Browsing by Author "Bertsche, Bernd (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)"

Now showing 1 - 3 of 3

Open Access
Adaptives Prüfstandsverhalten in der PKW-Antriebstrangerprobung
(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2017) Schenk, Maximilian; Bertsche, Bernd (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Open Access
Anforderungsgerechte Produktauslegung durch Planung effizienter beschleunigter Zuverlässigkeitstests
(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2021) Herzig, Thomas; Bertsche, Bernd (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Zentraler Kernpunkt des Zielkonflikts in der heutigen Produktentwicklung sind die immer weiter steigenden Kundenanforderungen bei einer gleichzeitig geforderten Reduktion der Entwicklungskosten. Beschleunigte Lebensdauertests sind daher für die Erprobung und den Zuverlässigkeitsnachweis unverzichtbar. Die vorliegende Arbeit betrachtet die Probability of Test Success als entscheidenden Parameter des erweiterten Zuverlässigkeitsziels, bei dem die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Zuverlässigkeitsnachweises durch Planung effizienter Zuverlässigkeitstests maximiert werden kann. Damit ist es möglich, die Grenzen des Zuverlässigkeitsnachweises und damit auch die Grenzen der Auslegung unter Berücksichtigung der Randbedingungen zu finden und Leichtbauanwendungen kostenoptimal auszulegen und gleichzeitig zuverlässigkeitstechnisch abzusichern. Die praxisrelevanten beschleunigten End-of-Life-Tests wurden in dieser Arbeit in das Konzept der Probability of Test Success integriert, um Handlungsempfehlungen für die Planung effizienter Zuverlässigkeitstests abzuleiten. Diese umfassen Empfehlungen zur Wahl und Verteilung der Prüflinge und der Lage der beschleunigten Lastniveaus, zur Berücksichtigung von beschleunigten Success-Run-Tests sowie zu Zensierungsstrategien und zusätzlichen beschleunigten Lastniveaus. Darüber hinaus wurde eine Einordnung des erweiterten Konzepts in die Produktauslegung vorgenommen. Für die untersuchten Anwendungen konnte gezeigt werden, dass das erweiterte Konzept der Probability of Test Success und die Vorgehensweise zur anforderungsgerechten Produktauslegung das Potenzial besitzt, die Zuverlässigkeitstestplanung bereits in der Produktauslegung zu berücksichtigen, die minimal mögliche Dimensionierung zu finden und dabei die Gesamtkosten zu reduzieren. Dieses Potenzial besteht insbesondere für Leichtbauanwendungen, bei welchen minimale Dimensionierung zentral ist, die Erfüllung der Zuverlässigkeits- und Lebensdaueranforderungen jedoch gewährleistet sein muss. Die Nachweisbarkeit eines Zuverlässigkeitsziels unter Berücksichtigung der Probability of Test Success kann mit dem erweiterten Konzept nun erstmals auch für die praxisrelevanten beschleunigten End-of-Life-Erprobungsstrategien berücksichtigt und quantifiziert werden.
Open Access
Anwendungsspezifischer Zuverlässigkeitsnachweis auf Basis von Lastkollektiven und Vorwissen
(2014) Romer, Achim; Bertsche, Bernd (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Eine Prognose bezüglich der Zuverlässigkeit eines Produktes während der Entwicklungsphase zu geben, ist eine der größten Herausforderungen im Maschinenbau. Dies hängt hauptsächlich damit zusammen, dass die Zuverlässigkeit nicht direkt gemessen werden kann. Obwohl die Zuverlässigkeit eine Produkteigenschaft darstellt, hat nicht nur die eigentliche Konstruktion, welche die Beanspruchbarkeit definiert, sondern auch die spezifische Anwendung, in welcher das Produkt eingesetzt wird, einen entscheidenden Einfluss auf die Zuverlässigkeit. Streng genommen kann die Zuverlässigkeit eines Produktes erst exakt angegeben werden, wenn alle produzierten Einheiten ausgefallen und die Ausfallzeiten bekannt sind. Dem gegenüber steht die Tatsache, dass Kunden immer weitreichendere Zuverlässigkeitsaussagen vor dem Kauf fordern. Der Trend entwickelt sich dabei weg von einer reinen Betrachtung der Anschaffungskosten und hin zu einer Bewertung der Lebensdauerkosten (engl: total cost of ownership -TCO-). Für eine positive Positionierung auf dem Markt führt dies zu der zwingenden Forderung, möglichst belastbare Aussagen hinsichtlich der Zuverlässigkeit zu treffen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Fragestellung bearbeitet, wie eine belastbare Abschätzung der Zuverlässigkeit für anwendungsspezifische Belastungen unter Verwendung von Vorwissen ermittelt werden kann. Kernpunkte dieser Arbeit bilden erstens die Entwicklung einer Vorgehensweise zur Berücksichtigung von Vorwissen und zweitens eine Methode zur prüftechnische Absicherung anwendungsspezifischer Zuverlässigkeitsmodelle. Zur Berücksichtigung von Vorwissen wurden zwei Methoden entwickelt: Die Methode der erweiterten Weibayesgleichung und die Methode der erweiterten Regressionsanalyse. Die Gemeinsamkeit beider Methoden besteht dabei in der ausschließlichen Berücksichtigung von zwei Eingangsparametern als Vorwissen. Berücksichtigt wird dabei der Formparameter, welcher sich aus Schadensstatistiken von Vorgängerserien, ähnlichen Produkten aus anderen Anwendungen usw. übernehmen lässt. Des Weiteren wird eine berechnete Lebensdauer auf Basis anwendungsspezifischer Lastkollektive berücksichtigt. Es wurde gezeigt, wie diese Lebensdauervorhersage unter Berücksichtigung verschiedener Kenntnisstände hinsichtlich des Schadensmechanismus durchgeführt werden kann. Die beiden vorgestellten Methoden unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihres Einflusses auf den Formparameter. So ist der als Vorwissen angenommene Formparameter innerhalb der erweiterten Weibayesgleichung konstant, während sich bei Verwendung der erweiterten Regressionsanalyse der Formparameter in Abhängigkeit des Stichprobenumfanges ändert. Zusammenfassend eignet sich daher die erweiterte Weibayesgleichung besonders für Versuche mit wenigen oder keinen realen Ausfallzeiten, während die erweiterte Regressionsanalyse bei einer steigende Anzahl von Ausfallzeiten zu bevorzugen ist. Zur statistischen Bewertung der Ergebnisse werden zwei Berechnungsmethoden zur Bestimmung eines Vertrauensbereiches unter Berücksichtigung von Vorwissen eingeführt. Beide Berechnungsmethoden berücksichtigen dabei zusätzlich Sicherheitsfaktoren zu den als Vorwissen angenommenen Parametern. Diese Sicherheitsfaktoren bestehen sowohl für den angenommenen Formparameter, als auch für die berechnete charakteristische Lebensdauer, aus den maximal anzunehmenden Abweichungen. Auf Basis dieser Eingangsgrößen wird gezeigt, wie mit Hilfe einer Monte-Carlo Simulation oder auf Basis der Dichtefunktion der Betaverteilung ein Vertrauensbereich berechnet werden kann. Die Ergebnisse beider Vorgehen weisen dabei keine signifikante Differenz auf. Hinsichtlich der Anwendbarkeit benötigt die Monte-Carlo Simulation mehr Rechenzeit, während eine Berechnung auf Basis der Dichtefunktion der Betaverteilung mathematisch aufwändiger ist. Für die prüftechnischen Absicherung anwendungsspezifischer Zuverlässigkeitsmodelle, wird mit Hilfe von Hardware-in-the-Loop Simulationen eine Möglichkeit aufgezeigt, sowohl anwendungsspezifische Lastkollektive am Prüfstand zu erstellen, als auch Ausfalldaten unter nahezu realen Bedingungen am Prüfstand zu erzeugen. Dabei wird die zu prüfende Hardware real im Prüfstand installiert, während die Anwendung sowie die Umgebungsbedingungen in Echtzeit simuliert werden. Um die entstehenden Prüfungskosten zu minimieren, wird des Weiteren aufgezeigt wie iterativ innerhalb einer Hardware-in-the-Loop Simulation die Prüfzeit gerafft werden kann. Dazu wird das Lastkollektiv in Zeitschritte unterteilt und jeder Zeitschritt hinsichtlich seiner Schädigung bewertet. Durch das Entfernen von wenig schädigenden Zeitanteilen kommt es zu einer Raffung von Lebensdauertests.