Betriebsfestigkeit

Seinen Ursprung hat die Betriebsfestigkeit im Flugzeug- und Schienenverkehr, wo August Wöhler bereits im 19. Jahrhundert die nach ihm benannten Schwingfestigkeitsversuche prägte. Zu dieser Zeit wurde erstmals das Bauteilversagen mit Ermüdungsrissen in Verbindung gebracht. Die Aufgabe der Betriebsfestigkeit  ist eine wirtschaftlich und technisch sinnvolle Bauteilauslegung unter dynamischer Belastung. Zumeist ist die Durchführung von Versuchen zwingend notwendig, um bei gegebener Belastung eine Bauteillebensdauer abzuschätzen. Wenn durch hinreichend viele Versuche eine Wöhlerkurve bestimmt worden ist, lässt sich eine Aussage über die zu erwartende Lebensdauer bei vorhandener Belastung treffen. Neben den Wöhlerversuchen haben sich auch Blockprogrammversuche durchgesetzt, die aus gemessenen Beanspruchungs-Zeitverläufen repräsentative Kollektive bilden.

Am Institut für Maschinenelemente, Konstruktion und Fertigung können ein- sowie mehrachsige Schwingfestigkeitsversuche an einem hydraulischen Prüffeld oder elektrodynamischen Shakern realisiert werden. Mit Hilfe des hydraulischen Mehrachs-Großprüfstandes können weg- oder kraftgeregelte Bauteilversuche unter Einbeziehung verschiedener Abbruchkriterien (z.B. Lastspielzahl, Überschreitung eines zulässigen Gesamtweges, Steifigkeitsabfall)  durchgeführt werden. Beide Versuchsstände können durch einfache, konstruktive Adaption flexibel eingesetzt werden. Dabei kann die reale Belastung im Betrieb durch Dehnungsmessstreifen (DMS) auf dem Bauteil gemessen werden.

Mögliche Tätigkeitsangebote an die Industrie finden Sie auch hier. Haben Sie interesse an einer Zusammenarbeit? Dann zögern Sie nicht den zentralen Ansprechpartner für den Bereich Betriebsfestigkeit, Herr Dr. Slosarek, zu kontaktieren.

Beispiele von durchgeführten Projekten:

  • Ermüdungsprüfung von Schraubverbindungen (M30+M36) für Windkraftanlagen
  • Ermüdungsverhalten von innovativen Schraubverbindungen (M30)
  • Steifigkeitsverhalten von Drehkranzverschraubungen von Baumaschinen
  • Ermüdungsprüfung der Volumenkompensatoren des DRESDYN-Pojektes (Link öffnet externe Website)
  • Ermüdungsprüfung von Wälzlagerkäfigen

Weitere Themen (Auswahl):

Schwingfestigkeit von Schraubenverbindungen

Kontakt: Timo.Roth(at)imkf.tu-freiberg.de

Aufgrund der stark gekerbten Geometrie beträgt die Dauerfestigkeit einer Schraube nur ca. 10% der statischen Festigkeit. Es gibt viele Einflussfaktoren auf die Schwingfestigkeit von Schrauben, von denen wiederum viele noch nicht ausreichend untersucht wurden. Experimentelle Untersuchungen (eigene sowie von anderen) zeigen, dass im Zeitfestigkeitsgebiet die real ertragbare Lastwechselzahl um Faktor 2 bis 3 geringer liegt als von der VDI 2230 prognostiziert. Daher werden im Rahmen von systematischen Versuchen die Einflüsse der einzelnen Faktoren auf die Schwingfestigkeit bestimmt.

Experimentelle und numerische Lebensdaueruntersuchungen an Drahtseilen für die Anwendung im Kfz

Kontakt: Anna.Wetzel(at)imkf.tu-freiberg.de

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Lebensdauerabschätzung für Drahtseile speziell als bewegliches Verbindungselement zwischen Fahrzeugstruktur und Gurtschloss zu verbessern. Um möglichst genaue Vorhersagen bezüglich der Lebensdauer treffen zu können, werden keine verschmierten Werkstoffparameter des Seilverbundes, sondern statische und zyklische Materialkennwerte der einzelnen Drähte experimentell ermittelt und für die Berechnungen verwendet. Eine Voraussetzung dafür ist ein möglichst realitätsnahes Seilmodell, welches durch einen vereinfachten Verseilprozess mittels FEM abgebildet wird.

   

SAFEME4MINE - Preventive Maintenance system on safety devices of Mining Machinery

Mining machinery is strategic for mining and critical in terms of occupational health of the workers. SAFEME4MINE is a preventive maintenance system of mining machinery focused on safety devices. The project will develop a system (software-based solution and a measurement toolkit). Together with a precise inspection procedure, the system will give as result recommendations and corrective measures contributing to the overall maintenance strategy.

More Information: safeme4mine.eu



Untersuchung der Betriebsfestigkeit und Lebensdauer von Traktorfelgen

Kontakt: Robert.Szlosarek(at)imkf.tu-freiberg.de
Mit zunehmendem Gewicht und steigender Antriebsleistung von landwirtschaftlichen Fahrzeugen gehen auch immer größer werdende Belastungen für Fahrwerkskomponenten, Felgen und Reifen einher. Im Bereich der Verschraubung von Traktorfelgen mit der Radnabe treten vereinzelt Ermüdungsbrüche auf, deren Ursachen noch nicht abschließend geklärt werden konnten. Aus diesem Grund rücken neben experimentellen Untersuchungen, die künftig mit einem im Aufbau befindlichen Mehrachs-Großprüfstand erfolgen sollen, auch bruchmechanische Betrachtungen sowie die numerische Untersuchung von Rissen in den Mittelpunkt.
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Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Fahrwerkslagern

Kontakt: Robert.Szlosarek(at)imkf.tu-freiberg.de
Elastomere besitzen hervorragende Federungs- und Dämpfungseigenschaften. Dabei kommt ihnen immer dort eine besondere Rolle zu, wo das elastische Verhalten von Baugruppen beeinflusst werden soll oder die Übertragung von Körperschall auf nachfolgende Bauteile unerwünscht ist. Ebendiese Funktionen übernehmen auch Fahrwerkslager im Querlenker von Personenkraftwagen. Die Steifigkeitswechselwirkungen in den relevanten Raumrichtungen bei dynamischer Belastung sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Ihre Lebensdauer und die Abnahme der Federungs- und Dämpfungseigenschaften sind höchst sicherheits- und komfortrelevant. Betriebsfestigkeitsversuche sowie numerische Untersuchungen ergänzen dahingehend die gegenwärtige Forschung.
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