Resonanzprüfung

Anwendungsfälle

Die experimentelle Ermittlung einer Schwingfestigkeit kann z. B. sinnvoll sein, wenn:

ein fehlender Kennwert für ein Berechnungsmodell benötigt wird
der Nachweis einer Mindestfestigkeit vom Kunden gefordert wird
die Ursache eines Schadensfalles geklärt werden soll
die Schwingfestigkeit eines Produktes je Charge dokumentiert werden soll

Um den Aufwand einer chargenbegleitenden Prüfung geringzuhalten, bietet sich die Ermittlung der reinen Biegewechselfestigkeit an. Für die Umrechnung des Kennwertes hin zu anderen Belastungsarten und -bereichen gibt es Berechnungsmodelle, welche chargenunabhängig sind. Wenn diese Umrechnung linear ist, genügt der relative Vergleich der chargenabhängig ermittelten Biegewechselfestigkeiten. Ist die Umrechnung nicht linear, kann sie im Anschluss an den Versuch durchgeführt und der gefundene Kennwert dann verglichen werden.

Prinzip der Resonanzprüfung

In Resonanz auf eine periodische Anregungskraft schwingt eine Struktur mit der größtmöglichen Amplitude. Nach diesem Prinzip lassen sich günstige Vorrichtungen für Dauerschwingversuche an leichten bis schweren Werkstoff- und Bauteilproben für Prüffrequenzen von wenigen Hz bis hin zu 1 kHz bauen.

Resonanzschwingungen haben eindeutige Schwingungsformen mit festen Knotenpunkten. Deshalb belasten diese Vorrichtungen den Prüfling ebenso eindeutig und sind bei einer Lagerung in den Knotenpunkten von der Umgebung schwingungsfrei entkoppelt.

Es stehen Vorrichtungen zur Prüfung unter wechselnder oder schwellender Zug- oder Biegebelastung zur Verfügung, welche sich auf eines der beiden Patente DE10204258 oder DE102019001241 stützen. Zur Prüfung unter rein wechselnder Biegebelastung wird die erste Biegeeigenschwingung der „schwebenden“ Probe als Biegebalken (Wechselbiegung im Schwebezustand) benutzt. Über die Enden der Probe wird der Balken vorzugsweise monolithisch oder in Form von angefügten Teilen so weit verlängert, dass sich die gewünschte Prüffrequenz einstellt.

Nach dem Prinzip des ersten Patents lässt sich ebenfalls die Torsion prüfen.

Resonanzprüfvorrichtungen im Einsatz

Eine Vorrichtung wurde speziell für die Prüfung nach EN 6072 an Aluminiumflachproben vom Typ Tmini bei 110 Hz entwickelt. Diese lässt sich auch für andere Werkstoffe und unter Verwendung von Adaptern für andere Probenformen mit vergleichbaren Querschnitten verwenden.

Eine weitere Vorrichtung wurde speziell für die Prüfung nach DIN 969 bzw. DIN ISO 3800 von Schraube-Mutter-Verbindungen bis M14 bei ca. 250 Hz gebaut. Die Vorrichtung lässt sich für andere Probenformen vergleichbarer Querschnitte oder wechselnde anstelle von schwellender Zugbelastung nutzen.

Eine Vorrichtung für die wechselnde oder schwellende Biegebelastung bei 80 Hz bis 100 Hz eignet sich für Flachproben bis 5 mm Wandstärke.

Der Versuchsaufbau für die reine Biegewechselbelastung kann für Flach- oder Rundproben erfolgen, bis zu einer Größe, welche sich noch von Hand heben lassen. Die Mess- und Regeltechnik sowie Wechselstrommagnete verschiedener Leistungen können für diesen Einsatz verwendet werden. Die Struktur, welche zur Prüfung der Probe benötigt wird, ist einfach zu fertigen, sodass diese im Regelfall bis zur Bereitstellung der Proben ebenfalls zur Verfügung steht.

Bei allen genannten Vorrichtungen wird das Belastungssignal des Maschinensensors (DMS-Vollbrücke oder Beschleunigungsaufnehmer) für jeden Probentyp mit dem Beanspruchungssignal einer Kalibrierprobe abgeglichen. Die Einstellung der Kalibrierprobe wird dokumentiert. Jeder Versuch wird bis zum Erreichen der gewählten Grenzlastspielzahl oder eines Anrisses durchgeführt, wobei der Anriss durch einen Abfall der Prüffrequenz erkennbar ist.

Vorrichtungen für Torsion oder Umlaufbiegung lassen sich nach den vorgestellten Prinzipien ebenfalls auslegen. Bei diesen Versuchen ist für den Bau größerer Vorrichtungen oder solcher für andere Versuchsparameter eine entsprechende Vorlaufzeit einzuplanen.

Fachliteratur: Hochfrequente Ermüdungstests an Schweißverbindungen mit einem neu entwickelten Magnetresonanzprüfrahmen

Leistungen

Beratung bei der Aufstellung des Versuchsprogramms
Durchführung der Versuche und Versuchsauswertung (im Unterauftrag)
- Ermüdung
- Ermittlung von Wöhlerlinien
- Ermittlung der Dauerfestigkeit
Bewertung der Versuchsergebnisse
Berücksichtigung der Versuchsergebnisse bei der Strukturanalyse