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Bewertung der fertigungstechnologischen Einflussgrößen Laserstrahlschweißen und Sintern auf die Betriebsfestigkeit*

  • Ralf Waterkotte , Jörg Baumgartner and Cetin Morris Sonsino
Published/Copyright: May 26, 2013
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Materials Testing
From the journal Materials Testing Volume 52 Issue 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

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

© 2010, Carl Hanser Verlag, München

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  24. Vorschau/Preview
  25. Vorschau
https://doi.org/10.3139/120.110148

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