Was sind Restspannungen?

Restspannungen sind Spannungen im Material, die während der Verarbeitungsphase eingeführt werden, aber nach der Fertigstellung des Produkts bestehen bleiben, anstatt sich aufzulösen, sobald die Spannungsquelle beseitigt ist. Man könnte sich Eigenspannungen als Spannungen vorstellen, die in gefertigten Bauteilen zurückbleiben. Manchmal werden diese Spannungen absichtlich eingeführt, um Teile unter Spannung zu halten, um die Lebensdauer des Verschleißes zu verlängern und andere Merkmale bereitzustellen. In anderen Fällen werden Restspannungen versehentlich eingeführt und sind nicht wünschenswert.

Bei der Verarbeitung von Materialien wie Metallen und Kunststoffen entsteht häufig Wärme, die zur Entstehung von Eigenspannungen beitragen kann. Beispielsweise ist die Restschweißspannung bei einigen Metallkomponenten ein Problem. Ebenso können mit Kunststoffen Spannungen erzeugt werden, die erwärmt und spritzgegossen werden. Andere Prozesse wie das Walzen können ähnliche Spannungen in den Materialien erzeugen, mit denen sie geformt oder auf andere Weise bearbeitet werden.

Wenn eine Restspannung nicht erwünscht ist und sorgfältig kontrolliert wird, kann dies zu einem Problem werden. Komponenten können aufgrund einer nicht kontrollierten Restspannung ausfallen. Beispielsweise kann ein Bolzen ohne Druck auseinandergehen. Restspannungen werden manchmal für Zwischenfälle wie Brückenausfälle verantwortlich gemacht, wenn keine anderen Ursachen ermittelt werden können. Diese Spannungen sind schwer zu messen, insbesondere nachdem ein Bauteilversagen ein Teil beschädigt hat, was das Studium erschwert und es schwierig macht, die Ursache für Risse und andere Probleme zu erkennen.

In anderen Fällen sind tatsächlich Restspannungen erwünscht. Ein klassisches Beispiel ist die Belastung, die mit dem Einschlagen eines Nagels verbunden ist. Wenn ein Nagel in Holz gehämmert wird, halten die Restspannungen, die während des Prozesses entstehen, den Nagel fest, anstatt ihn herausspringen zu lassen. Ebenso werden Schaufeln und andere Metallkomponenten häufig mit Eigenspannungen hergestellt, um Rissbildung und Ermüdung zu begrenzen. In diesen Fällen werden sorgfältige Kalibrierungen durchgeführt, um das gewünschte Spannungsniveau zu bestimmen und es während der Produktion zu kontrollieren, so dass Komponenten mit den angegebenen Eigenschaften hergestellt werden.

Es stehen Geräte zur Verfügung, mit denen Restspannungsmessungen durchgeführt werden können. Das Messen solcher Belastungen ist schwierig, da die meisten Geräte für die Messung von Dauerbelastungen ausgelegt sind, z. B. Spannungen, die durch die Verwendung eines Werkzeugs erzeugt werden. Spannungen, die im Wesentlichen in einem Bauteil verankert sind, sind schwieriger zu messen. Unternehmen, die Geräte herstellen, die zur Messung der Eigenspannung verwendet werden können, bieten möglicherweise auch Materialprüfungsdienste an, mit denen Unternehmen Bauteile zur Prüfung versenden können, anstatt ihre eigenen Prüfungen durchzuführen.