Band 53, Heft 7-8

Kurzfassung Fahrzeugbremsungen auf unebener Straße und insbesondere Schwingungsphänomene beim Überbremsen von Bodenwellen können extrem hohe Lasten in Längsrichtung verursachen. Die frühzeitige Kenntnis über die zu erwartenden Lasthöhen ist insbesondere während des Entwicklungsprozesses für eine sichere betriebsfeste Auslegung von maßgeblicher Bedeutung. Diesbezüglich werden die signifikanten Einflussgrößen auf die Lasten in Längsrichtung aufgrund von Schwingungsphänomenen in Längs- und Vertikalrichtung beim Überbremsen von Bodenwellen aufgezeigt. Am Beispiel der Zugstrebe werden die Bauteilauslegung und das Optimierungspotenzial anhand der auslegungsrelevanten Lasten verschiedener Parameterkonfigurationen dargestellt.

Kurzfassung Der Nachweis der Betriebsfestigkeit ist wesentlicher Baustein des Sicherheitskonzeptes sowie des Alterungs- und Langzeitbetriebsmanagements kerntechnischer Anlagen. Hoher Aufwand zur Lastidentifikation (Fatigue Monitoring) und starke Regelwerksbindung sind kennzeichnend. Besonderheiten gegenüber anderen Technikbereichen stellen die Dominanz thermozyklischer betrieblicher Belastungen sowie relevante Beanspruchungsamplituden im niederzyklischen Bereich (LCF) dar. Das verfolgte Nachweiskonzept wird in seiner regelwerksseitigen Einbettung im ersten Teil des Beitrages erläutert. Darüber hinausgehend werden Möglichkeiten aufgezeigt, bestehende Margen zu quantifizieren. Hierzu wird ein neuer Ansatz der mechanismenorientierten Simulation des thermozyklischen Ermüdungsvorgangs auf Basis der Kurzrissbruchmechanik im zweiten Teil beschrieben.

Kurzfassung Für die schwingfeste Bemessung von Schweißverbindungen an Stahl- oder Aluminiumstrukturen behauptet sich in jüngster Zeit das Kerbspannungskonzept zunehmend gegenüber den traditionell angewendeten Nenn- und Strukturspannungskonzepten. Insbesondere bei der Anwendung des Kerbspannungskonzeptes auf Schweißverbindungen von dünnen Blechen mit dem Referenzradius r ref = 0,05 mm zeigen sich vielfältige Einflussfaktoren auf die Bemessungswöhlerlinie, welche durch Größeneinflüsse erklärt werden können.

Kurzfassung Grundlage für eine verlässliche digitale Betriebsfestigkeitsauslegung sind validierte Berechnungsmethoden mit bekannten Sicherheitsfaktoren. Letztere lassen sich jedoch höchstens eingeschränkt aus einfachen Probenversuchen bestimmen, da hier die praxisnahe Belastung, Fertigung und Prüfung nur teilweise berücksichtigt werden. Gleichzeitig bedeutet der zunehmende Entfall von Erprobungsträgern im Fahrzeugbau auch einen Verlust an Validierungsmöglichkeiten. Um die daraus entstehende Lücke im Absicherungsprozess zu schließen, wurde bei der Daimler AG ein flexibel, aber praxisnah einsetzbares Prinzipbauteil entwickelt. Damit ergibt sich ein durchgängiges Absicherungskonzept für neue Berechnungsmethoden von der Kalibrierung auf Probenbasis bis zur Bestimmung der Sicherheitsfaktoren.

Kurzfassung Zur Ermittlung von Daten zur Fahrzeugbeanspruchung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Die Nutzung von Servicedaten ermöglicht statistische Beanspruchungsanalysen zur Anforderungsoptimierung, die mit kleinen Stichproben nicht möglich sind.

Kurzfassung Die beanspruchungsgerechte Auslegung von Nutzfahrzeug-Komponenten erfordert gute Kenntnis zu erwartender harter Kundeneinsätze. Je größer der Streubereich möglicher Einsätze ausfällt, desto wichtiger wird die Überprüfung vorhandener Auslegungsstrecken hinsichtlich ihrer Eignung. Werden Fahrzeuge in bisher wenig bekannten Regionen verwendet, müssen Lasten ermittelt werden. Die Definition eines sogenannten 1%-Kundeneinsatzes wird überprüft und gegebenenfalls neu festgelegt. Ein Ansatz zur Bestimmung von Bemessungskollektiven ist die statistische Auswertung klassierter Schwingspielhäufigkeiten von Messabschnitten gleicher Streckenlänge, welche durch Kombination zu charakteristischen Einsatzstrecken eine quantifizierbare Abschätzung der Betriebsbeanspruchung in Kundeneinsätzen festgelegter Gesamtfahrleistung erlauben.

Kurzfassung Virtuelle Prüfstandsmodelle können insbesondere bei der Bewertung physikalischer Erprobungen, der Ableitung vereinfachter Erprobungskonzepte sowie der Signalgenerierung einen wesentlichen Beitrag zu Qualität und Effizienz in der Betriebsfestigkeitserprobung leisten. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Aufbau eines Modells eines 13-DOF-Prüfstands für Nutzfahrzeugachsen zur Simulation des Gesamtsystems Prüfstand/Achse. Prüfstandsaktuatorik, Achshaltesystem und Achse sind als Mehrkörpermodell dargestellt. Hydraulik und Regelung werden als Co-Simulationsmodell integriert. Insbesondere wird auch auf die Validierung der Modelle von Prüfstand und Achse aufgrund von Messungen sowie auf die Anforderung an den Detaillierungsgrad der Achsmodelle eingegangen.

In the automotive industry, safety parts must be designed according to the state of the art of science and technology such that they do not fail as long as the vehicle is used according to its purpose and misuse of the vehicle does not exceed a reasonably expectable degree. Due to scatter in customer loads and component properties, fatigue validation needs to be based on statistical methods. Mathematically sound methods are devised in order to make the validation process as efficient as possible. They allow considering all test results, including censored test data (e.g. tests suspended due to premature failure of components which are not under consideration). Furthermore, these methods permit adapting the success run criterion successively to the testing process.

Kurzfassung Der vorliegende Beitrag stellt die Ergebnisse umfangreicher Schwingfestigkeitsuntersuchungen unter Umlaufbiegebeanspruchung zur Ermittlung der kritischen Einschlussgrößen in unterschiedlichen, hochfesten Stählen vor. Sämtliche Ermüdungsrisse gingen von nichtmetallischen Einschlüssen aus, deren Größe, Form und Lage vermessen und anschließend statistisch ausgewertet wurden. Eine ergänzende Bestimmung des Reinheitsgrades über Gefügeschliffe, wie sie derzeit im Qualitätssicherungsprozess von Stählen Anwendung findet, führte zu einer signifikanten Unterschätzung der Einschlussgrößen und erwies sich als unzureichende Methode zur Beurteilung relevanter Schwingfestigkeitskennwerte. Abschließend wird unter Einbeziehung bruchmechanischer Überlegungen ein Verfahren zur Festlegung zulässiger Bemessungskennwerte in Abhängigkeit vom größten Einschluss im Werkstoffvolumen angegeben. Hierzu wird ein Sicherheitsbeiwert auf Basis des statistischen Größeneinflusses abgeleitet und der Einfluss der Streuung innerer Fehlstellen auf die Ausfallwahrscheinlichkeit von Bauteilen betrachtet. Durch das vorgestellte Prüf- und Bewertungsverfahren können sowohl Festigkeitspotenziale im Werkstoff besser ausgenutzt als auch das Ausfallrisiko durch optimierte Qualitätsprüfung minimiert werden.

Kurzfassung Für eine effiziente und wirtschaftliche Dimensionierung von Aggregatbauteilen ist die Anwendung statistisch begründeter Nachweisverfahren erforderlich. Die generelle Belastungscharakteristik eines Bauteils kann in synthetischen Betriebsprofilen ermittelt werden. Für die Annahme der auftretenden Lastzyklen im Kundenbetrieb stehen umfangreiche Datenerhebungen zur Verfügung, die in Zusammenarbeit mit anderen Automobilherstellern durchgeführt wurden. Aus den Daten können die Verweildauer in bestimmten Lastzuständen und auftretende Streuungen für unterschiedliche Fahrzeugkategorien ermittelt werden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit des Bauteils wird in Verbindung mit Last- und Festigkeitsstreuungen unter Anwendung einer Montecarlo-Simulation abgeschätzt. Die Methode muss im Hinblick auf neue Märkte, verändertes Kundenverhalten und neue Fahrzeugkonzepte stetig angepasst werden.

Kurzfassung Die Herausforderung bei der Lebensdauerberechnung von Getriebegehäusen aus Aluminiumdruckguss ist zum einen die komplexe Bauteilgeometrie und zum anderen der bedingt durch den Herstellprozess fehlerbehaftete Werkstoff. Die Berechnung erfolgt mittels FEM und Örtlichem Konzept. Das Übertragbarkeitsproblem des Örtlichen Konzeptes wurde durch Abgleiche mit Bauteilversuchen und Optimierung der Übertragungsfunktionen auf Basis statistischer Betrachtungen gemeistert. Die sichere Auslegung wird durch einen Sicherheitsfaktor gewährleistet, der aus der Vertrauenswahrscheinlichkeit der Berechnungsergebnisse hergeleitet wird. Anhand eines Beispiels wird der Ablauf näher erläutert. Darüber hinaus wird gezeigt, dass das Berechnungsergebnis bei mehrstufig einachsiger Belastung durch Verwendung des Schädigungsparameters P J verbessert werden kann.

Kurzfassung Leistungs- und Drehmomentsteigerung bei erhöhten Zünddrücken stellen insbesondere unter dem Aspekt von gleichbleibenden oder sogar geringer werdenden Baugrößen erhöhte Anforderungen an den experimentellen Festigkeitsnachweis von Kurbelgehäusen für Nutzfahrzeug-Dieselmotoren. Hierzu wird eine Versuchsmethode für einen experimentellen Festigkeitsnachweis an Lagerstühlen von Kurbelgehäusen mit einem Innendruckprüfstand vorgestellt. Neben der Einordnung der Methode in das Spektrum der möglichen Beanspruchungsszenarien, erfolgt eine Diskussion zu den Ergebnissen und Grenzen dieser Methode. Ausgehend davon wird eine Weiterentwicklung des Ansatzes zum experimentellen Betriebsfestigkeitsnachweis vorgestellt.

Kurzfassung Im Bauteilauslegungsprozess spielt bei der Übertragung von Schwingfestigkeitsergebnissen aus Probenversuchen auf zulässige Bauteilbemessungskennwerte die Beschreibung des spannungsmechanischen und statistischen Größeneinflusses eine wesentliche Rolle. Dazu wird im vorliegenden Beitrag ein neuer Ansatz zur getrennten Bewertung dieser beiden Größeneinflüsse vorgestellt sowie die Vorteile gegenüber klassischen Modellen an Schwingfestigkeitsversuchsergebnissen demonstriert.