Radius in der Werkstoff- und Bauteilbewertung

Der Begriff Radius bezeichnet in der Werkstofftechnik überwiegend eine charakteristische Längenkenngröße, die Krümmung, Geometrie und lokale Spannungszustände in und an Bauteilen beschreibt. Mathematisch ist der Radius der Abstand zwischen einem Zentrum und einem Punkt einer Kreis- oder Kugelkontur; in technischen Anwendungen werden insbesondere Krümmungsradien von Kanten, Kerben und Übergangsbereichen betrachtet.

Krümmungsradien sind für die Ermüdungs- und Bruchmechanik von zentraler Bedeutung. Kleine Radien an Schultern, Kerben oder Bohrungsein- und -ausläufen führen zu hohen lokalen Spannungsüberhöhungen, die mittels Kerbformzahl oder Kerbwirkungszahl quantifiziert werden. Eine Vergrößerung des Radius reduziert diese Spannungsüberhöhungen und verbessert die Dauerfestigkeit, ohne die globale Bauteilgeometrie wesentlich zu verändern.

In der Werkstoffprüfung spielt der Radius z. B. bei Biegeproben und Umformversuchen (z. B. Biegeversuch, Erichsen-Versuch) eine Rolle, da der Biegeradius die Dehnungsverteilung und damit das Versagensverhalten bestimmt. Oberflächenradien bei Druckkontakten (Hertzsche Pressung) beeinflussen Kontaktspannungen und Wälzermüdung.

Auf mikroskopischer Skala werden Radien von Poren, Einschlüssen und Rissen zur Beschreibung kritischer Fehlergrößen herangezogen. In der Bruchmechanik gehen effektive Rissradien in die Beschreibung der Spannungsintensität und in numerische Modelle (z. B. Finite-Elemente-Simulation) ein. Die präzise Definition und Kontrolle relevanter Radien ist damit eine Schlüsselgröße für die zuverlässige Auslegung, Fertigung und Bewertung von Werkstoffen und Bauteilen.

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