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Institut für Struktur- und Funktionskeramik

Kerbkugelversuch

Der Kerbkugelversuch dient der Bestimmung der Festigkeit von Kugeln aus spröden Werkstoffen.
Er wurde bisher vor allem zur Messung der Festigkeit von Kugellagerkugel aus Siliziumnitrid verwendet. In eine Äquatorebene der Kugel wird eine lange Kerbe eingebracht. Dann wird die Kugel an den Polen senkrecht zur Äquatorebene bis zum Versagen belastet. Im Steg gegenüber der Kerbe kommt es dadurch zu einer Biegebeanspruchung, welche zur Ermittlung der Festigkeit herangezogen wird. Die maximale Zugspannung tritt an der Oberfläche des Steges (gegenüber der Kerbe) auf. Sie kann aus der Kraft und aus der Geometrie von Kugel und Kerbe ermittelt werden. Eine Reihenentwicklung für den Bereich typischer Steggeometrien findet man auf unserer Homepage www.isfk.at.

Beim Kerbkugelversuch wird die Originaloberfläche der Kugel, welche auch beim Einsatz im Kugellager den stärksten Beanspruchungen ausgesetzt ist, am höchsten belastet. Er eignet sich somit zur Burteilung der Qualität der Bauteile (der Oberflächenbearbeitung), und kann auch zur Charakterisierung der Zeitfestigkeit (von Schäden, die im Einsatz entstanden sind, herangezogen werden).

Verglichen mit der herkömmlichen Biegeprüfung nach ISO 843-1 ist der Kerbkugelversuch relativ fehlertolerant. Die Genauigkeit der Festigkeitsmessung wird vor allem von der Genauigkeit der Messung der Stegbreite beeinflußt. Dies ist mit Hilfe eine Mikrometerschraube, welche mit Hilfswerkzeugen (Schablonen) versehen ist auf etwa ± 5 µm möglich. Für Stege mit einer Breite von etwa 500 µm ergibt dies eine Meßunsicherheit von etwa ± 1 %. Dies schlägt sich bei der Ermittlung der Festigkeit mit einer Unsicherheit von etwa ± 3 % nieder. Somit eignet sich der Kerbkugelversuch auch zur Prüfung relativ kleiner Kugeln. So beträgt eine typische Stegbreite bei einer Kugel mit 2 mm Durchmesser etwa 500 µm. Eine Festigkeitsmessung mit einer Genauigkeit von etwa ± 5 % ist möglich. Bei größeren Kugeln kann die Geometrie der Kerbe natürlich präziser bestimmt werden und es sinken damit die Meßunsicherheiten beim Kerbkugelversuch.

Bei eigenen Messungen wurden bisher Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 5 mm bis zu einem Durchmesser von etwa 50 mm geprüft. Dabei konnte (für Kugeln einer Qualität) die Unabhängigkeit der Festigkeit von der Kerbgeometrie nachgewiesen werden. Weiters zeigte sich ein sehr großer Einfluß der Oberflächenqualität der Kugeln auf die Festigkeit.

LINK:

Interactive Applet NBT strength test (Java required)

Interactive Applet NBT-KIc (Java required)