Wärmespannungen und thermische Eigenspannungen

Zusammenfassung

Wärmespannungen entstehen in Bauteilen immer dann, wenn bei Temperaturänderungen die freie thermische Ausdehnung behindert wird. Ist beispielsweise wie in Abb. 34.1 bei der Temperatur T₀ ein Bolzen mit dem Ausdehnungskoeffizienten α₁ starr mit den Platten eines Joches mit dem Ausdehnungskoeffizienten α₂ verbunden und wird das ganze System auf die größere Temperatur T₁ gebracht, so treten Druckkräfte im Bolzen und Zugkräfte im Joch auf, wenn α₁ > α₂ ist. Wird die Temperatur wieder auf T₀ abgesenkt, so verschwinden diese Kräfte, und Joch mit Bolzen sind spannungsfrei. Wird dagegen das System auf eine so große Temperatur T₂ erhitzt, daß die im Bolzen auftretenden Druckkräfte zu einer plastischen Kompression des Bolzens führen, so ist nach Absenkung der Temperatur auf T₀ das betrachtete Objekt nicht mehr spannungsfrei. Im Bolzen treten Zugkräfte und im Joch Druckkräfte auf, weil wegen der plastischen Kompression bei größeren Temperaturen der Bolzen nur dann noch bei Raumtemperatur in das Joch paßt, wenn er elastisch gezogen wird. Das ist ein einfaches Beispiel dafür, wie als Folge der von Wärmespannungen in einem Bauteil hervorgerufenen plastischen Deformationen nach Abkühlung Eigenspannungen zurückbleiben. Man spricht von thermisch erzeugten, kurz thermischen Eigenspannungen. Im Gegensatz zu thermischen Eigenspannungen verschwinden Wärmespannungen bei Beseitigung der Temperaturen, die sie erzeugen.