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Kerben - Die Ursache von Kerben & wie sie entstehen

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Was sind Kerben?

Die Entstehung von Kerben* kann auf unterschiedliche Ursachen zurückgeführt werden. Sie sind gewollte oder ungewollte Vertiefungen in einer Werkstoffoberfläche. Sie laufen häufig spitz in die Tiefe zu, sind linear und von beliebiger Länge. Aber auch (runde) Bohrungen können als Kerben betrachtet werden.

Häufig entstehen Kerben konstruktionsbedingt durch Nuten, Querschnittsänderungen oder Bohrungen. Aber auch durch Verschleiß und Abnutzung können Kerben entstehen. Die Art von Kerben sind aber meist nur wenige zehntel Millimeter tief und breit. Stark ausgeprägte Vertiefungen dieser Form werden "Rillen" oder "Riefen" genannt. Eine Kerbe entsteht durch einen Materialabtrag. Wird Material eingedrückt, spricht man von einer "Beule".

Kerben

Welche Ursache haben Kerben?

Wie Kerben* entstehen kann sehr unterschiedlich sein. Eine Kerbe kann zunächst einmal eine durchaus gewünschte Struktur einer Materialoberfläche sein. Sie werden häufig gezielt eingebracht, um Sollbruchstellen oder Einraststellen zu definieren. Auch für die Fixierung von Halteringen können Kerben verwendet werden. Nicht verwischbare Markierungen werden ebenfalls häufig mit Kerben realisiert.

Eine Kerbe ist aber in jedem Fall eine Schwächung des Bauteils. Da ein Bauteil - insbesondere nach einer Härtung - an seiner Oberfläche die größte Festigkeit besitzt, entsteht durch eine Kerbe eine Schwachstelle. Spannungsspitzen, die am Kerbgrund entstehen, können zum vorzeitigen Versagen eines Bauteils führen. Die Berechnung von Kerben bzw. der Kerbspannung ist in jedem Fall ein wichtiger Bestandteil einer Festigkeitsberechnung.

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Die Gefahr durch eine Kerbe besteht auch für beschichtete Oberflächen: Kerben auf lackierten oder verzinkten Oberflächen haben an dieser Stelle immer einen Verlust des Korrosionsschutzes zur Folge. Feuchtigkeit und Rost können am dem durch die Kerbe gebildeten Hotspot mit ihrem zerstörerischen Werk beginnen.

Als Ursache kommen für Kerben viele Möglichkeiten in Betracht: Mechanische Einflüsse wie Kratzer, Schleifspuren oder Schnitte; starke Temperaturwechsel, mechanische Schwingbelastungen oder aggressive Säuren oder Basen. Dabei gilt, dass je rauer eine Oberfläche ist, desto eher sie zu einer schleichenden Verkerbung neigt.

Gezielter Einsatz von Kerben

Es existieren Fälle, in denen Kerben gezielt eingebracht werden, um bestimmte Funktionen zu erfüllen. Beispiele hierfür sind Entlastungskerben, die Spannungen in einem Bauteil ableiten, Sollbruchstellen, das Anritzen von Glas oder Keramik oder auch Kerben in Verpackungen, die das Aufreisen/Öffnen erleichtern sollen (z.B. Getränkedosen, Flaschenverschluss, Versandtaschen usw.).

Zusammenfassung - Ursache von Kerben

  • natürliche Vorgänge - z. B. Rost
  • raue Oberflächen aus
  • Einschlüsse im Material - z. B. Lunker oder Graphit in Grauguss
  • Art des Fügeverfahrens - z. B. Nieten statt Kleben
  • Geometrie des Bauteils - z. B. ein Wellenabsatz, eine Änderung des Querschnitts, Nuten, Bohrungen
  • Schweißnahtübergänge, durch Ihre geometrische Form und den Zugspannungen aufgrund des Erkaltungsprozesses
  • Gezielte Anwendung (Sollbruchstelle etc.)

Vermeidung von Kerben

Die Entstehung von ungewollten Kerben kann durch zahlreiche Maßnahmen verhindert werden. Eine passende Oberflächenbehandlung ist der erste Schritt, um ein Material dauerhaft kerbfrei zu halten. Eine spiegelglatte Oberfläche schließt die wichtigste Ursache für Kerben aus. Neben dem Polieren kann auch die passende Beschichtung - beispielsweise Verchromen - die dauerhafte Glattheit der Oberfläche aufrecht erhalten. Passende Dimensionierung aller Bauteile verhindern ein aneinander schleifen von einzelnen Komponenten in einer Konstruktion. Mit Schutzmaßnahmen wie Gummipuffern oder Ummantelungen können weitere potentiell kerbende Prozesse verhindert werden.

Ansonsten gilt es die Kerbwirkung bereits bei der Konstruktion eines Bauteils zu beachten. Wenn eine Kerbwirkung* zum Beispiel durch die Kanten einer Nut entsteht, sollten diese verrundet werden. Wenn man die Ursache von Kerben bereits beim Entwurf des Bauteils beachtet, kann man vorbeugend einem möglichen Bauteilversagen entgegenwirken. Die ideale Lösung ist es, Kerben erst gar nicht entstehen zu lassen.

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