Browsing by Author "Vajen, Henning"

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Untersuchung des Einflusses praxisnaher Erprobungsbedingungen auf die Schwingfestigkeit von Bauteilen des Common-Rail-Dieseleinspritzsystems
(2014) Vajen, Henning; Roos, Eberhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Das Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss einer praxisnahen Belastung zu ermitteln und die Ergebnisse in das bestehende Absicherungskonzept einfließen zu lassen, um so die Genauigkeit der Berechnung zu erhöhen. Die Hauptunterschiede zwischen Erprobung und Betrieb sind im Medium und im Belastungssignal zu sehen. Das Medium am Fahrzeug ist Dieselkraftstoff, wohingegen zur Erprobung Hydrauliköl zum Einsatz kommt. Das Prüfsignal in der Erprobung ist eine Sinusschwingung mit Frequenzen zwischen 10 und 20~Hz, während die Belastung am Fahrzeug mit unregelmäßiger Grundform, einer Frequenz unterhalb von einem Hertz und einer hochfrequenten überlagerten Schwingung aufgebracht wird. Um diese Unterschiede abbilden zu können, wurden vergleichende Betriebsfestigkeitsversuche unter Erprobungsbedingungen und unter fahrzeugnahen Bedingungen durchgeführt. Der fahrzeugnahe Betriebsfestigkeitsversuch machte den Aufbau eines speziellen Prüfstandes nötig, der ein praxisnahes Prüfsignal mit seiner unsteten Grundschwingung und der überlagerten hochfrequenten Schwingung geringer Amplitude abbilden kann und zudem das Medium Dieselkraftstoff verwendet. Während in der Erprobung die Belastung sinusförmig aufgebracht wird, werden die Bauteile am Fahrzeug mit einem unregelmäßigen Signal mit Haltezeiten verschiedener Dauer belastet. An Proben konnte in dem relevanten Bereich kein Einfluss der Signalform auf die Lebensdauer festgestellt werden. Jedoch kam es zu einem Anstieg der Streuung bei dem praxisnäheren, trapezförmigen Signal. Als Haupteinflussgröße auf die Lebensdauer konnten Frequenz und Verweildauer des Prüfsignals identifiziert werden. Die Lastwechselfrequenz und die Verweildauer des Druckes bei hoher Last sind am Fahrzeug deutlich größer als in der Erprobung. Diese Parameter zeigen einen starken, signifikanten Einfluss auf die Schwingfestigkeit, der an Bauteilen wie auch an Proben nachgewiesen werden konnte. Die Folgen des Absenkens der Frequenz sind die Verschiebung der Gaßnerlinie zu geringen Schwingspielzahlen. Die ertragbare Schadenssumme sinkt somit unter praxisnahen Bedingungen ebenfalls ab. Der Einfluss des Prüfmediums Dieselkraftstoff konnte nicht einzeln abgeprüft werden, ist jedoch im praxisnahen Betriebsfestigkeitsversuch enthalten. Da die beobachteten Unterschiede zwischen diesem und dem Erprobungsversuch in Qualität und Quantität vollständig durch die abgeprüften Einflussgrößen erklärt werden können, wird kein weiterer Medieneinfluss unterstellt. Der deutlich aufgezeigte Frequenzeinfluss macht die Notwendigkeit zu Prüfungen bei tiefen Lastwechselfrequenzen von unterhalb einem Hertz deutlich. Hier können weitere Untersuchungen an Proben ein Verständnis der vorliegenden Schädigungsmechanismen liefern. Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Arbeit der Frequenzeinfluss an Proben mit einem praxisnahen Prüfsignal mit einstufiger Belastung gezeigt. Eine Erweiterung auf mehrstufige Versuche macht eine praxisnähere Quantifizierung der beobachteten Effekte möglich. Auch wurde nur ein Werkstoff untersucht, was die Erweiterung des Prüfprogramms auf weitere, zur Fertigung von Common-Rail-Komponenten verwendete Werkstoffe sinnvoll macht.