode entwickelt, die der Schlüssel zum Verständnis dieses Schadensmechanismus sein könnte. Ihm gelang die Kombination zweier hochmoderner Charakterisierungsmethoden (Transmissionselektronenmikroskopie und Atomsondentomographie), die die Messung einzelner Atome inklusive der Elementart und deren dreidimensionaler Anordnung ermöglicht. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert nun die Anwendung dieser Kombimethode zur Untersuchung der weiß anätzenden Risse – am Beispiel von Lagern in Windkraftanlagen. 


Untersuchung von weiß anätzenden Rissen, illustriert am Beispiel von Bahnschienen. Um den zugrunde liegenden Mechanismus dieser Risse zu verstehen, muss das Phänomen auf allen Längenskalen gemessen werden, von der Bauteilgröße bis hinab zur atomaren Skala. ©Michael Herbig/Ankit Kumar/MPIE

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

Das könnte Sie auch interessieren

Premium Partner

WerLiefertWasin-adhesivesMKVS

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Zur B2B-Firmensuche

Whitepaper

- ANZEIGE -

Aus der Praxis: Wie der Maschinenbau von IoT profitiert

 Sie suchen zündende Ideen, wie Ihr Unternehmen vom Internet of Things profitiert? Lassen Sie sich inspirieren: Ihr eBook mit vielen Erfolgsprojekten steht zum Download bereit. Holen Sie sich über 60 Seiten Information und Inspiration für ihr IoT-Projekt.
Die Themenkomplexe Big Data, Internet of Things und Industrie 4.0 werden verständlich erklärt. Beispiele aus dem Maschinen- und Anlagenbau zeigen, was Unternehmen heute schon umsetzen und wo die Reise hingeht. Zusätzlich gibt das eBook handfeste Empfehlungen zu IT-Architekturen und widmet sich ausführlich dem Thema Cloud-Computing. Jetzt gratis downloaden!