Schwindung

Schwindungsrisse in Holz

Schwindung ist die Volumenverringerung eines Materials oder Werkstückes, ohne dass Material entfernt oder Druck ausgeübt wird. In manchen Zusammenhängen spricht man auch von Kontraktion. Schwindung erfolgt durch Trocknung, Abkühlung oder chemische bzw. physikalische Umbauprozesse im Material. Ebenso wie Schwindung durch Abkühlung ist die Schwindung durch Trocknung oft reversibel (umkehrbar), das Material kann also auch wieder quellen.
Wenn sich ein dreidimensionaler Hohlkörper wie ein Luftballon, ein Fahrradschlauch oder auch ein Schrumpfschlauch verkleinert, ohne dass sich dabei das Volumen des Rohmaterials verringert, wird dies demgegenüber als Schrumpfung bezeichnet. Beide Vorgänge führen zum mechanischen Verzug eines Werkstücks.

Eine Kenngröße für die Schwindung ist das Schwindmaß bei Holz sowie beim Metallguss.

Je nach Materialstruktur kann Schwindung auch anisotrop, also in verschiedenen Richtungen unterschiedlich groß sein (z. B. Holz während der Trocknung).

Ist die Schwindung inhomogen, also ungleichmäßig an verschiedenen Stellen (z. B. bei Kühlung oder Trocknung von außen nach innen), so entstehen Eigenspannungen im Material. Hierdurch können folgende Effekte hervorgerufen werden:

  • Bei nur geringfügig inhomogener Schwindung (keine zu schnelle Abkühlung oder Trocknung) können die Eigenspannungen unkritisch sein und im Falle von isotroper Schwindung im vollständig ausgekühlten oder getrockneten Werkstück auch wieder verschwinden (temporäre Spannungen).
  • Wenn die auftretenden Zugspannungen die Zugfestigkeit des Materials übersteigen, so werden diese durch Bildung von Schwindrissen abgebaut, typisch etwa beim Schwinden von Beton. Schwundrisse in Holz sowie in tonigen Böden bezeichnet man auch als Trockenrisse, siehe Trockenriss (Holz) und Trockenriss (Sediment).
  • Bei duktilem Material, insbesondere Metall, können Eigenspannungen oberhalb der Streckgrenze ohne Rissbildung abgebaut werden, dies führt jedoch zu latenten Spannungen nach Beendigung des Schwindens und oft zum Verzug des Werkstücks.
  • Bei vielen Materialien hängt das Schwindmaß von der Geschwindigkeit der Abkühlung aus dem flüssigen Zustand ab. Bei zu schneller Erstarrung von flüssigem Metall etwa können sich die Atome nicht zu einem Kristallgitter anordnen, wodurch das Material weniger schwindet. Im Inneren des Materials verläuft die Abkühlung hingegen langsamer, so dass Kristallisation und Schwindung dort in gewöhnlichem Maß stattfinden können. Daraus ergeben sich Zugspannungen im Inneren des Materials und Druckspannungen an der Oberfläche. Dieser Effekt wird auch zur Herstellung von Einscheiben-Sicherheitsglas genutzt, das temperatur-, schlag- und stoßfester ist als gewöhnliches Glas.

Schwindung

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