Startseite Bewertung der fertigungstechnologischen Einflussgrößen Laserstrahlschweißen und Sintern auf die Betriebsfestigkeit*
Artikel
Lizenziert
Nicht lizenziert Erfordert eine Authentifizierung

Bewertung der fertigungstechnologischen Einflussgrößen Laserstrahlschweißen und Sintern auf die Betriebsfestigkeit*

  • Ralf Waterkotte , Jörg Baumgartner und Cetin Morris Sonsino
Veröffentlicht/Copyright: 26. Mai 2013
Veröffentlichen auch Sie bei De Gruyter Brill
Manuskript einreichen Informationen für Autor*innen
Materials Testing
Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 52 Heft 7-8

Kurzfassung

In dieser Arbeit wurde eine Bemessungsmethode für eine komplex gefertigte Motorelementkomponente, die Teil eines Nockenwellenverstellersystems ist, erarbeitet. Diese Komponente, die während des Betriebs unter pulsierendem Innendruck steht, besteht aus einem kaltumgeformten Stahldeckel, der mit einem Stahlsinter- bauteil überlappend laserstrahlverschweißt wird. Zur Bewertung der Einflussgrößen Werkstoff, Gestaltung und Fertigung auf die Lebensdauer wurde das komplexe Bauteil systematisch durch bauteilähnliche vereinfachte Detailproben experimentell im Einstufenversuch untersucht. An den bauteilähnlichen Versuchskörpern wurde mittels FEM die Kerbspannung für einen Referenzradius rref = 0,05 mm berechnet und eine Kerbspannungswöhlerlinie abgeleitet. Diese Referenzwöhlerlinie wurde anschließend zur Auslegung des komplexen Bauteils verwendet.

Zur Verifizierung der Berechnung wurde die Schwingfestigkeit des Bauteils experimentell ermittelt. Hierbei zeigten sich konservative Ergebnisse. Durch Berücksichtigung des höchst beanspruchten Werkstoffvolumens konnte die Abschätzung verbessert werden.

Abstract

The fatigue strength of a laser beam welded complex engine component was assessed by the notch stress concept applying the reference radius rref = 0.05 mm. By laser beam welding a sintered part and a formed steel sheet were joint together. For the assessment of the fatigue strength of both the laser beam welded joint and the material combination, component-like specimens were manufactured with varying welding parameters and material combinations. Using the results of numerical and experimental investigations on these specimens, a reference SN-curve was derived with which the fatigue strength of the engine component was assessed. A comparison of numerically assessed and experimentally determined fatigue strengths showed a good agreement, which could further be improved by using the method of the highly stressed volume.

*

Dieser Beitrag erschien bereits im DVM- Bericht 136.

Dipl.-Ing. (FH) Ralf Waterkotte, Jahrgang 1963, studierte an der Fachhochschule Aachen Flugzeugbau. Anschließend war er Berechnungsingenieur bei der Firma Krauss-Maffei Wegmann in der Vorentwicklung und verantwortete dort Entwicklungsbegleitende Festigkeitsanalysen von Ketten- und Schienenfahrzeugen. Seit 2001 ist er bei der Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG in der Zentralen Berechnung als Fachreferent tätig. Die Schwerpunkte seiner Aufgaben liegen in der Festigkeitsauslegung von Motorenkomponenten und der Leitung von Grundlagenprojekten, wie z.B. der Methode zur Auslegung von laserstrahlgeschweißten Bauteilen.

Dipl.-Ing. Jörg Baumgartner, Jahrgang 1978, studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Darmstadt. Er ist seit 2005 am Fraunhofer Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt beschäftigt. Hier beschäftigt er sich vorrangig mit der numerischen Schwingfestigkeitsbewertung von geschweißten Bauteilen.

Prof. Dr.-Ing. Cetin Morris Sonsino studierte an der Technischen Universität Darmstadt (TUD) Maschinenbau und ist seit 1973 wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt. Er promovierte 1982 auf dem Gebiet der „Kaltumformung und Kurzzeitschwingfestigkeit“ an der TU Darmstadt. Seit 1990 hat er an der Universität des Saarlandes, Saarbrücken, und seit 2002 an der TU-Darmstadt einen Lehrauftrag über „Betriebsfestigkeit — Bauteilgebundenes Werkstoffverhalten“. Prof. Sonsino ist Obmann des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit, stellvertretender Institutsleiter des LBF und Leiter des Geschäftsfeldes Industrie und Verbände.

Literatur

1 M.Eibl: Berechnung der Schwingfestigkeit laserstrahlgeschweißter Feinbleche mit lokalen Konzepten, Dissertation, Technische Universität Darmstadt (2003)Suche in Google Scholar

2 J.Schlemmer, M.Bacher-Höchst, C. M.Sonsino: Schwingfeste Auslegung von dünnwandigen Laserstrahlschweissverbindungen für Einspritzsysteme, DVM-Bericht Nr.802 (2003), S. 25–36Suche in Google Scholar

3 D.Radaj, C. M.Sonsino, W.Fricke: Fatigue Assessment of Welded Joints by Local Approaches, 2nd Edition, Woodhead Publishing, Cambridge (2006)10.1201/9781439832806Suche in Google Scholar

4 D.Radaj, M.Vormwald: Ermüdungsfestigkeit – Grundlagen für Leichtbau, Maschinen- und Stahlbau, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin (2003)Suche in Google Scholar

5 G.Zhang, M.Eibl, S.Singh, O.Hahn, J. R.Kurzok: Methoden zur Lebensdauervorhersage von laserstrahlgeschweißten Überlappnähten unter Scherbeanspruchung, Schweißen und Schneiden54 (2002), No. 3, S. 132–141Suche in Google Scholar

6 G.Zhang, B.Richter: A new approach to the numerical fatigue-life prediction of spot-welded structures, Fatigue & Fracture of Eng. Mat. & Structures26 (2003), No. 6, S. 507–51410.1046/j.1460-2695.2003.00674.xSuche in Google Scholar

7 M.Eibl, C. M.Sonsino, H.Kaufmann, G.Zhang: Fatigue assessment of laser welded thin sheet aluminium, International Journal of Fatigue25 (2003), S. 719–73110.1016/S0142-1123(03)00053-7Suche in Google Scholar

8 F.deBruyne, A.Hoppe: Virtuelle Schwingfestigkeitsbewertung von Fügeverbindungen bei Türen und Klappen, VDI Tagung 2006 – Berechnung und Simulation im Fahrzeugbau, VDI Band Nr. 1967, S. 833–856Suche in Google Scholar

9 C. M.Sonsino: Course of SN-curves especially in the high-cycle fatigue regime with regard to component design and safety, International Journal of Fatigue29 (2007), No. 12, S. 2246–225810.1016/j.ijfatigue.2006.11.015Suche in Google Scholar

10 J.Baumgartner: Auslegung von Laserschweißverbindungen am Beispiel eines hoch belasteten Motorenelements, Diplomarbeit, TU Darmstadt (2005)Suche in Google Scholar

11 W.Fricke: Guideline for the Fatigue Assessment by Notch Stress Analysis for Welded Structures, IIW-Doc. No. XIII-2240r1-08/XV-1289r1-08Suche in Google Scholar

12 C. M.Sonsino: Zur Bewertung des Schwingfestigkeitsverhaltens von Bauteilen mit Hilfe örtlicher Beanspruchungen, Konstruktion45 (1993), No. 1, S. 25–33Suche in Google Scholar

13 C. M.Sonsino: Multi-axial fatigue of welded joints under in-phase and out-of-phase local strains and stresses, International Journal of Fatigue17 (1995), S. 55–6910.1016/0142-1123(95)93051-3Suche in Google Scholar

14 J.Baumgartner: Schwingfestigkeitsbewertung laserstrahlgeschweißter Stahlstrukturen geringer Wanddicken aus dem Automobilbau, Festigkeit geschweißter Bauteile – Anwendbarkeit lokaler Nachweiskonzepte bei Schwingbeanspruchung, DVS Media GmbH, 2009, S. 63–74Suche in Google Scholar

15 T.Bruder, K.Störzel, J.Baumgartner: Fatigue assessment of seam welds of automotive components by local stress approaches, Proc. of the 2nd Symposium on Structural Durability, Darmstadt (2008), S. 183–197Suche in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-26
Erschienen im Druck: 2010-07-01

© 2010, Carl Hanser Verlag, München

Artikel in diesem Heft

  1. Inhalt/Contents
  2. Inhalt
  3. Vorwort/Editorial
  4. Vorwort
  5. Fachbeiträge/Technical Contributions
  6. Ausgewählte Einflussgrößen auf die Betriebsfestigkeit*
  7. Effects on Lifetime under Spectrum Loading*
  8. Effiziente Betriebsfestigkeitsauslegung von Radlagereinheiten höherer Generation*
  9. Beanspruchung und Beanspruch-barkeit bei Korrosionsermüdung am Beispiel automobiler Fahrwerke*
  10. Modellierung des Einflusses der Verschleißverteilung auf die Beanspruchung von Fahrwerksgelenken*
  11. Systemorientierte Raffung von Prüfstandssignalen für Fahrwerksgelenke unter Berücksichtigung lokaler Verschleißvorgänge*
  12. Der Einfluss von Reibkorrosion auf das Betriebsfestigkeitsverhalten im Rad-Nabe-Verbund von Nutzfahrzeugen*
  13. Bewertung der fertigungstechnologischen Einflussgrößen Laserstrahlschweißen und Sintern auf die Betriebsfestigkeit*
  14. „PHYBAL“ — Lebensdauerberechnung hochbeanspruchter metallischer Werkstoffe*
  15. Schwingfestigkeitssteigerung von Radsternen aus Aluminiumguss durch UIT-Behandlung*
  16. Zeitgeraffte und kostenoptimierte Bauteilprüfung an Zylinderköpfen*
  17. Konservative Abschätzung der Betriebsfestigkeit einer Kurbelwelle direkt aus der Mehrkörpersimulation*
  18. Schädigungstolerante Auslegung von Aluminium-Druckgusskomponenten
  19. Durchgängiger Prozess für die Berechnung dynamischer Lasten von komplexen mechatronischen Systemen am Beispiel der Simulation einer Windenergieanlage*
  20. Substitution von Komponentennachfahrversuchen durch dynamische Lasten bei der Betriebsfestigkeitsprüfung von Verschraubungen*
  21. Einfluss von Faserorientierung, Temperatur und Feuchtigkeit auf das Ermüdungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten*
  22. Kundennaher Betriebsfestigkeitsnachweis von Elastomerbauteilen im Fahrwerksbereich unter Berücksichtigung von Alterung und Ermüdung*
  23. Effizienzsteigerung bei Achslebensdauerversuchen durch standardisierte Steifigkeitselemente und übersichtliche Soll-Ist-Signalvergleiche
  24. Vorschau/Preview
  25. Vorschau
https://doi.org/10.3139/120.110148

Artikel in diesem Heft

  1. Inhalt/Contents
  2. Inhalt
  3. Vorwort/Editorial
  4. Vorwort
  5. Fachbeiträge/Technical Contributions
  6. Ausgewählte Einflussgrößen auf die Betriebsfestigkeit*
  7. Effects on Lifetime under Spectrum Loading*
  8. Effiziente Betriebsfestigkeitsauslegung von Radlagereinheiten höherer Generation*
  9. Beanspruchung und Beanspruch-barkeit bei Korrosionsermüdung am Beispiel automobiler Fahrwerke*
  10. Modellierung des Einflusses der Verschleißverteilung auf die Beanspruchung von Fahrwerksgelenken*
  11. Systemorientierte Raffung von Prüfstandssignalen für Fahrwerksgelenke unter Berücksichtigung lokaler Verschleißvorgänge*
  12. Der Einfluss von Reibkorrosion auf das Betriebsfestigkeitsverhalten im Rad-Nabe-Verbund von Nutzfahrzeugen*
  13. Bewertung der fertigungstechnologischen Einflussgrößen Laserstrahlschweißen und Sintern auf die Betriebsfestigkeit*
  14. „PHYBAL“ — Lebensdauerberechnung hochbeanspruchter metallischer Werkstoffe*
  15. Schwingfestigkeitssteigerung von Radsternen aus Aluminiumguss durch UIT-Behandlung*
  16. Zeitgeraffte und kostenoptimierte Bauteilprüfung an Zylinderköpfen*
  17. Konservative Abschätzung der Betriebsfestigkeit einer Kurbelwelle direkt aus der Mehrkörpersimulation*
  18. Schädigungstolerante Auslegung von Aluminium-Druckgusskomponenten
  19. Durchgängiger Prozess für die Berechnung dynamischer Lasten von komplexen mechatronischen Systemen am Beispiel der Simulation einer Windenergieanlage*
  20. Substitution von Komponentennachfahrversuchen durch dynamische Lasten bei der Betriebsfestigkeitsprüfung von Verschraubungen*
  21. Einfluss von Faserorientierung, Temperatur und Feuchtigkeit auf das Ermüdungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten*
  22. Kundennaher Betriebsfestigkeitsnachweis von Elastomerbauteilen im Fahrwerksbereich unter Berücksichtigung von Alterung und Ermüdung*
  23. Effizienzsteigerung bei Achslebensdauerversuchen durch standardisierte Steifigkeitselemente und übersichtliche Soll-Ist-Signalvergleiche
  24. Vorschau/Preview
  25. Vorschau
Jetzt anmelden und 20% sparen
Institutioneller Zugang
Wie funktioniert Authentifizierung?
Haben Sie eine Idee, wie wir unsere Website verbessern können?
Bitte schreiben Sie uns.
© 2025 De Gruyter Brill
Heruntergeladen am 12.10.2025 von https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/120.110148/html?lang=de
Button zum nach oben scrollen