Universität Stuttgart
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Item Open Access Statistical power analysis in reliability demonstration testing : the probability of test success(2022) Grundler, Alexander; Dazer, Martin; Herzig, ThomasStatistical power analyses are used in the design of experiments to determine the required number of specimens, and thus the expenditure, of a test. Commonly, when analyzing and planning life tests of technical products, only the confidence level is taken into account for assessing uncertainty. However, due to the sampling error, the confidence interval estimation varies from test to test; therefore, the number of specimens needed to yield a successful reliability demonstration cannot be derived by this. In this paper, a procedure is presented that facilitates the integration of statistical power analysis into reliability demonstration test planning. The Probability of Test Success is introduced as a metric in order to place the statistical power in the context of life test planning of technical products. It contains the information concerning the probability that a life test is capable of demonstrating a required lifetime, reliability, and confidence. In turn, it enables the assessment and comparison of various life test types, such as success run, non-censored, and censored life tests. The main results are four calculation methods for the Probability of Test Success for various test scenarios: a general method which is capable of dealing with all possible scenarios, a calculation method mimicking the actual test procedure, and two analytic approaches for failure-free and failure-based tests which make use of the central limit theorem and asymptotic properties of several statistics, and therefore simplify the effort involved in planning life tests. The calculation methods are compared and their respective advantages and disadvantages worked out; furthermore, the scenarios in which each method is to be preferred are illustrated. The applicability of the developed procedure for planning reliability demonstration tests using the Probability of Test Success is additionally illustrated by a case study.Item Open Access Radialdichtungen unter hoher Druckbelastung in Drehübertragern von Werkzeugmaschinen(2010) Henzler, Markus; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)In der vorliegenden Arbeit sind umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen und deren Ergebnisse zu Hochdruck-Drehübertrager zusammengefasst. Hochdruck-Drehübertrager finden oft in Werkzeugmaschinen und in der Mobilhydraulik Anwendung. Hierbei werden Öldrücke von 5 bis 30 MPa – meist schwellend – auf rotierenden oder schwenkenden Wellen bei niedriger Umfangsgeschwindigkeit kleiner 1 m/s abgedichtet. Sog. Rotordichtungen (gekennzeichnet durch kleine Radialdichtringe) kommen bei der Abdichtung zum Einsatz. Dabei treten Schwierigkeiten auf, beispielsweise hohe Reibung und ungünstiges Reibverhalten wie Losbrechreibung, starkes Erhitzen des Reibkontakts, übermäßiger Verschleiß und frühzeitiges Versagen durch sog. Mitrotieren des Dichtrings mit der Welle. Die Standzeiten der Dichtungen sind nicht ausreichend hoch und die hohen Reibkräfte der Dichtungen stören die Funktion erheblich. Spezielle Literatur zum Thema ist kaum vorhanden. Viele Patente befassen sich mit Ansätzen zur Reibungsreduzierung, lassen aber teilweise inhaltlich auf lückenhafte Kenntnis bezüglich der Funktion dieser Dichtungen schließen. Lediglich zwei unabhängige wissenschaftliche Untersuchungen befassten sich bisher mit Radialdichtungen auf diesem Druckniveau. Auf Basis am Markt verfügbarer Dichtringe und deren Werkstoffe wurden die Eigenschaften von Rotordichtringen experimentell ermittelt. Anhand von Werkstoffversuchen wurden die Eigenschaftsprofile hinsichtlich Reibung, Verschleiß und Extrusionswiderstand verschiedener Rotordichtringwerkstoffe erarbeitet. Variationsversuche im Niederdruckbereich belegten mithilfe statistischer Auswertemethoden einen äußerst großen Einfluss der Geometrie des Dichtrings auf die Reibung. Die Dichtringe wurden experimentell auf Losbrechreibung untersucht und die Einflüsse von Stillstandszeit unter Druck und drucklos, sowie Dichtringwerkstoff ermittelt. Versuche mit beidseitig druckbeaufschlagten Dichtungen legten – gemeinsam mit Finite-Element-Analysen – die Basis für ein detaillierteres Funktionsmodell des Dichtmechanismus von Radialdruckdichtungen mit breiter Dichtfläche. Hierbei spielt auch der Öldruck im Dichtkontakt eine wesentliche Rolle, der im Rahmen der Arbeit experimentell bestimmt wurde. Verschleiß der Dichtringe wurde anhand von Dauerlaufversuchen mit zwei unterschiedlichen Versuchsprogrammen gefahren, die sich zum einen an Anwendungen mit Start-Stopp-Betrieb sowie Dauerrotation und pulsierendem Druck (Kupplungsschaltungen) orientierten. Schadensbilder wurden analysiert und beschrieben. Die häufigsten Schadensbilder konnten auf Mitrotieren des Dichtrings mit der Welle zurückgeführt werden. Theoretische und experimentelle Untersuchungen dazu deckten Ursachen auf und wiesen auf die kritischen Betriebszustände hin. Mittels Finite-Element-Untersuchungen wurden thermische Lasten im Drehübertragersystem simuliert und daraus konstruktionsbedingte Einflüsse quantifiziert. Auf Basis von zahlreichen Simulationen wurde ein mathematisches Modell aufgestellt, das es ermöglicht, die Dichtkontakttemperatur zwischen Dichtring und Welle einzuschätzen. Aus den gewonnen Erkenntnissen wurde ein Prototypendichtring entwickelt, der viele der erarbeiteten Konstruktionshinweise in sich in klein bauender Weise vereint. Die wesentlichen Erkenntnisse wurden in einem separaten Kapitel übersichtlich zur praktischen Anwendung zusammengefasst. Die darin gesammelten Gestaltungshinweise sind über Versuche abgesichert und bilden so eine fundierte Grundlage zur Gestaltung eines Drehübertragers mit den gewünschten Eigenschaften. Dem Anwender stehen damit erstmals ausführliche Informationen zur Verfügung, um zu bestimmen, wo kritische Punkte seiner Konstruktion liegen. Es ist ihm möglich Eigenschaften gezielt zu verbessern und Fehlfunktionen vorzubeugen oder deren Ursache zu identifizieren und zu beseitigen.Item Open Access Comprehensive study of failure mechanisms of field-aged automotive lead batteries(2023) Conradt, Rafael; Schröer, Philipp; Dazer, Martin; Wirth, Jonathan; Jöris, Florian; Schulte, Dominik; Birke, Kai PeterModern vehicles have increasing safety requirements and a need for reliable low-voltage power supply in their on-board power supply systems. Understanding the causes and probabilities of failures in a 12 V power supply is crucial. Field analyses of aged and failed 12 V lead batteries can provide valuable insights regarding this topic. In a previous study, non-invasive electrical testing was used to objectively determine the reasons for failure and the lifetime of individual batteries. By identifying all of the potential failure mechanisms, the Latin hypercube sampling method was found to effectively reduce the required sample size. To ensure sufficient confidence in validating diagnostic algorithms and calculating time-dependent failure rates, all identified aging phenomena must be considered. This study presents a probability distribution of the failure mechanisms that occur in the field, as well as provides insights into potential opportunities, but it also challenges diagnostic approaches for current and future vehicles.Item Open Access Modellierung der Zuverlässigkeit technischer Systeme mit stochastischen Netzverfahren(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2018) Rieker, Timo; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)Durch den Einsatz von mechatronischen Systemen mit den Wissensdomänen Mechanik, Elektronik und Software kommt es zu einer weitaus höheren technischen Komplexität in den Systemen. Darüber hinaus ist es aufgrund von wirtschaftlichen Aspekten und zur Förderung des Systemverständnisses wichtig die Zuverlässigkeit dieser Systeme zu verstehen und berechnen zu können. Die komplexen Zusammenhänge können mit gewöhnlichen Zuverlässigkeitsmethoden nicht mehr beschrieben werden. Hier setzen die dynamischen Modellierungsmethoden an, wobei diese häufig aufgrund der aufwendigen Modellierung noch keine hinreichende Beachtung finden. Ziel dieser Arbeit war es, mit der Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise die Motivation zur Anwendung einer geeigneten dynamischen Modellierungsmethode zu fördern. Diese wird durch eine Reduzierung des Modellierungsaufwands und einer realitätsnahen, strukturierten und nachvollziehbaren Modellierung erreicht. Die methodische Vorgehensweise soll dabei als ein Leitfaden für mögliche Anwender dienen. Zu Beginn der Arbeit wurden der Stand der Technik und Forschung zur prinzipiellen Modellierung der Zuverlässigkeit und deren Aspekte in Bezug auf den Modellierungsprozess von mechatronischen Systemen betrachtet. Anschließend wurden die bekanntesten und am verbreitetsten dynamischen Modellierungsmethoden beschrieben. Diese wurden bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit untersucht. Aufgrund dieser Untersuchung wurde gezeigt, weshalb die erweiterten farbigen stochastischen Petrinetze (ECSPN) und speziell die verbundene Modellierung (CSM) für die Modellierung der Zuverlässigkeit von komplexen technischen Systemen geeignet sind. Den Kern dieser Arbeit bildet die Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise zur Modellierung der Zuverlässigkeit von technischen Systemen. Dieser Inhalt teilt sich auf drei Kapitel auf. Zunächst wurden die Anforderungen an die methodische Vorgehensweise formuliert. Es wurden allgemeine Anforderungen, die sich aus der generellen Entwicklung einer Methode ergaben, ausgearbeitet. Die Anforderungen aufgrund des Entwicklungsprozesses ergaben sich aus den speziellen Problemstellungen bei der Entwicklung mechatronischer Systeme. Weiterhin wurden Anforderungen aufgrund der gewählten Modellierungsmethode und zuverlässigkeitsspezifische Anforderungen formuliert. Für die Entwicklung der methodischen Vorgehensweise wurde ein Ebenenansatz gewählt, wobei die jeweiligen Ebenen mehrere Arbeitsschritte beinhalten. Vorteil dieses Ansatzes ist die hohe gesamtheitliche Durchgängigkeit in jeder Modellierungsphase. Weiterhin wird eine starre unidirektionale Modellierung vermieden. Die methodische Vorgehensweise gliedert sich dabei in eine funktionale Ebene, in eine Komponenten-, Betriebs- und Systemebene und in eine Ebene für das Zuverlässigkeitsmodell und die Zuverlässigkeitsanalyse. Auf der funktionalen Ebene wurden Zuverlässigkeitsnetze der relevanten Komponenten auf Basis der bereitzustellenden Funktionen erstellt. Diese wurden auf der Komponentenebene zu Zuverlässigkeitsmodellen erweitert. Wechselwirkungen, die zwischen den Komponenten entstehen können, fanden ebenfalls Berücksichtigung. Auf der Betriebsebene wurden die zeitabhängigen Belastungen der Komponenten bestimmt. Maßgeblichen Einfluss darauf haben die Lastkollektive und die Betriebsstrategie, für die die Vorgehensweise bei deren Modellierung beschrieben wurde. Auf der Systemebene wurden die vervollständigten Zuverlässigkeitsmodelle zu einem Gesamtmodell zusammengefügt und schließlich auf der untersten Ebene berechnet und analysiert. Der Einfluss der Alterung der Komponenten wurde gezeigt und deren Modellierung beschrieben. Anhand den zuvor formulierten Anforderungen wurde die methodische Vorgehensweise reflektiert. Durch den Ebenenansatz wurde eine für den Anwender transparente und nachvollziehbare Vorgehensweise erreicht. Die Modellierung in den Ebenen kann unabhängig voneinander durchgeführt und zu einem späteren Zeitpunkt verknüpft werden. Die wesentlichen Herausforderungen, die bei der Modellierung von komplexen technischen Systemen entstehen, konnten erfüllt werden. Die Modellierung von Betriebsstrategien, zeitabhängigen Lastkollektiven, Alterungseinflüssen und Wechselwirkungen zwischen den Komponenten, die die Zuverlässigkeit maßgeblich beeinflussen, wurden gezeigt. Anhand eines Hybridantriebsstrangs eines Parallel-PlugIn-Hybridfahrzeugs wurde die methodische Vorgehensweise angewendet. Hier wurde der Einfluss von verschiedenen Fahrzyklen auf die Zuverlässigkeit der relevanten Komponenten und des Systems gezeigt.Item Open Access Übertragbarkeit von Vorkenntnissen bei der Zuverlässigkeitstestplanung(2007) Hitziger, Tillmann; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)Der Zuverlässigkeit neuer Produkte wird immer mehr Aufmerksamkeit der potentiellen Kunden zu Teil. Zuverlässigkeit ist zu einem der entscheidenden Kaufargumente geworden, sowohl im Konsum- als auch im Industriegüterbereich. Im Entwicklungsprozess ist die Produktzuverlässigkeit daher von zentraler Bedeutung. Auf Grund der immer kürzer werden Entwicklungszeiten und dem allgemein herrschenden Kostendruck findet die Erprobung neuer Produkte mit einem sehr engen Zeit- und Budgetplan statt. Es besteht daher ein großes Interesse, den zum Nachweis der Produktzuverlässigkeit notwendigen Stichprobenumfang auf ein Nötiges zu beschränken. Davon motiviert, wurden in den letzten Jahren verstärkt Analyseverfahren erarbeitet, die es erlauben, bei der Planung von Zuverlässigkeitstests Vorkenntnisse anderer, ähnlicher Produkte einzubinden. Dadurch kann es gelingen, den statistisch geforderten Stichprobenumfang in der Produkterprobung zu reduzieren. Ein mögliches Verfahren zur Berücksichtigung von Vorinformationen zur Zuverlässigkeit wurde von Krolo vorgestellt. Diese Vorgehensweise zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass bei der Übertragung der Vorkenntnisse ein so genannter Transformationsfaktor eingebunden wird. Dieser Faktor ermöglicht es, die bekannte, zusätzliche Information nur zu einem bestimmten Anteil zu nutzen. Einer eventuell unzureichenden, statistischen Absicherung der Zuverlässigkeit wird dadurch entgegengewirkt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Möglichkeiten zur Bestimmung dieses, von Krolo eingeführten, Transformationsfaktors. Nach dem Einstieg in die Planung von Zuverlässigkeitstests auf Basis der klassischen Testplanung, wurde daher zunächst das Krolo-Verfahren mit den für diese Arbeit maßgeblichen mathematischen Grundlagen vorgestellt. Der Einstieg in die eigentliche Thematik stellt die Übersicht über mögliche Ansätze zur Bestimmung des Transformationsfaktors dar. Im Anschluss daran, wurde ein qualitatives, auf der so genannten Fuzzy-Technik aufbauendes, Verfahren aufgezeigt. Diese expertenbasierte Vorgehensweise ermittelt an Hand der, die spätere Zuverlässigkeit maßgeblich bestimmenden, Einflussgrößen den Transformationsfaktor zwischen einem neuen Produkt und einem ähnlichen Produkt, beispielsweise einem Vorgänger. Es eignet sich daher insbesondere dazu, zu Beginn der Erprobung, wenn noch keine Testergebnisse des neuen Produkts vorhanden sind, eine erste qualitative Aussage über den vermutlich notwendigen Stichprobenumfang zu treffen. Sind jedoch Testergebnisse für beide Produkte bekannt, kann der Transformationsfaktor mittels so genannter Anpassungstests exakter bestimmt werden. Den Kern dieser Arbeit stellen daher die erarbeiteten, quantitativen Vorgehensweisen dar. Sie basieren auf dem Anpassungstest nach Kolmogorov und Smirnov. An Hand der Summenfunktionen der betrachteten Stichproben wird eine Wahrscheinlichkeit dafür ermittelt, dass beide Stichproben aus einer ihnen gemeinen Grundgesamtheit stammen. Der Transformationsfaktor wurde in dieser Arbeit mit jener Wahrscheinlichkeit angenommen. Um diese Annahmen zu verifizieren wurden verschiedene Simulationen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Ermittlung des Transformationsfaktors in Verbindung mit dem Verfahren nach Krolo sehr gute Ergebnisse liefert. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der auf diese Weise ermittelte, zum Nachweis der Produktzuverlässigkeit notwendige Stichprobenumfang mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit korrekt ist. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit stellt die praktische Ermittlung des Transformationsfaktors mittels der erarbeiteten Vorgehensweise dar. Es wurde aufgezeigt wie auf verschiedene Datensituationen eingegangen werden muss. Dabei wurden sowohl zensierte als auch unzensierte Produktinformationen in Betracht gezogen. Außerdem wurde auf den Einsatz der Methodik bei der Planung und Analyse von Systemtests hingewiesen. Den Abschluss der Arbeit bildet die beispielhafte Anwendung des vorgestellten quantitativen Verfahrens. Für Achsgetriebe von Nutzfahrzeugen wurde durch den Einsatz der Methode eine deutliche Reduzierung des Versuchsaufwands erzielt. Es konnte eine bezüglich der Anzahl an Probanden optimierte Teststrategie entwickelt werden. Insbesondere bei Baureihenprodukten ist die Anwendung des Verfahrens nach Krolo im Zusammenspiel mit dem in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren zur Bestimmung des Transformationsfaktors sehr effektiv. Nicht zu letzt dieses Beispiel zeigt den Vorteil der Verfahren zur Berücksichtigung von Vorkenntnissen. Im Gegensatz zu den klassischen Vorgehensweisen ist mit derartigen Verfahren eine hinsichtlich Zeit und Kosten optimierte Planung von Zuverlässigkeitstests möglich.Item Open Access Einfluss supergefinishter Dichtungsgegenlaufflächen auf die Funktion von Radial-Wellendichtungen(2016) Schulz, Markus; Bauer, Frank; Haas, WernerItem Open Access Ganzheitliche Datenerfassung für verbesserte Zuverlässigkeitsanalysen(2012) Leopold, Tobias; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)Die Produktzuverlässigkeit stellt eine der wichtigsten Produktmerkmale dar, die weitestgehend während der Produktentstehung determiniert wird. Der darauf basierende Anspruch einer geringen Ausfallwahrscheinlichkeit von Produkten bedarf umfangreicher Zuverlässigkeitsanalysen während der Entwicklung und Herstellung eines Produkts. Der endgültige Nachweis, ob die Anstrengungen zur Erreichung und Sicherstellung der Produktzuverlässigkeit erfolgreich waren, kann abschließend erst während der Nutzungsphase des Produkts erfolgen. Somit muss der gesamte Produktlebenszyklus von Zuverlässigkeitsanalysen begleitet werden. Die Basis für aussagekräftige Zuverlässigkeitsanalysen sind, neben einer korrekten und zweckmäßigen Anwendung von Zuverlässigkeitsmethoden, die dafür notwendigen Zuverlässigkeitsdaten. Nur die Verbindung einer geeigneten Datenbasis mit bedarfsgerechten Analysemethoden erlaubt die Beantwortung wichtiger Fragestellungen der Zuverlässigkeitstechnik. Insbesondere die Zuverlässigkeitsdaten müssen dafür umfangreiche und teilweise sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Neben einer Anforderungsanalyse müssen deshalb die potentiell zur Verfügung stehenden Zuverlässigkeitsdaten untersucht und bewertet werden. Um eine Vergleichbarkeit der Bewertungen verschiedener Datenquellen sicherzustellen, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Bewertungsmodell für Zuverlässigkeitsdatenquellen entwickelt und angewandt, das auf wichtigen Anforderungen und Eigenschaften von Zuverlässigkeitsdaten beruht. Da im Allgemeinen nur eine begrenzte Anzahl an Zuverlässigkeitsdatenquellen zur Verfügung steht bzw. realisiert werden kann, muss in Abhängigkeit der Aufgabenstellung eine ideale Kombination von Zuverlässigkeitsdatenquellen für anschließende Zuverlässigkeitsanalysen bereitgestellt werden. Dabei ist neben dem Nutzen der Datenquellen zusätzlich der Aufwand zu berücksichtigen, der für deren Verwendung entsteht. Unter Berücksichtigung der umfangreichen Zusammenhänge wird in dieser Arbeit ein modularer Aufbau einer ganzheitlichen Zuverlässigkeitsdatenerfassung entwickelt. Nur durch die Kombination von verschiedenen Datenquellen, die unterschiedliche Anforderungen von unternehmerischen Aufgabenstellungen erfüllen, kann eine sinnvolle Datenbasis für Zuverlässigkeitsanalysen geschaffen werden. Zusätzlich sind Aspekte der Unternehmensintegration zu berücksichtigen, die sich in einem zentralen Zuverlässigkeitsmanagement sowie der Prozess- und Projektverankerung widerspiegeln.Item Open Access Einfluss von Grenzflächeneffekten auf den Dichtmechanismus der Radial-Wellendichtung(2014) Schuler, Peter; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)Problemstellung und Ansätze Moderne Schmierstoffe, wie Polyglykole und Ester, verursachen beim Abdichten mit Radial-Wellendichtringen (RWDR) Probleme. Neben chemischer Unverträglichkeit mit dem Elastomer kann höherer Verschleiß und schließlich Leckage auftreten. Die Ursache dieser Nachteile gegenüber konventionellen, mineralischen Schmierstoffen wurde in den Benetzungseigenschaften der Schmierstoffe vermutet. Zur Lösung wurden zwei Ansätze gewählt: Erstens, die Bestimmung der Oberflächenenergie der Komponenten der Radial-Wellendichtung (Schmierstoff, Elastomer und Gegenlauffläche). Von der Oberflächenenergie wurde dabei die Aufspaltung in einen polaren und einen dispersen Anteil berücksichtigt. Zweitens, die Untersuchung der Schmierstoffeigenschaften hinsichtlich des Einflusses strömungsmechanischer Instabilitäten. Solche Instabilitäten sind Taylor-Görtler-Wirbel und der Thermokapillareffekt. Untersuchungen Zehn chemisch unterschiedliche Schmierstoffe wurden untersucht: Zwei Mineralöle, drei Polyglykole, ein Poly-α-Olefin, zwei Ester und zwei Silikonöle. Benetzungs- und strömungsrelevante Stoffwerte wurden in Abhängigkeit der Temperatur gemessen. Diese Stoffwerte dienten der Berechnung von Benetzungs- und Strömungskenngrößen. Benetzungsversuche zeigten direkt das Verhalten der Schmierstoffe auf unterschiedlichen Substraten. Dichtungstechnische Versuche wurden hauptsächlich mit Radial-Wellendichtungen durchgeführt. Versuche mit PTFE-Manschetten und Stangendichtungen erweiterten den Blick auf andere Dichtsysteme. Von Radial-Wellendichtungen wurde das Förderverhalten, das Reibverhalten und das Verschleißverhalten bestimmt. Die Ergebnisse der dichtungstechnischen Versuche wurden nach den Benetzungs- und Strömungskenngrößen ausgewertet. Ergebnisse Die wichtigsten Ergebnisse sind: Der Förderwert von Radial-Wellendichtungen hängt, für die untersuchten Schmierstoffe, linear von deren Adhäsionsarbeit auf der Gegenlauffläche ab. Hohe Adhäsionsarbeit bedeutet einen hohen Förderwert. Für den Verschleiß von RWDR und Gegenlauffläche zeigt sich ein Zusammenhang mit der Adhäsionsarbeit zwischen Schmierstoff und Elastomer- Dichtkante. Unterschritt die Adhäsionsarbeit den Wert der Kohäsionsarbeit, trat im Versuch Verschleiß auf. Ab einem kritischen Wert der hydrodynamischen Kennzahl ändert sich der Reibungszustand der Radial-Wellendichtung. Das Eintreten der Änderung wurde mit dem Einsetzen thermokapillarer Instabilität erklärt. Fortschritt Eine Erklärung für den Schmierstoffeinfluss auf den Dichtmechanismus wurde gefunden. Adhäsions- und Kohäsionsarbeit der Komponenten der Radial-Wellendichtung haben einen deutlichen Einfluss auf das Förder- und Verschleißverhalten. Der Einfluss axialer (Thermokapillareffekt) und radialer (Görtler-Wirbel) Temperaturgradienten wurde aufgezeigt. Einschränkungen Die erzielten Ergebnisse gelten in erster Linie nur für die untersuchten Kom- ponenten. Trotz der breiten Fächerung an Versuchsteilen kann nicht ohne Weiteres auf andere Polymere und Schmierstoffarten geschlossen werden. Die für die Elastomere ermittelten Oberflächenenergien hängen von der Vorbehandlung der Proben ab. Trotz plausibler Ergebnisse sind diese Oberflächenenergien als Relativwerte zu verstehen. Die dichtungstechnischen Versuche wurden für einen Betriebspunkt durch- geführt. Die gezeigten Zusammenhänge könnten an anderen Betriebspunkten (insbesondere sehr niedrige und sehr hohe Temperatur) durch weitere Effekte überlagert oder egalisiert werden.Item Open Access Einfluss der Wellenoberfläche auf das Dichtverhalten von Radial-Wellendichtungen(2005) Kunstfeld, Thomas; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)Für ein zuverlässig funktionierendes Dichtsystem Radial-Wellendichtung ist die Wellenoberfläche von entscheidender Bedeutung. Als tribologischer Partner des Dichtrings ist die Wellenoberfläche direkt durch die gegebenenfalls vorhandene Eigenförderung und indirekt durch die Beeinflussung der Dichtringförderung für die Gesamtfunktion ausschlaggebend. Dieser Bedeutung wird durch strenge Vorgaben hinsichtlich der Herstellung und Ausprägung der Wellenoberfläche in den gültigen Normen Rechnung getragen. Kostenreduktion und Prozessoptimierung erfordern Alternativen zu dem Jahrzehnte alte Fertigungsverfahren für Wellenoberflächen härten und im Einstich schleifen. Im Rahmen dieser Arbeit sollten einerseits in Frage kommende alternative Wellenoberflächen untersucht werden, und andererseits eine Vorgehensweise entwickelt werden, mit der entsprechende Wellenoberflächen hinsichtlich ihrer Eignung als Gegenlauffläche für Radial-Wellendichtringe erprobt und beurteilt werden können. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit eine vierstufige Vorgehensweise entwickelt. Ausgehend von der berührungslos optisch vermessenen 3D-Oberflächentopografie werden dabei für die vorliegende Wellenoberfläche anhand eines auf der Bildverarbeitung beruhenden Verfahrens charakteristische Kennkurven ermittelt. Anhand dieser Kennkurven kann die Oberflächenstruktur beurteilt, und durch typische Merkmale klassifiziert werden. Im zweiten Schritt wird der Förderwert der Wellenoberflächen in beiden Drehrichtungen gemessen. Gilt die untersuchte Wellenoberfläche weiterhin als geeignet, wird im dritten Schritt ein erster Funktionstest im Dichtsystem durchgeführt. Im vierten und letzten Schritt wird die Funktionalität des Dichtsystems über einen längeren Zeitraum beobachtet, um die Langzeiteigenschaften abzusichern. Dazu wird die vom Autor entwickelte modifizierte Zweikammermethode eingesetzt. Durch die Messung des Systemförderwerts in regelmäßigen Abständen, kann dessen Veränderung und somit die Veränderung der Dichtfunktion im Betrieb vermessen werden. Die eingesetzte Wellenoberfläche, aber auch alle übrigen Systemkomponenten können so hinsichtlich der Auswirkung auf die Dichtfunktion und Langzeiteigenschaften beurteilt werden. Dadurch sind künftig weitreichende Untersuchungen am Dichtsystem mit der Option, in das Dichtsystem „hineinzublicken“, möglich. Der Schwerpunkt der so untersuchten alternativen Fertigungsverfahren lag im Bereich der Drehverfahren. Es wurden Parameterstudien für längsgedrehte Wellenoberflächen unter Verwendung von ungehärteten und gehärteten Werkstoffen durchgeführt. Variiert wurde: Vorschub, Schneidenradius, Einfluss von Maschinen- bzw. Werkzeugschwingungen und Schneidenverschleiß. Zusätzlich wurden Nachbearbeitungsverfahren und Drehverfahren ohne axialen Vorschub, wie das Tangentialdrehen und das Drehen im Einstich untersucht. Grundsätzlich sind die längsgedrehten Wellenoberflächen, hart oder weich, als Gegenlauffläche für Radial-Wellendichtringe geeignet. Speziell die längs-hartgedrehten Wellenoberflächen zeigen kein drehrichtungsabhängiges Förderverhalten und geringe Förderwerte. Die längs-weichgedrehten Wellenoberflächen zeigen ein teilweise von der Drehrichtung abhängiges Förderverhalten, welches jedoch keine negativen Auswirkungen auf das Dichtverhalten hatte. Auch die ohne axialen Vorschub hartgedrehten Wellenoberflächen sind geeignet, wobei die sehr „glatten“ Oberflächen zu geringen Förderwerten der Wellenoberfläche und des Dichtrings führen. Die durch Bandfinishen oder Kurzhubhonen hervorgerufenen, sehr feinen und meist schräg zur Wellenachse gerichteten, Riefenstrukturen sind äußerst förderintensiv. Sie können zu großer Leckage oder ungünstigen Schmierungsbedingungen im Dichtsystem führen. Diese Verfahren sind damit keine taugliche Alternative. Die makroskopische Drehwendel hat offensichtlich keinen Einfluss auf die Fördereigenschaft der Wellenoberfläche, eingebrachte Mikrostrukturen jedoch zeigen einen erheblichen Einfluss. Daraus kann abgeleitet werden, dass die Fördereigenschaften der Wellenoberfläche fast ausschließlich von deren „Mikrostruktur“ bestimmt werden, die größenordnungsmäßig deutlich unterhalb z.B. einer Drehwendel (Steigung ca. 0,05 bis 0,3 mm) liegt. Anhand der hier vorgestellten Vorgehensweise können beliebige Wellenoberflächen dichtungstechnisch geprüft und beurteilt werden. Künftig ist eine direkte Kennwertbildung aus den vorliegenden charakteristischen Kennkurven denkbar. Zur Verbesserung der Aussagemöglichkeiten sind weitere Erfahrungswerte hinsichtlich der Auswirkungen bestimmter Oberflächenstrukturen, Ausprägungen (z.B. Breiten-Längenverhältnis) etc. nötig. Dazu bietet unter anderem die Beobachtung des Systemförderwerts im Betrieb weit reichende Untersuchungsmöglichkeiten.Item Open Access Systematisches Toleranz Design unter Berücksichtigung von Funktions- und Kostenaspekten nach der robusten Zuverlässigkeitsmethode SMAR²T(2015) Kemmler, Stefan; Fuchs, Alexander; Leopold, Tobias; Bertsche, BerndTendenzen für heutige Herausforderungen zur effizienten Produktentwicklung verlagern sich in Richtung von simulativ gestützten virtuellen Herangehensweisen. Hierfür werden in der industriellen Entwicklung komplexer Produkte zunehmend Methoden angewandt, die unter Einsparung von notwendigen Ressourcen umfassende realitätsnahe Ergebnisse liefern. Diese Ergebnisse werden zielgerichtet an die jeweilige Anforderung unter Berücksichtigung deren Robustheit, technische Realisierbarkeit sowie Kosten bezüglich variierender Toleranzeinstellungen, optimiert. Zur Veranschaulichung der methodischen Vorgehensweise zum Gestalten robuster und zuverlässiger Produkte unter Berücksichtigung von Funktions- und Kostenaspekten wird die Vorgehensweise zur Bestimmung eines Kostenmodells im Toleranz Design nach SMAR²T (Systematic Method for Axiomatic Robust Reliability-Testing Method) anhand eines einfachen technischen Systems (Überlastkupplung) diskutiert.