Jürgen Fröschl

Neuer Ansatz zur Bewertung von Stützwirkung und statistischem Größeneinfluss im Auslegungsprozess

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.

Zeitgeraffte und kostenoptimierte Bauteilprüfung an Zylinderköpfen

Kurzfassung Um das thermomechanische Ermüdungsverhalten von Zylinderköpfen zu untersuchen, werden heutzutage meist Thermoschockprüfungen mit befeuertem Motor durchgeführt. Die lange Prüfdauer und die hohen Versuchskosten treiben hier die Suche nach Alternativen stark voran. Im vorliegenden Beitrag wird daher ein Zylinderkopfprüfstand vorgestellt, der bei IABG betrieben wird und die Nachbildung der thermo-mechanischen Ermüdungseffekte eines Zylinderkopfes im Motorbetrieb im Labor mit zyklischer thermischer Belastung zeitlich stark gerafft und mit deutlich niedrigeren Versuchskosten ermöglicht. Neben einer Darstellung der grundlegenden Zusammenhänge der thermomechanischen Ermüdung in Zylinderköpfen wird die Realisierung der stark zeitgerafften Versuche auf dem thermischen Zylinderkopfprüfstand bei IABG vorgestellt. Neben der rechnerischen Optimierung der thermischen Randbedingungen werden die Einmessung und iterative Anpas- sung der Versuchsparameter, die Versuchsdurchführung mit automatisierter Rissinspektion und -verfolgung sowie die Auswertung der Versuchsläufe dargestellt.

Innovatives Bauteilprüfkonzept für Zylinderköpfe

Die gleichzeitige Forderung nach Steigerung der spezifischen Leistungen moderner Antriebssysteme sowie sig nifikanter Reduktion des Gewichts der Einzelkomponenten erfordert ein immer detaillierteres Know-how uber die auftretenden Schadigungsvorgange und -mechanismen. Unter dem Aspekt einer zeitgerafften und kostenreduzierten Bauteilerprobung sowie deren Schadensabbildung realisierte IABG einen neuen Prufstand zur thermomechanischen Bauteilerprobung. Pruf- und Entwicklungszyklen fur Zylinderkopfe werden beschleunigt, da gerade durch eine integrierte in-situ-Risserkennung eine fruhzeitige Schadenserkennung und -verfolgung moglich wird.

Innovative component test concept for crankshafts

The crankshaft is a core component of today’s internal combustion engines and during operation is subject to complex mechanical loading. The transition radii of the crankpins to the crankwebs and the outlets of the oil ducts for lubricating the crankshaft journals and pins are the points that are susceptible to fatigue fractures. For this reason, expensive surface strengthening measures are integrated in the production process. IABG has developed a new test concept for crankshafts to examine the effectiveness of these measures in a fatigue strength test under loading conditions that are as realistic as possible.

Innovative testing concept of cylinder heads

The increasing demands for improving the specific power output of modern power-trains and for reducing the component weight via lightweight design, require detailed expertise about the damage mechanisms occurring under real service loading conditions. Taking into account requirements for accelerated, cost-effective component testing and damage analysis, IABG developed a new test stand for thermo mechanical fatigue testing of cylinder heads. Thereby, both the test and development process of cylinder heads may be accelerated significantly. The implementation of an in-situ crack detection system enables the investigation of crack initiation and propagation as well as a 24 / 7 service of the test stand.

Einsatz wirrfaserverstärkter Duroplaste in thermomechanisch belasteten Strukturbauteilen im Fahrzeugbau

Kurzfassung Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen zeigen faserverstärkte Kunststoffe auch bei einfachen uniaxialen Beanspruchungen ein komplexes viskoelastisches Materialverhalten. Die Werkstoffmodelle sind schwer übertragbar und nur für eng eingeschränkte Werkstoffgruppen gültig. Der vorliegende Beitrag analysiert daher anhand von experimentellen Untersuchungen (Zug, Kriech-Erholung, Wöhler Tests) das mechanische Verhalten von carbonfaserverstärkten Sheet Molding Compounds (CF-SMC) in Abhängigkeit von Temperatur, Probendicke und zahlreichen weiteren Einflussfaktoren. Darüber hinaus wird der Fokus auf die Beschreibung des Schwingfestigkeitsverhaltens unter Berücksichtigung der Steifigkeitsdegradation gelegt. Auf Basis umfangreicher Prüfergebnisse werden unterschiedliche Ansätze zur Werkstoffmodellierung vorgestellt und diskutiert.

Betriebsfestigkeitsbewertung von Leichtbauklebeverbindungen - Herausforderungen bei Faserverbund- und Hybridbauteilen

Kurzfassung Der zunehmende Anteil an Faserverbundbauteilen in Karosseriestrukturen macht den Einsatz neuartiger Fügeverfahren zwischen Stahl und Faserverbundwerkstoffen erforderlich. Auf Grund der lokalen hohen Auslastung sind für diese Leichtbaufügeverfahren qualifizierte Betriebsfestigkeitsnachweismethoden notwendig. Der vorliegende Beitrag stellt die aktuellen Ergebnisse eines laufenden Methodenprojektes für die Betriebsfestigkeitsbewertung von Leichtbauklebeverbindungen vor. Nach einer Schilderung des Standes der Technik werden anhand von Versuchsergebnissen die unterschiedlichen Einflüsse wie Belastungsart, Umgebungs-temperatur etc. auf die zyklischen und statischen Festigkeitseigenschaften aufgezeigt sowie die Haupteinflussgrößen identifiziert. In einem zweiten Schritt werden die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Betriebsfestigkeitsbewertungsmethoden solcher Klebeverbindungen anhand der Versuchsergebnisse identifiziert. Im Ausblick werden geplante Versuche an bauteilnahen Prüfkörpern zur Modellvalidierung vorgestellt sowie die bislang gewonnenen Erkenntnisse zusammengefasst.

Experimenteller Betriebsfestigkeitsnachweis von Kurbelwellen: Vorstellung eines schädigungsäquivalenten Bauteilprüfkonzeptes

Kurzfassung Die Kurbelwelle unterliegt im Betrieb einer komplexen Beanspruchung. Gerade die Übergangsradien der Lagerzapfen zu den Kurbelwangen sowie die Austritte der Ölbohrungen zur Schmierung der Haupt- und Hublagerzapfen stellen schwingbruchgefährdete Stellen dar, welche durch kostenintensive Fertigungs- und Oberflächenverfestigungsprozesse optimiert werden. Um die Untersuchung der Wirksamkeit dieser Maßnahmen in einer Betriebsfestigkeitsprüfung unter möglichst realitätsnaher Beanspruchung zu ermöglichen, wurde bei IABG mbH ein neues Kurbelwellenprüfkonzept entwickelt, welches im folgenden Beitrag vorgestellt und im Vergleich mit gängigen Kurbelwellenprüfverfahren diskutiert wird. Dieses Prüfverfahren ist gleichsam für Kurbelwellen von Reihen- als auch V-Motoren geeignet.

Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf zulässige HCF-Bemessungskennwerte*

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.

Innovatives Bauteilprüfkonzept für Kurbelwellen

die Kurbelwelle ist eines der Kernbauteile moderner Verbrennungsmotoren und unterliegt im Betrieb einer komplexen mechanischen Beanspruchung. die ubergangsradien der Lagerzapfen zu den Kurbelwangen sowie die Austritte der olbohrungen zur Schmierung der Haupt- und Hublagerzapfen stellen schwingbruchgefahrdete Stellen dar. deshalb werden an diesen Stellen teils kostenintensive Oberflachenverfestigungsmasnahmen in den fertigungsprozess integriert. um die untersuchung der Wirksamkeit dieser Masnahmen in einer Betriebsfestig- keitsprufung unter moglichst realitatsnaher Beanspruchung zu ermoglichen, hat die iABG mbH ein neues Kurbelwellenprufkonzept entwickelt.