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Stahl hat eine interessante Eigenschaft: Wenn man statisch anzieht, hat es eine hohe Zugfestigkeit. Was Stahl aber nicht mag, ist: belasten – entlasten – belasten und so weiter. Man nennt das Dauerschwellbelastung.

Bei Dauerschwellbelastung deutlich unter der Zugfestigkeit kann sich ein Haarriss bilden, der immer größer wird und schließlich reicht die Zugfestigkeit nicht mehr aus und es kommt zum Gewaltbruch.

Ein gebogenes Stahlblech (ca. 5 mm stark, Nirosta) wurde längs belastet: 10 kN Zug, dann auf 3 Kn reduziert usw. Man sieht den Haarriss im Knick.

Die Zugfestigkeit dieses kleinen Restes ist noch stark genug, um 13 kN zu halten. Bald darauf allerdings erfolgt der Bruch bei ca 11 kN.

Haarrisse sind schwer zu sehen und es gehört eine Portion Erfahrung dazu, die Stellen zu identifizieren. Dies sollte der Hersteller in die Inspektionsanleitung schreiben, aber spätestens bei der Erstinspektion müssen solche kritischen Stellen erkannt werden, und je nach Belastung die Inspektionsintervalle –  abhängig von der Nutzerzahl – festgelegt werden. Vor allem müssen die Stellen bekannt sein, die inspiziert werden müssen.

Dieses Bauteil weist zwei Knicke auf, die überprüft werden müssen. (Sichtprüfung). Zum Beispiel bei zu erwarteten 12 kN alle 5000 Teilnehmer. Dabei wird genau auf die Knicke geschaut.

Mythos von Haarrissen: 
„Mein Karabiner ist aus 10 Metern auf den Boden gefallen. Muss ich ihn wegwerfen, da sich Haarrisse gebildet haben können?“ Solche Fragen kommen regelmäßig alle 3 Monate in den diversen Streams vor. Die Antworten sind immer gleich: Ein Teil sagt: Wegwerfen, ein anderer: Das ist ein Mythos.
Ich sage: Mythos. Checken, ob er funktioniert, Sichtkontrolle, dann weiter verwenden. Haarrisse entstehen nicht durch einen einmaligen Stoß, sondern durch Dauerschwellbelastung. Also: Reden wir weiter, wenn er mehrere tausend Male auf die gleiche Stelle runtergefallen ist.

Der Unterschied zwischen Biegefestigkeit und Dauerfestigkeit: Die Biegefestigkeit ist eine Unterkategorie der Dauerfestigkeit. Hier ist die Belastungsrichtung seitlich, was aber einen ähnlichen Effekt hat: An der Außenseite der Biegung, wo wechselweise Beanspruchungen sind, entstehen Risse.

Man kennt das vom Stahldraht: Abreißen? Mit der Schere schneiden? Unmöglich. Aber durch Hin- und Herbiegen kann man ihn brechen. Das gleiche passiert bei einem Stahlseil, nur dass man anders als beim Blumendraht öfter als 20 Mal biegen muss: Zwischen 5.000 und 10.000 Mal Biegen braucht es hier, bis das Seil erheblich geschädigt ist. Ein Stahlseil kann durch die normale Nutzung brechen.

In einer Versuchsanordnung wurde ein Stahlseil mit 80 kg belastet und wieder entlastet. Dadurch wird das linke Seil in ca. 45 Grad gebogen, was ein realistischer Winkel ist.

Nach 10.000 Zyklen (was einer Nutzung durch 10.000 Teilnehmer entspricht), sieht man leichte Schäden: Ein Draht ist „lose“. Wenn man die Klemme öffnet, sieht man, dass einige Drähte gebrochen sind. Aber erst wenn man das Stahlseil knickt, sieht man den Schaden.

Das ist aber noch nicht das ganze Bild: Im Zugversuch zeigt sich, dass das Seil erheblich geschwächt ist: Obwohl nur 1/4 der Drähte gebrochen ist, hält das Seil mit 29 kN nur mehr die Hälfte der Bruchlast eines unversehrten Seils.

Typische Dauerknickstelle beim Expoglider, wo die Hülse links fixiert ist und das Stahlseil bei jeder Benützung an der Kante geknickt wird.

Gewinde(stangen) sind besonders anfällig auf Biegebelastung, da die Gewinde als Kerben wirken. Kerben erhöhen die Gefahr des Haarrisses. Wenn man eine Holzstange brechen möchte, geht das leichter, wenn man eine Kerbe macht. Ringmuttern erhalten ihre Festigkeit dadurch, dass sie mit hohem Anpressdruck auf der Wand aufsitzen. Bei Holz oder wie hier im Bild Putz ist das nicht möglich. Bei seitlicher Belastung wird die Gewindestange, die die Mutter hält, gebogen. Wenn die Belastung zu groß ist, entsteht ein Haarriss und schließlich der Bruch.

Dies ist das Bild eines typischen Ermüdungsbruches. Der obere Teil ist der Haarriss, der sich langsam ausgebreitet hat, bis die untere Fläche zu klein war, um die Belastung zu halten und es kam zum Scherbruch. Aus diesem Grund müssen Gewindestangen in Holz, die seitlich belastet werden, stark überdimensioniert werden.

Hier ist ein langer Hebel. Wenn diese Gewindestange nur statisch belastet wird, gibt es kein Problem. Wenn Schwingbelastungen auftreten (beim Belasten beobachten, ob die Stange gebogen wird), dann wäre ein Backup dringend angeraten. Der Haarriss könnte sich nämlich dort entwickeln, wo man ihn nicht sieht.