Volume 51, Issue 7-8

Kurzfassung Die Betriebsfestigkeit von Bauteilen wird grundsätzlich durch die Interaktion von Belastung, Werkstoff, Formgebung und Fertigung bestimmt. In jedem dieser einzelnen Parameter ist ein großes Optimierungspotenzial für den Leichtbau vorhanden, das nicht ausgeschöpft ist. Anhand eines Panhardstabes, eines stabilisierenden Elements im Fahrwerk von Nutzfahrzeugen, wird gezeigt, wie zunächst durch eine Werkstoffsubstitution, nämlich des konventionellen Eisengraphitgusses EN-GJS-400-15 (GGG 40) durch die ADI (Ausferrite Ductile Iron)- Variante EN-GJS-800-8 mit der entsprechenden Wärmebehandlung, eine deutlich höhere Schwingfestigkeit erzielt wird. Zu bemerken ist, dass der ADI-Guss gefügebedingt gegenüber dem konventionellen ferritischen Werkstoff unter variablen Betriebsbelastungen eine deutlich höhere Schwingfestigkeits- bzw. Lebensdauersteigerung aufweist als unter konstanten Amplituden und somit ein Leichtbaupotenzial. Da Panhardstäbe, ebenso auch gummigelagerte Gusszapfen, im Betrieb auch Missbrauchs- und Sonderbelastungen ausgesetzt werden können, müssen Konstruktion und Werkstoff entsprechend ausgerichtet sein. Die Bauteilvarianten aus EN-GJS-800-8 verhalten sich gegenüber dem EN-GJS-400-15 unter schlagartiger Belastung (Impact) sowie unter einer elasto-plastischen Sonderbelastung überlegen. Die Verformbarkeit der Bauteile aus dem weniger duktilen EN-GJS-800-8 kann durch entsprechende konstruktive Maßnahmen im Schaftbereich, verbunden mit einer Gewichtsreduzierung um 15%, erhöht werden. Die ADI-Variante der Panhardstäbe wird zwar aufgrund der höheren Kosten, bedingt durch die geringe Stückzahl, nicht hergestellt, aber die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichten die kostengünstige Entwicklung von Vierpunktlenkern aus dem ADI-Guss.

Especially for the design with respect to fatigue the scattering in load conditions and durability performance has a significant influence. In the case studied in this paper we concentrate on the durability performance, and here especially on manufacturing tolerance influences. For the original design all specimen of the component have been measured, such that reliable data on the manufacturing process are available. This data now enables to estimate which tolerances are necessary for a safe durability performance but also shows that there is significant potential for reducing the weight of the component. The development from optimization methods with respect to durability to reliability based optimization methods is an important step to better and safer designs.

Random vibration testing with stochastic broad band noise signals is a commonly used procedure in qualification testing of vehicle parts. However, there are no standard procedures for deriving adequate test power spectral densities from road load data; hence test spectra can be defined far too low leading to tests not covering the loads of service life. In this paper, a new method is presented that gives consideration to the aspects of material fatigue during the whole process of windowing, overlapping, amplitude correction, and averaging that all have vital influence on the test spectra obtained. This allows for deriving test spectra with calculated damage equivalent to a defined set of design load histories, and thus helps minimizing the effort for calibration runs of test spectra on a test rig. The theoretic derivation will be shown as well as a comparison with the commonly used procedures using an exemplary case study.

In order to guarantee resource-saving and environment-friendly mobility for the future, the automotive industry adopts more and more new technologies. In this paper, a holistic design process for suspension components is introduced in which modern light-weight design methods and optimization tools are included. An example illustrates how fatigue analysis and testing have to be carried out to further ensure quality and reliability of the components.

Kurzfassung Bedingt durch die Verschärfung der Abgasnormen und die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs müssen derzeit am Markt verfügbare Einspritzsysteme hinsichtlich höherer Einspritzdrücke weiterentwickelt werden. Ausgehend vom Absicherungskonzept zum Nachweis der Betriebsfestigkeit für die Bauteilfreigabe wird anschließend die Vorgehensweise zur Auslegung der Komponenten in der frühen Phase der Entwicklung vorgestellt. Hierbei wird schwerpunktmäßig auf die Simulation von Drucklastkollektiven und die Vorgehensweise zur Ableitung von normierten Wöhlerlinien eingegangen.

Kurzfassung Für eine neue Fahrzeugplattform in der Pkw-Mittelklasse galt es, einen Stabilisator zu entwickeln und betriebsfest auszulegen, der aufgrund der gegebenen Bauraumbeschränkung mit sehr kurzen Pendelstangen am Radträger befestigt werden musste. Aus dieser geometrischen Einschränkung ergab sich eine starke Biegebeanspruchung an der versagenskritischen Befestigungs- stelle zur Pendelstange. Als betriebsfeste Konstruktion konnte eine Lösung mit einer speziellen Biegegeometrie und einer Materialdickenanpassung entwickelt werden, die den Bauraum- und Beanspruchungsanforderungen gerecht wird und gleichzeitig innerhalb des Kostenrahmens gefertigt werden kann.

Kurzfassung Luftfederbälge bestehen aus Festigkeitsträgern und Elastomer, dessen Beanspruchungen für das Luftfedersystem lebensdauerbestimmend sind. Der folgende Beitrag stellt eine numerische Methode zur mikroskopischen Beanspruchungsanalyse des Elasto- mers vor, die durch eine weitreichende Automatisierung für die Lebensdauervorhersage von Luftfedern genutzt werden kann.

Kurzfassung Abgasanlagen erfüllen eine Vielzahl von Funktionen wie die Abgasreinigung, Geräuschreduzierung und die bestmögliche Ausnutzung der vorhandenen Motorleistung. Sie sind dabei einer komplexen thermischen und mechanischen Beanspruchung ausgesetzt und werden daher bei BMW zur Reduzierung von Kosten und Entwicklungszeit an einem thermomechanischen Aggregate- und Abgasanlagenprüfstand (THEMA) erprobt. Die Prüfzeiten für einen derartigen Versuch würden bei Verwendung einer ungekürzten Prüf- strecke mehrere Monate betragen. Daher wird ein schädigungsäquivalentes verkürztes Nachfahrprogramm ermittelt, das sowohl das Schwingungsverhalten und die thermomechanischen Beanspruchungen der Abgasanlage als auch die Lastwechselreaktion des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Mit diesem Verfahren wird die Versuchsdauer auf wenige Wochen reduziert und somit eine schnelle Identifikation von Schwachstellen ermöglicht. In diesem Beitrag wird das Prüfverfahren zur Versuchszeitverkürzung erläutert und das Optimierungspotenzial aufgezeigt. Anhand eines Praxisbeispiels wird die Anwendbarkeit im Entwicklungsprozess nachgewiesen.

Kurzfassung Die Verwendung virtuell ermittelter Betriebslasten anstelle von im Fahrbetrieb gemessenen Betriebslasten als Eingangssignale für Prüfstandsversuche stellt eine geeignete Methode dar, die Betriebsfestigkeitsvalidierung von Fahrzeugen hinsichtlich des Zeitpunktes der Prüfung, der Prüfdauer, der Qualität der Betriebsfestigkeitsprüfung sowie der Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse zu optimieren. Bei General Motors Europe im Internationalen Technischen Entwicklungszentrum der Adam Opel GmbH ist zur Weiterentwicklung dieser Methode und zu deren Validierung ein Pilotprojekt für Gesamtfahrzeugprüfungen auf einem 27-Kanal-Prüfstand durchgeführt worden. In diesem Projekt ist es gelungen, ein schädigungsäquivalentes zeitoptimiertes Dauerlaufprogramm auf einem virtuellen Prüffeld zu entwickeln und dieses in die Mehrkörpersimulation (MKS) zu implementieren. Es wurde die Möglichkeit geschaffen, das Verfahren hochgradig automatisiert und somit schnell und prozesssicher einzusetzen. Die Methode wird mittlerweile in der Produktentwicklung weltweit eingesetzt.

Kurzfassung Im Rahmen des Betriebsfestigkeitsnachweises von Fahrwerksmodulen hat sich die Systemprüfung etabliert. Bei dieser Art der Prüfung werden die auf den Teststrecken gemessenen Lasten auf das Fahrwerk aufgebracht. Für die Erfassung der Lasten werden Messräder eingesetzt, mit welchen die Kräfte und Momente an den Rädern gemessen werden. Eine gleichwertige Sensorik kommt anschließend auf dem Prüfstand zum Einsatz. In diesem Beitrag werden mögliche Fehlerquellen bei diesem Prozess identifiziert und Empfehlungen vorgestellt, wie die Aussagekraft von Systemprüfungen verbessert werden kann bzw. was berücksichtigt wer- den sollte, um eine Korrelation zwischen Fahrzeug und Prüfstand sicherzustellen. Dies geschieht insbesondere unter dem Aspekt in der Beziehung zwischen OEM und Lieferant.