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2013-09-Schmiede-Journal

Fachbeiträge Diese Untersuchungen schlossen ebenfalls Versuche zur Ermittlung der Mittelspannungsempfindlichkeiten und der unter betriebsähnlichen Belastungen erzielbaren Schadenssummen mit ein. Ferner wurden die Kennwerte für das Übertragbarkeitskonzept anhand des hochbeanspruchten Werkstoffvolumens ermittelt. Diese bilden die Grundlage für eine Anwendung der an Proben ermittelten Werkstoffkennwerte bei der betriebsfesten Bauteilauslegung gegen zyklische Belastungen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Schwingfestigkeitseigenschaften des Vergütungsstahls unter Betriebsbelastungen kaum von jenen der AFPStähle unterscheiden. Impactversuche Im Projekt galt es ferner, eine Absicherung der Bauteile gegen im Betrieb auftretende schlagartige Belastungen vorzunehmen, da AFP-Stähle eine geringere Zähigkeit als die klassischen Vergütungsstähle aufweisen. Anhand von Bauteilversuchen und begleitenden bruchmechanischen Bewertungen auf Basis von Finite-Elemente-Berechnungen konnte die Eignung der AFP-Bauteile auch für diese Belastungen nachgewiesen werden. Auch unter tiefen Temperaturen können AFP-Bauteile auf Impact- Belastungen duktil reagieren. Dies erfordert insbesondere eine sorgfältige Kontrolle der geeigneten Gefügeausbildung bei stabiler Prozessführung. Ebenso sind fertigungsbedingte Risse, größere Riefen oder größere Gefügeungänzen zu vermeiden. 1,1 1,0 gemess. Versuchskollektiv Gassnerversuch (variable Amplituden, Stufe Fmax = +/-55 kN) D = 0,302 Bild 3: Duktil verbogener Lenkhebel nach Impactversuch. Relative Biegespannungsamplitude (lin) Schwingspiele (log) Bemessungskollektive Lenkhebel 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Kurvenfahrt: D= 0,0000 42 SchmiedeJOURNAL September 2013 Lastannahmen Zur Bewertung der im Betrieb auftretenden zyklischen Belastungen gegenüber den erzielten Versuchsergebnissen wurden die zur Auslegung notwendigen Bemessungslasten für die beiden untersuchten Bauteile abgeleitet. Dies erfolgte auf Basis von standardisierten Annahmen über Maximallasten und Kollektivformen von fahrbetriebstypischen Lastfällen, Geradeausfahrt, Kurvenfahrt, Lenken für Fahrwerksteile von Nutzfahrzeugen. Hierzu verfügt das Fraunhofer LBF über jahrzehntelange Erfahrungen in verschiedenen Einsatzbereichen der Fahrzeuge. Für Impactbelastungen von Achsschenkeln wurde ein praxisbezogenes Versuchskriterium erstmalig abgeleitet, da es hierzu branchenweit bisher keinen Maßstab gab. Dieses geht von einem seitlichen Anprall des Rads gegen einen Bordstein aus, der mit Hilfe eines aufwendigen Rechenmodells eines Lkw-Vorderwagens untersucht wurde. Für die Übertragung auf die Bedingungen des Impact-Prüfstands wurde auf gleiche örtliche Dehnungen im kritischen Zapfenradius zurückgerechnet. Bemessung Für die Auslegung der Bauteile wurden aus Bauteil und Probenversuchen Werkstoffdaten zur Bemessung ermittelt und zusammengestellt. Ein Bemessungskonzept wurde beispielhaft für die Bauteile Achsschenkel und Lenkhebel vorgestellt. Das erarbeitete Bemessungskonzept ermöglicht – ausgehend von den ermittelten Werkstoffkennwerten, rechnerischen Spannungsanalysen und unter Anwendung der Bemessungslasten – eine betriebsfeste Auslegung von AFP-Bauteilen im Fahrwerk. Anhand der durchgeführten Bauteilversuche konnte die Gültigkeit des Bemessungskonzeptes validiert werden. Ergebnisse Die oben genannten durchweg positiven Ergebnisse ermöglichen es dem Anwender, die AFP-Stähle als wirtschaftliche Alternative zu Vergütungsstählen mit vergleichbarer Sicherheit einzusetzen. Hierzu werden neben allgemeinen Erkenntnissen zum Versagen auch konkrete Schwingfestigkeitswerte zur Auslegung zur Verfügung gestellt. Dies ermöglicht es den Anwendern, gleichwertige Bauteile 0,0 Gassnerlinie 101 102 103 104 105 106 107 108 109 LB = 1.000.000 km Straße, Geradeausfahrt: D=0,0000 Benötigte Wöhlerlinie: k: 7,2; k´: 13; Nd: 1.000.000; Sd: 377MPa; R = -1 Charge 44 18MnVS5 BY Versuchskollektiv Wöhlerversuch bezogen auf DMS 5 (Rohradius) (einstufig, mittl. Stufe; +/- 438 MPa) D = 1 Wöhlerlinie Lenken im Stand: D= 0,002 Bild 4: Schädigungsabschätzung der Bemessungs- und Versuchskollektive des Lenkhebels. Bilder: Autoren


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