Innovative Prüfmethodik zur Ermittlung der thermomechanischen Ermüdung an Zylinderköpfen

Tobias Bischoff; Steffen Rödling; Bernhard Stauder

doi:10.3139/120.110384

Artikel

Innovative Prüfmethodik zur Ermittlung der thermomechanischen Ermüdung an Zylinderköpfen

Tobias Bischoff , Steffen Rödling und Bernhard Stauder

Veröffentlicht/Copyright: 26. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 54 Heft 10

Kurzfassung

Im Auslegungsprozess von Zylinderköpfen spielt die Bewertung der thermomechanischen Ermüdung eine wesentliche Rolle. Der IABG- Zylinderkopfprüfstand basiert auf einer innovativen Methode, die eine Beurteilung und Optimierung von Zylinderköpfen hinsichtlich thermomechanischer Ermüdung bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium erlaubt. Durch die im Vergleich zu konventionellen Prüfmethoden deutlich kürzeren Versuchszeiten bietet der Prüfstand die Möglichkeit, die Entwicklungszeiten neuer Zylinderkopfkonzepte bei gleichzeitiger Reduzierung der Versuchskosten erheblich zu verkürzen. Der offene Aufbau des Prüfstandes ermöglicht zudem erstmals eine In-situ-Detektion des Anrisses sowie eine Verfolgung des Rissfortschrittes im Brennraumdach. Der vorliegende Artikel stellt das Prüfkonzept und die Ergebnisse eines Variantenvergleichs von konstruktiv identischen Zylinderköpfen mit unterschiedlichen Aluminium-Gusslegierungen vor.

Abstract

During the design process of cylinder heads, evaluation of thermo-mechanical fatigue plays an essential role. The IABG thermal cylinder head test rig presents an innovative method for assessing and optimizing cylinder heads with respect to their service strength against thermo mechanical fatigue at a very early stage in the development process. The test rig makes it possible to reduce the testing time and costs significantly in comparison with standard test methods, thus shortening the development time for new cylinder head designs. The test rig's novel, open design also makes it possible to detect crack initiation and investigate the propagation of cracks in the pent roof during thermo shock cycles for the very first time. Inspection procedures do not require the disassembly of the entire engine for fueled operation. The present article exemplifies this new test concept concerning thermo-mechanical fatigue on cylinder heads including the results of an experimental comparison of two constructive identical cylinder heads with different aluminum cast alloys.

Dipl. Ing. (FH) Tobias Bischoff, geboren 1984, studierte Maschinenbau an der Georg-Simon-Ohm-Hochschule in Nürnberg. Nach seinem Studium und erster Berufserfahrung ist er zum 1. Juni 2010 zur IABG mbH mit Sitz in Ottobrunn gewechselt, wo er inzwischen als Projektleiter für Betriebsfestigkeitsversuche im Bereich Test und Analysen tätig ist.

Dr.-Ing. Steffen Rödling, geboren 1973, studierte Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität der Bundeswehr München und promovierte 2003 am Institut für Materialwissenschaften der Universität der Bundeswehr München in Neubiberg. Im Juli 2005 wechselte er als Projektleiter für Beanspruchungsanalysen und Betriebsfestigkeitsuntersuchungen in den Bereich Tests und Analysen der Industrieanlagen Betriebsgesellschaft mbH in Otto-brunn. Seit 2007 ist er als Leiter der Abteilung für Betriebsfestigkeit, Bauteilprüfung, Prüfstände und als stellvertretender Leiter des akkreditierten Betriebsfestigkeitslabors der IABG in Ottobrunn verantwortlich für die Entwicklung von Prüfkonzepten, die Durchführung von Bauteilerprobungen und den Betrieb von Großprüfständen.

Dipl.-Ing. Bernhard Stauder, geboren 1973, studierte Werkstoffwissenschaften an der Montanuniversität Leoben in Österreich. Nach dem Studium trat er bei der damaligen VAW Mandl&Berger GmbH, der heutigen Nemak Linz GmbH, in Linz/Österreich als Prozessingenieur in das Berufsleben ein. Von 2005 bis 2011 war er Leiter der Prozessentwicklung und damit für Material- und Wärmebehandlungsentwicklung und die gießtechnische Entwicklung und Optimierung in zahlreichen Bauteilprojekten verantwortlich. Seit 2012 ist er für den Bereich Technologie und Simulation bei Nemak Linz zuständig.

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Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2012-10-01

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