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Eigenspannung
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Eigenspannungen sind mechanische Spannungen, die in einem Körper herrschen, an dem keine äußeren Kräfte angreifen und der sich im thermischen Gleichgewicht befindet. Sie können durch plastische Verformungen innerhalb eines Objektes verursacht werden. Mit den Eigenspannungen eng verbunden sind auch Verformungen (z.B. Verzug beim Schweißen).
Inhaltsverzeichnis |
Einteilung der Eigenspannungen
- Eigenspannungen 1. Art (makroskopisch)
- Eigenspannungen 2. Art (über mehrere Kristalle wirkend)
- Eigenspannungen 3. Art (innerhalb eines Kristalls)
Ursachen von Eigenspannungen
Die Ursachen von Eigenspannungen können sehr vielfältig sein (Beispiele):
- thermische Eigenspannungen entstehen dadurch, dass der Rand und der Kern eines großen Werkstücks sich unterschiedlich schnell abkühlen (z.B. bei Gusswerkstücken). Durch die schnelle Abkühlung und Schrumpfung kann es in den Randbereichen zu plastischer Verformung kommen (Eigenspannung 1. Art).
- durch Phasenumwandlungen oder Bildung von Ausscheidungen kann es zu lokalen Gefügeverspannungen kommen (Eigenspannung 2. Art).
- Versetzungen sind von einem Spannungsfeld umgeben (Eigenspannung 3. Art).
Messung von Eigenspannungen
Die Messung von Eigenspannungen kann zerstörungsfrei oder zerstörend erfolgen. Bei der zerstörenden Messung (Sägeschnittverfahren, Bohrlochmethode, Ringkernmethode) wird die elastische Rückfederung aufgrund des gestörten Gleichgewichts erfasst und ausgewertet. Bei der zerstörungsfreien Methode (z. B. Röntgenografische Eigenspannungsmessung) wird die Verspannung des Metallgitters infolge der herrschenden Spannung ermittelt. Dieses Verfahren ist zunächst nur auf sehr oberflächennahe Bereiche begrenzt, bei Stahl liegt die Informationstiefe im Bereich einiger Mikrometer. Durch verformungsfreies Abtragen dünner Schichten und geeignetes Rückrechnen der dabei ausgelösten Spannungen können jedoch auch Eigenspannungs-Tiefenverläufe ermittelt werden.
Energiereichere Verfahren (Eigenspannungsmessung mittels Neutronen) erlauben größere Eindringtiefen.
Auswirkungen von Eigenspannungen
Vor allem die Zugeigenspannungen an der Oberfläche wirken sich negativ auf die Dauerfestigkeit eines Bauteils aus. Im Gegensatz dazu werden Oberflächen oft kugelgestrahlt, um Druckeigenspannungen zu induzieren, die sich günstig auf die Lebensdauer auswirken.
