Zeitschwingversuch

Der Zeitschwingversuch ist ein Prüfverfahren, mit dem das Verhalten eines Werkstoffs unter schwingender bzw. zyklischer Belastung untersucht wird. Während statische Kurz- und Langzeitkennwerte (z. B. Zugfestigkeit, Kriechverhalten) nur die Belastung „aus einem Zug“ abbilden, zeigt der Zeitschwingversuch, wie viele Lastwechsel ein Kunststoff oder Elastomer aushält, bevor es zu Rissbildung oder Bruch kommt.

Ziel des Zeitschwingversuchs

Bei vielen Bauteilen – etwa Clips, Schnappverbindungen, Lagerelementen oder Dichtungen in pulsierenden Systemen – wirkt die Belastung nicht konstant, sondern wechselnd. Der Zeitschwingversuch klärt:

• wie der Werkstoff auf periodische Zug-, Druck- oder Biegebelastung reagiert,
• bei welchen Spannungsniveaus es zu Ermüdung kommt,
• nach wie vielen Lastwechseln (Schwingungsspielen) Risse entstehen oder ein Bruch eintritt.

Das Ergebnis wird häufig als Wöhlerkurve (Spannung – Lastspielzahl) dargestellt und erlaubt eine ermüdungsgerechte Auslegung des Bauteils.

Versuchsablauf

Im Zeitschwingversuch wird eine genormte Probe oder ein bauteilnaher Prüfkörper:

• mit einer definierten Wechselspannung (z. B. symmetrische Zug-Druck-Schwingung, reine Zugschwingung) belastet,
• bei einer festgelegten Frequenz (z. B. einige Hz bis in den höheren Hz-Bereich) zyklisch beansprucht,
• solange geprüft, bis entweder ein Bruch auftritt oder eine vordefinierte Lastspielzahl erreicht ist.

Aus einer Serie von Versuchen bei unterschiedlichen Spannungsniveaus ergibt sich ein Bild der Ermüdungsfestigkeit des Werkstoffs.

Bedeutung für Kunststoffe und Elastomere

Gerade bei Kunststoffen und Elastomeren reichen statische Kennwerte oft nicht aus, weil:

• Zeit- und Temperaturabhängigkeit (Viscoelastizität) das Verhalten stark beeinflussen,
• sich unter zyklischer Beanspruchung Mikrorisse und Ermüdungsschäden schleichend aufbauen,
• Bauteile in der Praxis häufig Millionen von Lastwechseln erleben (z. B. Pumpen, Ventile, Schwingungselemente).

Der Zeitschwingversuch liefert daher wichtige Daten für:

• Dichtungen und O-Ringe in pulsierenden Hydraulik- oder Pneumatiksystemen,
• Profile und Formteile, die schwingend oder wechselnd belastet werden (z. B. Lager-, Puffer- oder Federlemente),
• technische Kunststoffkomponenten mit Schnapp- oder Biegebereichen, die häufig betätigt werden.

So hilft der Zeitschwingversuch, Werkstoffwahl, Geometrie und Sicherheitsfaktoren so abzustimmen, dass Bauteile dauerfest arbeiten und nicht vorzeitig durch Ermüdung versagen.