Im Bereich der mechanischen Behandlungsverfahren, die auf die Reduzierung von Spannungszuständen in einem Werkstoff durch zyklische mechanische Belastungen abzielen, findet sich das Verfahren Vibration Stress Relief (häufiger als „VSR-Verfahren“ oder „Vibrationsentspannungsbehandlung“ bezeichnet).
Durch mechanische Schwingungen, die von einer motorisch angetriebenen Exzentermasse erzeugt werden, wird im Bauteil ein Schwingungszustand hervorgerufen. Diese Schwingungen überlagern sich mit dem bereits vorhandenen Eigenspannungszustand des Bauteils und verursachen Verformungen, die zum Überschreiten der plastischen Verformungsgrenze führen. Dadurch stellt sich im Bauteil ein neuer, spannungsfreier Gleichgewichtszustand ein.
Die Vibrationsentspannung ist eine kostengünstige Alternative zu thermischen Behandlungen (beispielsweise dem Glühen im Ofen)
Mit dem Vibration Stress Relief (VSR)-Verfahren lassen sich Ergebnisse erzielen, die mit denen thermischer Behandlungen vergleichbar sind. Allerdings unterscheidet es sich von diesen durch einige grundlegende Vorteile:
- Es verhindert die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und das Kornwachstum, die typische Folgen thermischer Behandlungen sind
- Ein Transport des zu entspannenden Bauteils ist nicht erforderlich: Die Geräte zur Durchführung von Vibrationsentspannungsbehandlungen sind so kompakt, dass die Bauteile direkt vor Ort behandelt werden können
- Sehr kurze Behandlungszeiten (eine Behandlungsdauer von mehr als 2 Stunden pro Bauteil ist selten erforderlich)
- Die Oberflächen des Bauteils werden nicht durch Ablagerungen verunreinigt
- Die metallurgischen Eigenschaften des Werkstoffs werden nicht verändert
- Die Wirkung der Behandlung kann auf kritische Bereiche des Bauteils konzentriert werden: Die stark anisotrope Wirkung ist eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der Vibrationsentspannung gegenüber thermischen Behandlungen, die hingegen eine gleichmäßigere Wirkung aufweisen.
- Die Möglichkeit, auf spezielle Anlagen und Einrichtungen zu verzichten (beispielsweise auf Glühöfen)
Grundprinzip der Vibrationsentspannungsbehandlung
Im industriellen Bereich erzeugt eine an einem Bauteil angebrachte Exzentermasse einen Schwingungszustand im Bauteil, der von folgenden Faktoren abhängt:
- Geometrische Eigenschaften des Bauteils
- Positionierung der Exzentermasse
- Schwingungsfrequenzen
- Der Exzentermasse zugeführte kinetische Energie
- Dem Bauteil auferlegte Einspann- und Lagerungsbedingungen
Die fachgerechte Durchführung einer Vibrationsentspannungsbehandlung erfordert das Wissen darüber, wie die Exzentermasse (Anregungsquelle) positioniert werden muss, wie die richtigen Schwingungsfrequenzen ermittelt werden und wie die Betriebsparameter korrekt einzustellen sind, damit die vom Vibrationsmotor abgegebene Energie möglichst vollständig dorthin geleitet wird, wo sie tatsächlich benötigt wird.
Funktioniert die Vibrationsentspannung? Ja!
Die Ergebnisse einer fachgerecht durchgeführten Vibrationsentspannungsbehandlung sind mit denen vergleichbar, die durch thermische Behandlungen erzielt werden können. Es ist möglich, eine nahezu vollständige Beseitigung der Eigenspannungen zu erreichen. Dies bietet einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Verlängerung der Ermüdungslebensdauer des Bauteils: Es wurde häufig festgestellt, dass Bauteile, die einer Vibrationsentspannungsbehandlung unterzogen wurden, eine doppelt so lange Lebensdauer aufwiesen wie vergleichbare unbehandelte Bauteile.