(Elektro-)chemische Tauchverfahren erhöhen die Dauerfestigkeit dynamisch belasteter Teile Risskeime ohne Chance – KEM
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Risskeime ohne Chance

(Elektro-)chemische Tauchverfahren erhöhen die Dauerfestigkeit dynamisch belasteter Teile
Risskeime ohne Chance

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Dauerbrüche, auch Ermüdungsbrüche genannt, sind häufig Ursache für das Versagen von dynamisch belasteten Werkstücken. Die verursachten Schäden stehen meist in keinem Verhältnis zum Wert der betroffenen Teile. Ein Bearbeiten mit Poligrat-Verfahren steigert aber vielfach die Dauerfestigkeit dieser metallischen Werkstücke um ein Mehrfaches, ohne dabei die Konstruktion oder Dimensionen zu ändern.

Exklusiv in KEM Der Autor Siegfried Pießlinger-Schweiger ist Geschäftsführer der Poligrat GmbH, München

Ermüdungsbrüche nehmen ihren Ausgang meist unscheinbar an sogenannten Risskeimen. Dies sind Strukturen oder Fehlstellen, an denen sich Zugspannungen lokal konzentrieren und kurzzeitig die Festigkeit des Werkstoffs überschreiten können. Wenn sich das Material nicht ausreichend plastisch verformt, führt dies zu Materialtrennungen und Rissbildung. Man unterscheidet zwischen inneren Risskeimen innerhalb des Werkstoffgefüges wie Lunker oder Seigerungen und äußeren Risskeimen im Bereich der Oberflächen. Letzteren kommt mit einem Anteil von deutlich über 80 % der Schadensfälle die wesentliche Bedeutung zu.
Äußere Risskeime sind zwei Gruppen zuzuordnen:
  • Risskeime als Folge der Feingestalt: Dies sind im Wesentlichen Grate und Einrisse an Kanten, scharfkantige Strukturen des Oberflächenprofils oder ausgeprägte, vertiefte Korngrenzen. Kerbwirkung am Grund dieser Strukturen führt zu lokaler Konzentration von Zugspannungen mit der Gefahr, dass dort ein Anriss mit nachfolgendem Dauerbruch entsteht.
  • Risskeime innerhalb von oberflächennahen, geschädigten Werkstoffschichten von ei nigen Mikrometern Dicke: Sie entstehen als Folge mechanischer, thermischer oder chemischer Einflüsse aus der Bearbeitung. Diese Werkstoffschichten, auch Beilby-Schichten genannt, unterscheiden sich hinsichtlich Struktur, Zusammensetzung und Eigenspannungen deutlich vom ungestörten Grundwerkstoff. Sie enthalten lokale Zug- und Druckspannungen, eingebettete Fremdkörper und Oxide sowie Grobkornbildung oder Ausscheidungen an Korngrenzen, die als Auslöser für Dauerbrüche wirken können.
Geschädigte Schichten von der Oberfläche abtragen
Poligrat trägt belastungsfrei und kontrolliert mit chemisch oder elektrochemisch arbeitenden Tauchverfahren geschädigte Schichten von der Oberfläche der Werkstücke ab. Die darin enthaltenen Risskeime wie Fremdkörper, Zug- und Druckspannungen sowie kleine Anrisse und sonstige Defekte werden zuverlässig beseitigt. Oberflächen und Kanten werden entgratet und geglättet. Scharfkantige Strukturen im Mikrobereich werden geglättet und verrundet, so dass von ihnen keine Kerbwirkung mehr ausgeht. Größere Risse werden geöffnet, verrundet und für die Qualitätskontrolle zuverlässig erkennbar.
In der Technik ist es üblich, die Dauerfestigkeit dynamisch belasteter Bauteile zu erhöhen, indem Druckspannungen in die Oberflächen eingebracht und die Zugspannungen in tiefer liegende Werkstoffschichten verlagert werden. Meist geschieht dies durch mechanische, nicht abtragende Verfahren wie Trommeln sowie Strahlen. In all diesen Fällen werden vorhandene Defekte wie Anrisse sowie Zug- und Druckspannungen nicht beseitigt, sondern durch die zusätzlich eingebrachten Druckspannungen überlagert. Welcher Zustand dann tatsächlich an der Oberfläche vorliegt und wie hoch im Ergebnis die dort vorliegenden Druckspannungen letztlich sind, ist nicht definiert.
Es ist bekannt, dass durch mechanische Bearbeitung, wie zum Beispiel Schleifen, lokale Zug- und Druckspannungen entstehen können, die sich zwar nach außen hin neutralisieren, lokal aber durchaus Werte erreichen können, die die Festigkeit des Werkstoffs überschreiten und zu den als Schleifrisse bekannten Anrissen führen. Nach der Bearbeitung mit Poligrat-Verfahren sind die Oberflächen frei von lokalen Zug- und Druckspannungen sowie sonstigen Defekten. Sie bieten optimale Voraussetzungen dafür, nachträglich gezielt und belastungsgerecht Druckspannungen durch Strahlen oder andere Verfahren einzubringen. Langjährige Erfahrungen haben bewiesen, dass dies der geeignete Weg ist, die optimale Dauerfestigkeit zu erzeugen.
Anwendungen so weit das Auge reicht
Poligrat-Verfahren werden seit vielen Jahren erfolgreich zur Verbesserung der Dauerfestigkeit dynamisch beanspruchter Teile eingesetzt. Ein wesentliches Anwendungsgebiet sind Federn und Federelemente aus unterschiedlichsten Werkstoffen und in jeder Form und Größe, beginnend mit Schwerlastfedern bis hin zu elektrischen Schaltelementen und haarfeinen Federn in optischen und feinmechanischen Geräten. Trotz des mit der Bearbeitung verbundenen Abtrags werden in der Praxis Erhöhungen der Lebensdauer um Faktoren von 4 bis 10 und in Extremfällen deutlich mehr erreicht.
In dynamisch belasteten Hydrauliksystemen konnte durch Bearbeitung der Innenflächen von Rohrleitungen eine Verdoppelung des Drucks bei unveränderter Wandstärke, ohne späteres Auftreten von Ermüdungsrissen realisiert werden.
Turbinenschaufeln werden ebenso elektropoliert wie Ventilplättchen, Ultraschallwerkzeuge oder chirurgische Implantate, um höchste Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Unabhängig von Gestalt und Größe des Werkstücks
Die Behandlung mit Poligrat-Verfahren erfolgt im gesamten Oberflächenbereich, weitgehend unabhängig von Gestalt und Größe der Werkstücke. Selbst komplex geformte, kleine und dünnwandige Bauteile werden zuverlässig bearbeitet. Ecken und Kanten werden durch verstärkten Abtrag geglättet und leicht verrundet.
Die Verfahren wirken unabhängig von Härte und Zähigkeit des Werkstoffs. Die Temperatur bei der Behandlung liegt zwischen Raumtemperatur und maximal 80 °C, die Behandlungszeit im Bereich von Minuten.
Schüttfähige Kleinteile, die sich nicht ineinander stecken können werden kostengünstig in Trommeln bearbeitet. In anderen Fällen werden die Teile auf geeigneten Kontaktgestellen aufgenommen und so zur Behandlung ins Bad eingebracht. Bei stromlos, chemisch arbeitenden Verfahren genügt meist die Aufnahme in Körben. Drähte und Bänder werden in Durchzuganlagen bearbeitet, Rohre im Innenbereich in speziellen Rohrpolieranlagen.
Von wenigen Ausnahmen abgesehen stehen für alle technisch verwendeten Metalle und Legierungen geeignete Verfahren zur Verfügung. Diese werden in eigener Entwicklung ständig optimiert und erweitert, um den aktuellen Entwicklungen und wachsenden technischen Anforderungen zu genügen.
Die Verfahren sind industriell erprobt und sicher in der Anwendung. Poligrat liefert sowohl geeignete Anlagen und Chemikalien zum Einsatz beim Kunden, wie auch Lohnarbeit in eigenen spezialisierten Lohnbetrieben.
Poligrat;
Telefon: 089 42778-0;
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