Betriebsfestigkeitsprüffeld
Final Report Abstract
Eine Vielzahl von Versuchsaufbauten wurde in den letzten 3 Jahren realisiert und zahlreiche Maschinenelemente sind untersucht worden. Dies geschah im Rahmen der Forschung sowie im Rahmen von Industriekooperationen, insb. um aktuelle Probleme und neuen Forschungsbedarf aufzudecken. Ausgewählte Beispiele werden im Folgenden kurz vorgestellt. Erste Anwendung war eine zweiachsige Untersuchung (Axial- und Kippbewegung) eines Wellrohr- Kompensators (ᴓ900 mm x 415 mm) unter Innenluftdruck (Luft) und Außendruck (Wasser) in einem entsprechenden Druckbehälter für den späteren Einsatz unter flüssigem Natrium für das Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf (Großprojekt DRESDYN). Aus den festgestellten Schadensbildern ergaben sich Möglichkeiten der konstruktiven Bauteilverbesserung. Als Zweites wurde der Großfelgenprüfstand für Felgengrößen von 22‘‘ bis 46‘‘ entwickelt und aufgebaut. Dabei erfolgt die Krafteinleitung über die Felgenverschraubung am Flansch und die Felgenabstützung über einen großen Winkel am Felgenring. Vorteil dieses Aufbaus ist die Möglichkeit bei stillstehenden Rad über zwei, 90°-phasenversetzt angesteuerte Zylinder die Umlaufbiegung (durch Bodenaufstandskraft verursacht) einzuleiten sowie gleichzeitig Axialkräfte (durch Seitenführungskräfte verursacht) aufzubringen. Je nach Felgengröße und Lastkombination konnten sowohl die üblichen Schäden im Bereich der Schweißnaht zwischen Felgenschüssel und Felgenring als auch das bisher weitgehend unerklärte Schadensbild des Ausrisses des Verschraubungskranzes nachgestellt werden. Neben den Versuchen an der gesamten Felge wurden Versuche an einem Verschraubungsmodellaufbau durchgeführt um zu klären, unter welchen Bedingungen der Riss in die Verschraubungsbohrung wächst bzw., wie in der Praxis an Felgen beobachtet, außen direkt am Rande der Schraubenauflagefläche langwandert. Hierzu erfolgten auch aufwendige Risswachstumssimulationen und konstruktive Verbesserungsvorschläge. Neben der Forschung erfolgten auch experimentelle Untersuchungen für Felgenhersteller sowie spezielle Versuche an Verschraubungen für andere Partner. Im Rahmen einer Dissertation erfolgte der Aufbau eines Fahrwerklagerprüfstandes für Quer-, Axial- bzw. Schrägbelastung. Die Elastomerlager erfüllen sowohl niederfrequente Komforteigenschaften als auch hochfrequente Akustikeigenschaften. Für diesen Zweck sind nach eigener Auslegung Lager aus 8 Elastomerwerkstoffen entstanden, wobei insb. aus mehreren Werkstoffen zusammengesetzte Lager interessante Eigenschaften besitzen. Diese wurden erfolgreich im Hydraulikprüffeld auf ihre viskoelastischen Schwingungseigenschaften bis 20 Hz getestet. Die hochfrequenten Eigenschaften wurden ergänzend an einem anderen Versuchsstand untersucht. Der Fahrwerksprüfstand eignet sich auch zum Lebensdauertest vom Motorlagern, was für Industriepartner ergänzend erfolgte. Im laufenden AIF Projekt „Ursachen und Vorhersage von Silovibrationen – ein Beitrag zur baustatischen Silodimensionierung“ werden die Wechselwirkungen zwischen Schüttgut und Silowand beim Entleeren untersucht, um die Ursache der Schwingungserregung zu detektieren. Hierfür entsteht ein Versuchsaufbau, der eine Bewegungsvorgabe einer Schüttgutschicht zwischen zwei Platten realisiert. Für größere Kräfte soll dieses an der Hydraulikanlage erfolgen. In dem Versuch wird die tribologische Interaktion zwischen Schüttgut und Wand durch eine transparente, speziell beleuchtete Wand mikroskopisch beobachtet um den unbekannten Erregernechanismus der Schwingungen zu verstehen. Für große Belastungen von Crashstrukturen aber auch für axial hochbelastete Schrauben und Gewindebolzen ab M24 ist ein Prüfstand mit dem 500kN-Hydraulikzylinder entstanden. Untersuchungen zeigen das unterschiedliche quasistatische Verhalten von 3D-gedrukten Aluminium- als auch von Magnesium-Crashstrukturen im Vergleich zu hochdynamischen Fallturmversuchen auf. An hochfesten Gewindebolzen erfolgt zurzeit eine Untersuchung bezüglich des elastisch-plastischen Verhalten sowie des Kriechverhaltens. Weiterhin entstanden Prüfaufbauten für die Prüfung von Verklebungen, Fahrwerksdämpfern und Muttern.
Publications
- Acoustic properties of different rubber-buffers. Tagungsband Tagungsband des 48° Congreso Espanol de Acustica Encuentro Iberico de Acustica 2017 in La Coruna, S.1-8
D. Willenborg, M. Kröger
- Experimentelle und nummerische Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Ermüdungsriss und Schraubverbindung. DVM-Bericht 250 Berichtsband der 50. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit, Paderborn 2018, S. 177-186
U. Wöllner, M. Kröger
- Isolation and damping properties of rubber-buffers. Constitutive Models for Rubber X (ECCMR). Tagungsband der European Conference on Constitutive Models for Rubber (ECCMR) 2018 in München, S. 477-482
D. Willenborg, M. Kröger
(See online at https://doi.org/10.1201/9781315223278-87)
