Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. DVM-N 61 • Sommer 2014

Liebe Mitglieder und Freunde des DVM,

2014 besteht Ihr DVM 60 Jahre seit der Wiedergrün-dung im Jahr 1954 – ein kleines Jubiläum und Anlass einmal zurück zu blicken. Der DVM hat sich den wissenschaftlich-technischen und politisch-historischen Herausforderungen seit sei-ner Gründung immer wieder neu stellen können. Da-rauf dürfen Sie stolz sein, denn dies gelang nur Dank des Engagements seiner Mitglieder und insbesondere derjenigen, die ehrenamtlich aktiv in den Arbeitskrei-sen, den unabhängigen Veranstaltungsformaten, in Beirat und Vorstand arbeiten.

Seit der ursprünglichen Gründung 1896 haben die Ver-antwortlichen den DVM als Plattform für Kommunikati-on und Wissenstransfer zukunftsweisender fachlicher Trends immer wieder neu „erfunden“. Eine detailreiche Übersicht hat der damalige DVM-Vorsitzende Manfred Wilhelm in der DVM-Festschrift anlässlich des 100jähri-gen Bestehens des DVM 1996 zusammengestellt:1

So wurde von den Gründungsvätern Carl von Bach, Johann Bauschinger und Adolf Martens die Ende des 19. Jahrhunderts im Rahmen des revolutionären in-dustriellen Aufbruchs bestehende Notwendigkeit der Entwicklung und Vereinbarung geeigneter Prüfverfah-ren zur Charakterisierung der verwendeten Werkstof-fe erkannt und als DVM-Verbandszweck definiert. Die Beurteilung der Sicherheit technischer Bauteile und

Bauwerke und die Vergleichbarkeit der Produkte war vordringlich notwendig.

Bereits vor der Zäsur durch den Ersten Weltkrieg (1914 – 1918) und auch danach beschäftigten sich die Experten in den damaligen DVM-Ausschüssen mit der Definition und Vereinheitlichung bis hin zur Normung von Prüfverfahren. Es entstand eine enge Zusammen-

arbeit mit den Vorgängerinstitutionen des heutigen DIN. Der DVM war seinerzeit in die Bereiche „Metalle“, „Nichtmetallische anorganische Stoffe“, „Organische Stoffe“ und „Fragen von allgemeiner Bedeutung“ auf-geteilt. Nach der weiteren Zäsur durch den Zweiten Weltkrieg (1939–1945) standen zunächst wiederum hauptsächlich Normungsfragen im Mittelpunkt; der DVM war seiner vormaligen Zweckbestimmung nahe-zu entzogen.

Bald wurde jedoch deutlich, dass die Weiterentwick-lung der Materialprüfung wissenschaftlichen Gedan-kenaustausch in Vortrags- und Diskussionsforen mit

Inhalt

Kommentar: „HiPer-Comp“ . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Berichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 – 7 DVM-Juniorpreis für Dr.-Ing. Geralf Hütter . . . . . . . . 7 Serie: Vorstellung von DVM-Mitgliedsinstituten

LWF der Universität Paderborn . . . . . . . . . . . . . . . 9 Kennen Sie August Wöhler? . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Veranstaltungen / Interna . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Beilage Absicherungskonzept für die Betriebsfestigkeit von

Hochvolt-Speicherbatterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge Lastdatenermittlung in elektrischen Achsantrieben und

Betriebsfestigkeitsbewertung für das Subsystem Elektri-sche Maschine

NACHRICHTENMitteilungen für DVM-Mitglieder

www.dvm-berlin.de

1 DVM 1896 bis 1996 – 100 Jahre Ein Verband mit Tradition, DVM 1997

DVM-Vorstand- und –Beirat 2014: 1. Reihe vlnr: H.-A. Richard, K. Mädler, L. Krüger, P. Hübner, L. Issler, M. Brune2. Reihe vlnr: J. Nuffer, T. Böllinghaus, M. Oechsner, E. Roos, H. Frenz, P. Heuler, M. Decker, R. Masendorf3. Reihe vlnr: L. Jung, E. Groß, J. Scholten, K. Leers, R. Heim, H. Fuchs, M. Bacher-Höchst, P. Klose, P. D. Portella

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Historie / Profil DVM-N 61 • Sommer 2014

der entsprechenden Dokumentation erforderte. Die Wiedergründung 1954, initiiert von Erich Siebel und Max Pfender, bedeutete daher gleichzeitig einen Neu-anfang mit verändertem Aufgabenspektrum, das noch heute im Wesentlichen die Zielsetzung der DVM-Arbeit beschreibt:

• Förderung der Entwicklung und Verbreitung der Kenntnisse auf dem Gebiet der Materialprüfung

• Koordination der Arbeiten der verschiedenen technischen Organisationen auf dem Gebiet der Materialprüfung

• Pflege der Zusammenarbeit mit internationalen Gremien

Auch die Arbeitsweise des DVM änderte sich und so wurden zunächst alle zwei Jahre die DVM-Tage eingeführt. Hier konnten neueste Ergebnisse der Werkstoffprüfung vorgestellt werden, Probleme bei der Prüfung neuer Werkstoffe und Werkstoffsysteme diskutiert und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Prüfverfahren präsentiert werden. Der DVM-Tag

wurde bereits in den 1980er Jahren unter das Thema „Bauteil“ gestellt, um unter diesem Bezug zu doku-mentieren, dass die Materialprüfung eine wichtige Mittlerrolle zwischen Werkstoffwissenschaft und in-dustrieller Anwendung einnimmt. Dies indem sie den Grad der Übereinstimmung zwischen werkstofflichen Eigenschaften und betrieblichen Anforderungen de-finiert und ermittelt. Viele Themen verdichteten sich in Schwerpunkten, die dann zur Gründung der DVM-Arbeitskreise führten. Soweit die Ausführungen von Manfred Wilhelm.

Unter dem Leitgedanken der Strukturintegrität gilt das Interesse des DVM gegenwärtig der Frage, was das erforderliche Wissen ist, um die Integrität, Sicher-heit und den Lebenszyklus eines Bauteils/Systems kompetent planen und bewerten zu können.

Fazit: Ihr Verband präsentiert sich 2014 quicklebendig und zukunftsweisend – Herzlichen Glückwunsch!

Mit besten Grüßen von der GeschäftsstelleSusanne Bachofer, MA

1954 – ein bedeutendes Jahr für den DVM – aber was ereignete sich noch?

Richtig! Auch im Juli 1954 wurde die deutsche Nationalelf Fußballweltmeister. Damals mit einem 3:2 Sieg über Ungarn in Bern.

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DVM-N 61 • Sommer 2014 Kommentar

Für das HiPerComp-ProjektteamProf. Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Bremen www.hipercomp.de

DFG-AiF-Gemeinschaftsvorhaben HiPer-Comp (High Performance Components)

Sehr geehrte Damen und Herren,liebe DVM-Mitglieder, ständige, vom Leichtbau und der Ressourcenschonung getriebene Steigerungen der Werkstoffbeanspruchung und -ausnutzung stoßen immer häufiger an Grenzen. D. h. die verfügbare Werkstoffbeanspruchbarkeit reicht trotz Anwendung modernster Werkstoffe und Verfestigungsverfahren nicht mehr aus bzw. die - gera-de in der Antriebstechnik anzutreffenden - höchstfes-ten Werkstoffzustände reagieren immer empfindlicher auf Werkstoffungänzen oder Bauteilfehler. Letztere führen gerade bei Stählen zu einer Verteilungsfunk-tion, die neben einem beachtlichen mittleren Festig-keitsniveau oft wenige Bauteile mit deutlich niedrige-rer Beanspruchbarkeit und damit Lebensdauer zeigen. Diese prägen das Bild der sog. „ppm-Ausfälle“, die für Kunden ärgerlich, für Hersteller oft mit nicht unerheb-lichen Gewährleistungskosten verbunden sind.

Neben einem Ziel der Suche nach einer weiteren Steigerung der spezifischen Festigkeit durch ange-passte Legierungs- und Wärmebehandlungsverfahren verfolgt das DFG-AiF-Gemeinschaftsvorhaben „HiPer-Comp“ (High Performance Components) einen neuen Ansatz, Werkstoffkonzepte zu entwickeln, die - ggfs. unter leichter Absenkung des mittleren Festigkeits-niveaus - eine größere Schadenstoleranz zeigen. Am Beispiel bekannt hochbeanspruchter Antriebstechnik-bauteile (Zahnräder, Wälzlager, Einspritzkomponen-ten) werden, basierend auf den bisher gebräuchlichen Stählen (Einsatz-, Vergütungs- und Wälzlagerstähle), verschiedene Legierungskonzepte untersucht, die über eine lokale Gefügeumwandlung oder stärkere Verfestigung bei plastischer Verformung eine Erhö-hung der lokalen Festigkeit oder einen Abbau von Spannungsspitzen ermöglichen. In einem integrierten Ansatz aus Bauteilauslegung, Legierungsentwicklung, Werkstoffcharakterisierung, Wärmebehandlung und Bauteilerprobung beschäftigen sich seit 2010 die For-schungsstelle Zahnräder und Getriebebau (FZG) der TU München, das Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK) der RWTH Aachen, der Lehrstuhl für Werkstoffkunde (WKK) der Universität Kaiserslautern sowie die Stif-tung Institut für Werkstofftechnik (IWT) Bremen mit diesem neuartigen Ansatz (www.hipercomp.de). Durch verschiedene Legierungskonzepte werden TRIP-Ge-füge und Verfestigungsmechanismen über Mischkris-tallbildung, Elementcluster, Teilchenausscheidungen und Feinkornzustände in ihrer Wirkung charakterisiert. Die umfangreichen Arbeiten werden nur ermöglicht durch eine parallele Förderung der Grundlagen- und angewandten Forschung, die zeitlich versetzt die ver-

schiedenen Arbeitspakete von der Werkstoffanstren-gung bis zum Bauteiltest umfasst. Wie in der anwen-dungsnahen Forschung üblich, begleitet ein großer Industriearbeitskreis, zu dem auch DVM-Mitglieder zählen, die Arbeiten und wirkt als Industriepaten im Lenkungsteam mit.

In der Zwischenzeit liegt eine Fülle an Ergebnissen der verschiedenen Konzepte vor, die aktuell auf Zielerrei-chung und technische Realisierbarkeit untersucht wer-den. Ende des Jahres 2014 werden im Rahmen eines öffentlichen HiPerComp-Abschlusskolloquiums die Resultate vorgestellt werden. Über die einschlägigen Medien, auch die des DVM, wird hierzu rechtzeitig ein-geladen. Über eine rege Beteiligung würden wir uns freuen.

Das HiPerComp-Projekt ist ein gutes Beispiel für die Möglichkeiten, die ein vernetztes Arbeiten bietet, hier getragen durch die DFG und das BMWi über die AiF als Förderer sowie deren Mitgliedsvereinigungen, die Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werk-stofftechnik (AWT), die Forschungsvereinigung An-triebstechnik (FVA) und die Forschungsvereinigung Stahlanwendung (FOSTA). Der enge Austausch zwi-schen den wissenschaftlichen Partnern und der In-dustrie funktioniert hervorragend, so dass bereits weiterführende Arbeiten aus dem Konsortium her-aus geplant sind, über die zu gegebener Zeit berichtet werden kann.

H.W. Zoch

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Bericht DVM-N 61 • Sommer 2014

Workshop Numerische Simulation in der Betriebsfestigkeit

Bericht

In diesem Jahr fand am 05. und 06. Februar zum drit-ten Mal der DVM-Workshop „Numerische Simulation in der Betriebsfestigkeit“ statt. Gastgeber dieser Ver-anstaltung waren die John Deere Werke in Mannheim, die in den Veranstaltungsräumen des John Deere Fo-rums durch eine imposante und beeindruckende Aus-stellung von Landmaschinen die technikbegeisterten Workshop-Teilnehmer willkommen hießen.

Herr Dr.-Ing. Jens Eufinger vom Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF begrüßte die Teilnehmer in diesem Jahr erstmalig als Programmausschussvorsitzender und führte in das vielfältige und branchenübergreifende Programm ein. Insgesamt 16 hochkarätige Referenten präsentierten in Ihren Vorträgen anwendungsorientierte Simulati-onsarbeiten zu den Themenschwerpunkten:

• Simulation des Werkstoff- und Bauteilverhaltens• Modellierung von Gesamtsystemen• Branchenspezifische Simulationsanwendungen

und –prozesse• Sensitivitätsanalyse, Optimierung, Robust Design

Durch die sehr interessanten Beiträge der Vortragen-den wurde die lebhafte Fachdiskussion dieser hoch-aktuellen Thematiken im branchenübergreifenden Auditorium gefördert. Themen waren unter anderem die Berücksichtigung von Fertigungseinflüssen, die Analyse von Schrauben- und Fügeverbindungen, die Erstellung von Lastkollektiven, die Reifensimulation, die simulationsbasierte Lagerauslegung sowie auch der Einsatz der Simulation zur Zuverlässigkeitsbe-

rechnung und Optimierung. Des Weiteren wurden durchgängige Simulations- und Bewertungsprozesse in den Bereichen der Automobiltechnik sowie auch der (Wind-)Energietechnik detailliert vorgestellt. Summa summarum: ein vielfältiges und höchst interessantes Programm! An dieser Stelle sei den Programmaus-schussmitgliedern für Ihr Engagement bei der Zusam-menstellung gedankt.

Durch die einzelnen Fachbeiträge und die anschlie-ßende angeregte Diskussion wurde wieder einmal deutlich, dass die numerische Simulation heutzutage ein etablierter Bestandteil der modernen Produktent-wicklung ist. In Gesprächen zeigte sich zudem recht deutlich, dass gerade der branchenübergreifende Aus-tausch, der im Rahmen dieses Workshops stattfand, auf großes Interesse und positive Resonanz bei den Teilnehmern gestoßen ist. Dieser Austausch fördert das Verständnis, die Weiterentwicklung sowie die Ide-enfindung bei den eigenen Fragestellungen.

Herr August Altherr, Director ETIC John Deere, stimmte uns mit seinem beeindruckenden Gastvor-trag zu den immensen Herausforderungen, welche zukünftig an die Landwirtschaft und die Landmaschi-nentechnik aufgrund der globalen Entwicklung der Menschheit gestellt werden, in das fachliche Rahmen-programm am Nachmittag des ersten Workshop-Tages ein. Die Workshop-Teilnehmer hatten dann die tolle Gelegenheit, bei der Werksführung die Produktions-bereiche und die Testabteilung der Traktoren sowie die 3D-Visualisierung im Virtuellen Raum der John Deere Werke Mannheim kennenlernen und erleben zu dür-fen. Mit fachkundigem Personal ging es durch die ein-zelnen Bereiche. Auch hier bestätigte sich wieder der Eindruck vom morgendlichen Empfang, dass sich die Landmaschinentechnik zum einen durch die Größe der Maschinen imposant und zum anderen auf technisch höchstem Niveau präsentiert. All diese technisch hoch interessanten Einblicke machte Herr Dr.-Ing. Christian von Holst von John Deere für die Workshop-Teilnehmer möglich. Ihm sei an dieser Stelle für seinen beherzten und unermüdlichen Einsatz bei der Organisation und der Umsetzung vor Ort gedankt.

An die Werksbesichtigung schloss sich der kommu-nikative Abend an. Viele Teilnehmer nutzen die Gele-genheit, um in lockerer Atmosphäre die Eindrücke und Gespräche vom Tage weiter zu vertiefen.

Julian Bernhard, M. Sc., Dipl.-Ing. (FH) TU Darmstadt

Veranstaltungsteilnehmer bei John Deere

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DVM-N 61 • Sommer 2014 Bericht

Veranstaltungen des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge

Bericht über das Fortbildungsseminar und die Tagung

Am 10. Februar 2014 fand das DVM-Fortbildungsseminar „Ermüdungsrisswachstum – Simulation und Validierung“ des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge in den Räum-lichkeiten der Universität Kassel statt.Neben grundlegenden Betrachtungen zur Ermü-dungsrissausbreitung unter zyklischer Belastung lagen die Themenschwerpunkte bei bruchmecha-nischen Berechnungsmethoden, Rissfortschrittsi-mulationen sowie Lebensdauerbewertungen von Bauteilen mit vorhandenen bzw. angenommenen Rissen unter Berücksichtigung verschiedener Ein-flussfaktoren.

Nach einer einführenden Erläuterung der Grund-lagen der Ermüdungsrissausbreitung samt ihrer Mechanismen und Rissspitzenparameter sowie Ab-schätzung der Restlebensdauer mittels Rissausbrei-tungskurve (Prof. Hübner, Hochschule Mittweida), folgte ein Beitrag über verschiedene Rissfortschritt-simulationen sowie Bestimmung und Validierung von Spannungsintensitätsfaktoren zur Berechnung der Restlebensdauer (Prof. Sander, Universität Rostock).

Nachfolgender Fortbildungsbeitrag von Dr. Varfo-lomeev (Fraunhofer IWM, Freiburg) behandelte den Einfluss von Eigenspannungen auf das Ermüdungs-risswachstum sowie die Berücksichtigung dieser bei der Rissfortschrittsberechnung. Besondere Beach-tung fanden dabei der Einfluss von Schweißeigen-spannungen im Bauteil und deren Abbau unter Be-triebsbelastung.

Dr. Dhondt (MTU Aero Engines AG, München) refe-rierte anschließend über die numerische Simulation des Ermüdungsrisswachstums unter Mixed-Mode Beanspruchung bzw. im Einflussbereich von kons-truktiv bedingten Diskontinuitäten. So erklärte er anschaulich an Finite Elemente Simulationen das Verhalten von halbelliptischen Rissen in Bauteilen bei Erreichen einer Bohrung oder einer Ecke und präsentierte eine Rissfortschrittsimulation in einer zylindrischen Faserverbundwerkstoffprobe mit Me-tallmatrix. Letztere veranschaulichte dem Auditori-um den Ermüdungsrissfortschritt im Matrixwerkstoff zwischen den Keramikfasern, die bis zum Erreichen ihrer maximalen Zugspannung der Rissöffnung zu-nächst entgegenwirken und so das Ermüdungsriss-wachstum im Faserverbundwerkstoff verlangsamen. In weiteren Simulationen zeigte er das Verhalten von Ermüdungsrissen unter Mixed-Mode Beanspruchung sowie die Bestimmung der Rissausbreitungsrichtung in Abhängigkeit der Rissausbreitungsmoden.

Prof. Richard (Universität Paderborn) behandelte in seinem Beitrag die Analyse, Ursache sowie Ver-meidung von Bauteilschäden. Anhand von Praxis-beispielen erläuterte er die Vorgehensweise bei der Schadensanalyse sowie das Zusammenwirken von Festigkeitsversagen und bruchmechanischem Versagen und zeigte konstruktionsseitige Maßnah-men zur Schadensvermeidung sowie erforderliche Maßnahmen bei Weiterbetrieb eines rissbehafteten Bauteils auf.

Abschließend erläuterte Prof. Vormwald (TU Darm-stadt) die Wirkungsweise von Autofrettage-Eigen-spannungen und ihren Einfluss auf die Lebensdauer und Dauerfestigkeit angerissener Bauteile, die einer zyklischen Innendruckbelastung unterliegen. Vor Inbe-triebnahme eines Bauteils erzeugt die einmalige Auf-bringung eines hohen Autofrettage-Überdrucks Druck-eigenspannungsfelder im Bereich anrissgefährdeter Stellen. Diese Autofrettage-Eigenspannungen können mögliche, unter Betriebsbelastung beispielsweise an Kerben entstehende Ermüdungsrisse stoppen bzw. deutlich verzögern und somit die Ermüdungsfestigkeit innendruckbelasteter Bauteile steigern.

Das DVM-Fortbildungsseminar ermöglichte den Teilnehmern aus Forschung und Industrie eine um-fassende Einführung in die Thematik des Ermüdungs-risswachstums und lieferte Lösungsansätze zu be-stimmten Problemstellungen hinsichtlich Validierung, Verhalten und Vermeidung von Ermüdungsrissen.

Dipl.-Ing. Florian Dittmann Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg

Arbeitsame Atmosphäre beim Seminar

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Bericht DVM-N 61 • Sommer 2014

46. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge

Was macht diese Veranstaltung für jemanden, der sich überwiegend mit der Betriebsfestigkeit beschäftigt so reizvoll? Das ist zum einen, möglichst wirtschaft-lich Bauteile auszulegen und zum anderen das Risiko der Bauteilauslegung besser abschätzen zu können. Wenn man einmal davon ausgeht, dass die klassi-sche Bauteilauslegung in der Betriebsfestigkeit nur bis zum „Anriss“ geht, dieser aber unter bestimmten fertigungstechnologischen Umständen relativ früh eintreten kann oder bereits vorhanden ist, kann es passieren, dass die Gesamtlebensdauer des Bauteils überwiegend aus Rissfortschrittslebensdauer besteht. Deshalb lohnt es sich, das Verständnis bei der Lebens-dauerabschätzung von Bauteilen durch den regelmä-ßigen Besuch beider „Lager“, Bruchmechanik und Be-triebsfestigkeit, zu vertiefen.

Die diesjährige Tagung des Arbeitskreises Bruchvor-gänge fand am 11. und 12. Februar in Kassel mit dem Schwerpunkt „Bruchmechanische Werkstoff– und Bau-teilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen“ statt und wurde von insgesamt 54 Teilnehmern besucht.

Die Eröffnung und Begrüßung der Tagung erfolgte durch den Obmann des Arbeitskreises Prof. Peter Hüb-ner von der Hochschule Mittweida und von Frau Prof. Angelika Brückner-Foit von der Universität Kassel. Der erste Beitrag der Tagung mit dem Titel „Untersuchung des Risswachstums in 3D-Verformungsmessung mit-tels Röntgenmikrotomographie“ zeigte sehr anschaulich was auf der Mikroebene im Bereich des Gefüges sich während des Rissvorgangs abspielt. Der anschließende Vortrag wurde von der letztjährigen DVM-Juniorpreis-trägerin Frau Britta Schramm mit dem Thema „Riss-wachstum in bruchmechanisch gradierten Strukturen“ gehalten, bei dem gezeigt wurde, wie die bruchmecha-

nische Bewertung bei nicht homogenen und nicht iso-tropen Werkstoffzuständen erfolgen kann. Nach den beiden ersten Vorträgen teilte sich die Tagung auf in die Parallelsitzungen „Simulation“ und „Experimentelle Untersuchungen und Bauteilbewertungen“.

Die vorgestellten Vorträge zeigten ein äußerst inte-ressantes Spektrum an wissenschaftlichen aktuellen Themen: von Rissausbreitungsverhalten bei Kunst-stoffen, faserverstärkt und bei Naturfaser-Kunststoff-Verbunden, dem Bruchverhalten unter Blocklasten im VHCF Bereich bei höherfesten Stählen und der Bewer-tung mit einer neuen nennspannungsbasierten Scha-densrechnung, der Untersuchung von linienförmigen Fremdeinflüssen mit variabler Orientierung, Bruchver-halten von Widerstandspunkt-Schweißverbindungen, bis hin zu numerischen Untersuchungen zum Bruch-verhalten schiffbaulicher Doppelhüllen unter Kollisi-onsbelastung.

Der erste Tag der Veranstaltung wurde dann durch einen spannenden und lebhaften Vortrag zur Beurtei-lung eines Schlages mit einer Haltestange (Stahlstan-ge) auf einen menschlichen Kopf in einem Strafverfah-ren durch Dietmar Klingbeil von der BAM abgerundet.

Der erste Veranstaltungstag endete mit dem kom-munikativen Abend, der wieder die Möglichkeit bot, sich intensiv mit den Kollegen auszutauschen.

Der zweite Tag war ebenfalls mit vielen interessanten Themen gespickt – Methode zur Berechnung zyklischer, effektiver J-Integrale mit Hilfe der FEM zur Abschätzung von Stützziffern für den LCF-Bereich, Modellierung des Mixed-Mode Ermüdungsrisswachstums, Referenzlast-lösung für die Ermittlung der elastisch-plastischen Rissspitzenbeanspruchung bis zur FE-Simulation der Rissausbreitung in Gusseisen mit Kugelgraphit im ge-samten spröd-duktilen Übergangsbereich. An diesem Tag fiel auch die Entscheidung des diesjährigen DVM-Juniorpreises, der heuer zum vierten Male an junge Wissenschaftler verliehen wurde. Bei der Wahl konnte sich Geralf Hütter von der TU Bergakademie Freiberg mit seinem Thema „Mikromechanische Simulation der Rissausbreitung in Gusseisen mit Kugelgraphit im ge-samten sprödduktilen Übergangsbereich“ knapp ge-gen fünf Mitbewerber durchsetzen.

Die Veranstaltung mit ihren anspruchsvollen Bei-trägen ist den hohen Ansprüchen gerecht geworden und macht Appetit auf die nächste Veranstaltung vom 9. bis 11. Februar 2015 in Freiberg!

Ralf Waterkotte Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG, Herzogenaurach

P. Hübner und A. Brückner-Foit eröffnen die Veranstaltung

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DVM-N 61 • Sommer 2014 Ehrung / Bericht

Dipl.-Ing. Katharina Denk Robert-Bosch GmbH, Schwieberdingen

Workshop des DVM-Arbeitskreises Zuverlässigkeit mechatronischer und

adaptronischer SystemeBericht

Am 18. und 19. Februar 2014 fand in Freiburg im Breis-gau der zweite Workshop des DVM-Arbeitskreises „Zuverlässigkeit mechatronischer und adaptronischer Systeme“ statt. Die 20 Teilnehmer aus Industrie und Wissenschaft hatten ein interessantes Programm vor sich, um aktuelle Fragenstellungen und Forschungser-gebnisse zu präsentieren und zu diskutieren.

Der Workshop begann vormittags im schön gelege-nem Caritas Tagungszentrum und widmete sich den Schwerpunkten „Entwicklungssystematik“ und „Elek-tronische Komponenten und deren Materialien“. Von den Potenzialen der Zuverlässigkeitssimulation bis hin zu physikalischen Fehlermoden wurde der Bogen gespannt. Verschiedene Beispiele veranschaulichten die neu entwickelten Methoden zum Vorgehen von Simulationen hinsichtlich Optimierung neuer Mold-produkte oder das Verhalten der Leiterplatte unter dy-namischen Lasten. Nach den ausführlichen Vorträgen wurde rege diskutiert und sich ausgetauscht. Dies war ganz im Sinne des Obmanns Dr. Jürgen Nuffer und den Teilnehmern. Auch die Pausen wurden gut genutzt, um die Vorträge weiter fachlich zu vertiefen oder weitere Themen anzustoßen.

Am Spätnachmittag kamen alle Teilnehmer in den Genuss einer sehr spannenden und lustig erzählten Stadtführung durch Freiburg, die ein gelungener Auf-takt zum kommunikativen Abend war.

Am folgenden Tag trafen sich die Teilnehmer erneut im Tagungszentrum. Das Themengebiet am Vormittag stand unter dem Motto „Aktive Komponenten und de-ren Materialen“. Dieser Themenkomplex befasst sich anhand von Beispielen zum Erprobungsnachweis Ein-spritzsysteme für Verbrennungsmotoren bis zu pie-zoelektrischen Flächenwandlern und adaptive Tilger.

Nach der Mittagspause wurde die letzte Fachrunde eingeläutet. Die Vorträge standen unter dem Schwer-punkt „Erprobungssystematik“. Dabei ging es um Pla-nung und Analyse von Stichproben zur Abschätzung der Zuverlässigkeit von Steuergeräten im Feld und um die Prüf- und Entwicklungsumgebung von herausfor-dernden Systemen.

Die anschließenden Diskussionsrunden wurden wie-der von allen Teilnehmern sehr intensiv genutzt. Da-durch konnte der Bedarf zwischen den Bedürfnissen der Industrie und den Möglichkeiten der Wissenschaft abgeglichen werden.

Die Teilnehmer signalisierten großes Interesse, am nächsten Workshop erneut teilzunehmen. Dieser wird voraussichtlich am 23. und 24. Februar 2015 in Dres-den stattfinden.

DVM-Juniorpreis für Dr.-Ing. Geralf Hütter, TU Bergakademie Freiberg

Im Rahmen der 46. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge am 11. und 12.02.2014 in Kassel er-hielt Dr.-Ing. Geralf Hütter vom Institut für Mechanik und Fluiddynamik der TU Bergakademie Freiberg den DVM-Juniorpreis für den Beitrag „Mikromechanische Simulation der duktilen Rissinitiierung in Gusseisen mit Kugelgraphit“. Wir gratulieren!

G. Hütter erhält den DVM-Juniorpreis von P. Hübner

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Bericht DVM-N 61 • Sommer 2014

Impressum Die DVM-Nachrichten sind die Verbandsmitteilungen des Deutschen Verbandes für Materialforschung und -prüfung e. V.

DVM-Redaktion: Dr.-Ing. Jens Hoffmeyer Volkswagen AG, EGDB/4Brieffach 1712, 38436 Wolfsburgjens.hoffmeyer@volkswagen.de

Prof. Dr.-Ing. Manuela SanderUniversität Rostock / Fakultät für Maschi-nenbau und Schiffstechnik / Lehrstuhl für Strukturmechanik Albert-Einstein-Str. 2, 18051 Rostock manuela.sander@uni-rostock.de

Dr.-Ing. Andreas MüllerDr.-Ing. h.c. F. Porsche AGWerkstofftechnik BetriebsfestigkeitPorschestrasse, 71287 Weissachandreas.mueller@porsche.de

Susanne Bachofer, MA(Berlin)DVM-Geschäftsstelleoffice@dvm-berlin.de

Geschäftsführung: Dipl.-Kfm. Kathrin-Luise Leersk.leers@dvm-berlin.de

DVM-Geschäftsstelle: Schloßstr. 48, 12165 Berlin Tel. (030)8113066 / Fax (030) 8119359office@dvm-berlin.dewww.dvm-berlin.de

Vorsitzender:Dipl.-Ing. Lothar Krügerl.krueger@dvm-berlin.de

Stellvertretender Vorsitzender:Prof. Dr.-Ing. H. A. RichardFachgruppe Angewandte MechanikUniversität PaderbornPohlweg 47-49, 33098 Paderborn richard@fam.upb.de

Redaktionell begründete Kürzungen und Änderungen von Beiträgen sind ausdrücklich vorbehalten.

Namentlich gekennzeichnete Beiträge müssen nicht die Meinung der Redaktion widerspiegeln.

Alle Angaben sind ohne Gewähr.

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DVM-N 61 • Sommer 2014 Serie: Vorstellung von DVM-Mitgliedsinstituten

Das Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn

www.lwf-paderborn.de

Produktive und werkstoffgerechte Fügetechnologien sind der Schlüssel für innovative Mischbauweisen, die die Basis für den Leichtbau bilden und somit entschei-dend zur Energie- und Emissionseinsparung beitragen. Die Forschungsschwerpunkte des seit September 2011 von Prof. Meschut geleiteten Laboratoriums für Werk-stoff- und Fügetechnik (LWF) sind seit seiner Gründung 1976 durch Prof. Hahn auf die Neu- und Weiterent-wicklung mechanischer, klebtechnischer, thermischer und hybrider Fügetechniken für das Verbinden von neuen Leichtbauwerkstoffen in der Mischbauweise ausgerichtet. Im Vordergrund stehen dabei Verfahren zur effizienten Umsetzung und Optimierung von Füge-verfahren für ressourceneffiziente Hochleistungsver-bundsysteme. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Erarbeitung von Methoden zur experimentel-len und numerischen Prozesssimulation sowie zur Be-anspruchungsanalyse beziehungsweise Lebensdau-ervorhersage gefügter Leichtbaustrukturen. Das LWF ermittelt hierfür das mechanische Eigenschaftsprofil neuer Werkstoffe bzw. Verbundsysteme sowie von deren Verbindungen und generiert die Kennwerte für die Bedatung (kontinuums- und bruchmechanische Grundproben) und Verifikation (technologische Pro-ben) bzw. Validierung (bauteilähnliche Proben) der Modelle für eine durchgehende numerische Simula-tion der zugrunde liegenden Prozessketten. Hierfür stehen im LWF umfangreiche Einrichtungen für die Materialprüfung unter kombinierter dynamischer und medialer Beanspruchung incl. der hochauflösenden Messsysteme für die Versagensanalyse auch unter ho-hen Prüfgeschwindigkeiten zur Verfügung. Das LWF ar-beitet dabei eng eingebunden in einem Netzwerk aus KMU, Großunternehmen und Förderorganisationen und erbringt sowohl grundlagenorientierte Ergebnisse als auch solche mit hoher Anwendungsrelevanz. Die Entwicklungen wurden mehrfach, so unter anderem in den Jahren 1998 und 2000 mit der Verleihung des Stahlinnovationspreises, gewürdigt. Dem LWF wurde im Jahr 2013 das EFB-Gütesiegel „Innovative Allianz“ durch die Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e. V. verliehen.

Ein Höhepunkt des Jahres 2013 war das mittlerweile zum 18. Mal erfolgreich durchgeführte Paderborner Symposium Fügetechnik zu dem Thema „EFFIZIENTE FERTIGUNG VON HOCHLEISTUNGSVERBUNDSYSTE-MEN“ mit zahlreichen Vorträgen renommierter Indus-trie- und Forschungspartner vor dem Hintergrund

eines ausgiebigen Erfahrungsaustausches mit Werk-stoff-, Systemherstellern und Anwendern.

Die Lehre des LWF konzentriert sich zum einen auf die praktische Ausbildung in der Werkstofftechnik – Grundpraktikum – und zum anderen auf ein umfas-sendes Lehrangebot für Bachelor- und Masterstudi-

engänge sowohl zu den Grundlagen der Fügetechnik als auch vertiefenden Vorlesungen in den klebtech-nischen, mechanischen, thermischen und hybriden Fügeverfahren. Das LWF ist „Zentrum mechanisches Fügen und Hybridfügen“ des DVS und bietet eine zer-tifizierte Ausbildung in Kooperation mit der SLV Mün-chen an.

Das LWF wird seit über 30 Jahren in Lehre und For-schung vom „Freundeskreis LWF der Universität Pa-derborn e.V.“ und seit 2011 durch eine Stiftung der HEGGEMANN AG unterstützt.

Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

Das Team des Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF), Universität Paderborn

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Historisches DVM-N 61 • Sommer 2014

Kennen Sie August Wöhler?Am 21. März jährte sich sein Todestag zum hunderts-ten mal. Er ist fast 95 Jahre alt geworden. Seine ex-perimentellen Arbeiten, die ihn berühmt gemacht haben, liegen natürlich viel weiter zurück. Seine Schwingversuche liefen über vierzehn Jahre und führten zu fünf Veröffentlichungen zwischen 1858

und 1870. Wöhler war nicht der erste, der Schwing-versuche durchführte, aber international wird er seit langem als derjenige angesehen, der als erster Para-meter der Schwingfestigkeit methodisch untersucht hat. Von vielen wird er als Vater der Schwingfestigkeit bezeichnet. Insbesondere in England erregten seine Versuche Aufsehen, nicht in Deutschland. War doch Bauteilermüdung zuerst in England durch spektakulä-re Schadensfälle an Eisenbahnrädern und -achsen im 19. Jahrhundert, dem Zeitalter der Industrialisierung, zu einem Thema geworden.

Die fünf Veröffentlichungen Wöhlers befassen sich mit Fragen der Bauteilfestigkeit, der Technischen Mechanik, mit der Konstruktion der Prüfmaschinen und der Versuchsdurchführung. Wöhler musste sei-ne Prüfmaschinen selbst erfinden und er hat damit Schule gemacht. Dies kann man heute noch im Deut-schen Museum in München nachprüfen. Untersucht hat er Original-Eisenbahnwellen und Probestäbe aus Eisen, Stahl und Kupfer. Die Beanspruchungen waren Umlaufbiegung, Torsion und axial. Bei Axialbeanspru-chung konnte die Mittellast verändert werden.

Die Versuchsergebnisse sind in der Veröffentlichung von 1870 sehr kurz zusammengefasst und nicht ohne Selbstbewusstsein:

„Das von mir entdeckte Gesetz, dessen allgemeine Gültigkeit für Eisen und Stahl durch diese Versuchser-gebnisse geprüft werden soll, lautet:

Der Bruch des Materials läßt sich auch durch vielfach wiederholte Schwingungen, von denen keine die absolute Bruchgrenze erreicht, herbeiführen. Die Differenzen der Spannungen, welche die Schwingungen eingrenzen,

sind dabei für die Zerstörung des Zusammenhanges maßgebend …

Die absolute Größe der Grenz-Spannungen ist nur inso-weit von Einfluß, als mit wachsender Spannung die Diffe-renzen, welche den Bruch herbeiführen, sich verringern.“

Auch die Zeit- und Betriebsfestigkeit wird angespro-chen:

„… auch kommt sehr in Betracht, ob von einer Construc-tion unbegrenzte Dauer gefordert wird, oder ob man nur eine begrenzte Dauer beansprucht.“

Festgestellt hat August Wöhler bereits, dass bei Biegung einer abgesetzten Welle die Gestaltung des Übergangs für die Schwingfestigkeit entscheidend ist (Vergleich Hohlkehle / scharfe Kante).

Man muss sich bewusst machen, dass es damals nur die Bruch- bzw. Zerreißfestigkeit gab. Dies bedeutete, dass alle Belastungen, die niedriger waren, keine Be-deutung hatten. Nun hatte sich gezeigt, dass, wenn Belastungen unterhalb der Zugfestigkeit wiederholt auftreten, ein Bruch erfolgen kann. Eine Erklärung da-für gab es nicht. Da Ermüdungsbrüche nahezu verfor-mungslos sind, musste, so damals, wohl eine Kristal-lisation des Werkstoffes auf Grund der wiederholten Belastungen stattgefunden haben.

Was hat A. Wöhler dazu gesagt? Hat er die Bruchflä-chen untersucht und hat er die Bruchlächen seiner Ein-stufenversuche mit den Betriebsbrüchen verglichen? Ist es möglich eine Bruchfläche zu betrachten, ohne zu erkennen, dass ein Anriss entstanden ist, der sich ausbreitet und der auch rasten kann?

Seine experimentellen Untersuchungen haben Wöh-ler selbst viel bedeutet. Aber wichtig, wenn nicht sogar wichtiger waren für ihn eine zuverlässige Festigkeits-bemessung durch richtiges Festlegung der zulässigen Anstrengungen, eine Klassifikation der Materialien (Eisen und Stahl) nach ihren Eigenschaften und nicht nach ihrer Anwendung und die Einrichtung neutraler Prüfinstitutionen, sprich Materialprüfungsanstalten.

Wer sich für diese Themen interessiert, darf sich freuen. Der DVM wird anlässlich des 100. Todestages von August Wöhler demnächst ein Sonderheft her-ausgeben, in dem die Entwicklung der Schwingfestig-keitsforschung zur Zeit der Industrialisierung näher beschrieben ist.

Vorbestellungen nimmt die DVM-Geschäftsstelle gerne entgegen!

Freuen Sie sich auch auf die nächste Ausgabe der DVM-Nachrichten, die eine Sonderbeilage zum 100. Todestag von Adolf Martens am 24.07.2014 enthalten wird.

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DVM-N 61 • Sommer 2014 Veranstaltungen / Interna

Veranstaltungen 2014 / 2015

23. bis 25.09.2014, EsslingenFortbildungsseminar Bauteilschäden – Ursachen und Folgerungen

07.10.2014, Ingolstadt FortbildungsseminarDVM-Arbeitskreis Betriebsfestigkeit – Methoden der Last- und Beanspruchungsanalyse und Statistik für Betriebsfestigkeitsanwendungen

08. und 09.10.2014, IngolstadtTagungDVM-Arbeitskreis Betriebsfestigkeit – Von der Lastannahme bis zur Absicherung – Betriebsfestigkeit entlang der Prozesskette

29. und 30.10.2014, MünchenWorkshopZuverlässigkeit und Probabilistik

05.11.2014, DresdenArbeitskreistreffenDVM-Arbeitskreis Zuverlässigkeit von Implantaten und Biostrukturen

02. und 03.12.2014, BerlinWorkshopDVM-Arbeitskreis Fahrradsicherheit – S-Pedelecs

04. und 05.12.2014, BerlinVortrags- und Diskussionsveranstal-tung des Gemeinschaftsgremiums DVM, DGM und Stahlinstitut VDEhWerkstoffprüfung 2014 – Fortschritte in der Werkstoffprüfung

28. und 29.01.2015, ZwickauWorkshopPrüfmethodik für Betriebs-festigkeitsversuche in der Fahrzeugindustrie

Veranstaltungen 2014 / 2015

09., 10. und 11.02.2015, FreibergFortbildungsseminar und TagungDVM-Arbeitskreis Bruchvorgänge

25. und 26.02.2015, DresdenWorkshopDVM-Arbeitskreis Zuverlässigkeit mechatronischer und adaptronischer Systeme

24. und 25.03.2015, Hannover3. TagungDVM-Arbeitskreis Elastomerbauteile

17. und 18. März 2015, Freiburg Fortbildungseminar Bruchmechanische Prüfverfahren

15. und 16. April 2015, Berlin Veranstaltung DVM-Arbeitskreis Bauteilverhalten bei thermomechanischer Ermüdung22. bis 24. April 2015, Berlin DVM-Tag 2015 Arbeitstitel „Federn“

05. und 07. Mai 2015, Berlin Workshop DVM-Arbeitskreis Zuverlässigkeit tribologischer Systeme

Juni 2015 Fortbildungsseminar Werkstoff- und Bauteilprüfung

DVM-N 61 • Sommer 2014

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Gutshaus, Schloßstraße 48, 12165 BerlinTel. +49 (0)30811 30 66, Fax +49 (0)30 811 93 59office@dvm-berlin.de, www.dvm-berlin.de

Tagungen • Workshops • Seminare • Publikationen

Festigkeit Lebensdauer

Werksto�e SystemeBauteile

Strukturintegrität

Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V.

Bauteil verstehen.

DVM-N 61 • Sommer 2014 Beilage

Absicherungskonzept für die Betriebsfestigkeit von Hochvolt-Speicherbatterien für Hybrid- und

Elektrofahrzeuge (Kurzfassung; Vollversion im DVM-Berichtsband 140, 2013, S. 149-164)

Modulare BatteriesystemeHochvolt-Speicherbatterien stellen in Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang karosseriefeste An-bauteile mit großen Abmessungen und Massen sowie einer hohen inneren Bauteilkomplexität dar. Diese in-tegralen Strukturbauteile dürfen aus Betriebsfestig-keitssicht nicht nur einzeln, sondern müssen vielmehr im Zuge der Fahrzeugintegration auch als Einheit mit der umgebenden Karosserie betrachtet werden. Bei ei-ner modular aufgebauten HV-Speicherbatterie lassen sich die Bauteilebenen Zelle, Modul und Gesamtbatte-riesystem identifizieren. Wechselwirkungen zwischen den Ebenen bedingen eine Beurteilung durch spezifi-sche, abgestufte Prüfungen sowie Strukturberechnun-gen in einem Multilevel-Absicherungskonzept.

Mechanische BeanspruchungenFür das Gesamtbatteriesystem wird über Kundenkol-lektive eine lebensdauerrelevante Auslegungsforde-rung definiert. Die dabei auftretenden mechanischen, thermischen und elektrischen Lasten münden in verschiedene festigkeitsrelevante mechanische Bean-spruchungen des Systems. Es wirken nicht nur lokale Effekte, auch globale Verformungen des Gesamtfahr-zeugs spielen eine Rolle.

Mechanische PrüfungenBei einer Prüfung mittels Shaker, Mehrachsenschwing-tisch oder Gesamtfahrzeugsimulator können in der Re-gel nicht alle genannten Beanspruchungen gleichzeitig abgedeckt werden. Sicherheits-, Kosten- und techno-logische Grenzen setzen die Randbedingungen. Auch Fragen der Lastüberhöhung und der Schadensdetekti-on spielen bei der Wahl des Prüfverfahrens eine Rolle. Für ein geschlossenes Absicherungskonzept ist eine Kombination fahrzeugferner und -naher Prüfungen auf verschiedenen Bauteilebenen sinnvoll. Numeri-sche Berechnungen der Prüflinge und Prüfvorrich-tungen verknüpfen dabei die einzelnen Prüfungen, gestatten eine Überlagerung der Beanspruchungen und erleichtern die Ergebnisinterpretation.

Einaxiale Shaker-PrüfungEine vergleichsweise einfache Prüfung unter Schwing-belastung kann mit einem einaxialen Shaker durch-geführt werden. Das Batteriesystem ist dabei in einer Prüfvorrichtung an den originalen Batterieanbin-

dungspunkten gelagert. Die mechanische Anregung erfolgt durch Rauschprofile im Frequenzbereich bis 200 Hz in nur einer Richtung. Die Prüfung der drei Raumrichtungen findet nacheinander statt, während-dessen parallel aufgebrachte, thermische und elektri-sche Lasten dienen nicht der Beanspruchung im Sinne der Lebensdauerprüfung, sondern stellen eine Varia-tion der Randbedingungen dar. Das Rauschprofil kann aus Beschleunigungssignalen einer Fahrzeugmessung unter Berücksichtigung von Laufzeitkorrektur, Statis-tik und Prüfteileanzahl synthetisiert werden. Im Sinne des Multilevel-Ansatzes ist auf eine Anregungsstaf-felung der verschiedenen Bauteilebenen zu achten (Top-Down). Auf dem Shaker lassen sich theoretisch amplituden- und phasengleiche Anregungen aller An-bindungspunkte erzielen. Durch die endliche Eigenstei-figkeit der realen Prüfvorrichtung findet jedoch eine Beeinflussung statt, so dass während der Prüfung die Anregungsunterschiede gerade in den Eigenresonan-zen großer Prüfaufbauten ungewollt hoch ausfallen können. Es ist daher dafür zu sorgen, dass derartige Antwortüberhöhungen bereits bei der Konstruktion der Prüfvorrichtung vermieden werden.

FazitObwohl bei der Shaker-Prüfung Beanspruchungen durch globale Verformungen des Gesamtfahrzeugs nicht realitätsnah aufgebracht werden können, lassen sich dennoch an vielen Stellen des Batteriesystems ähnliche Schädigungsäquivalente wie im Fahrzeug erzielen. In Kombination mit einer fahrzeugnahen Prüfung und der Absicherung auf verschiedenen Bau-teilebenen des modularen Systems können so durch den Multilevel-Ansatz gute Erkenntnisse über die Be-triebsfestigkeit einer HV-Speicherbatterie gewonnen werden. Strukturberechnungen sind dabei wegen der zeitlichen Einordnung in den Produktentwicklungspro-zess und der großen Systemkomplexität unbedingt erforderlich.

A. Dörnhöfer, M. Bathe, P. Heuler, M. Kraus AUDI AG, Ingolstadt

Beilage DVM-N 61 • Sommer 2014

Lastdatenermittlung in elektrischen Achsantrieben und Betriebsfestigkeitsbewertung für das Subsystem

Elektrische Maschine(Kurzfassung; Vollversion im DVM-Berichtsband 140, 2013, S. 135-149)

In der Arbeit wurde die Betriebsfestigkeitsbewertung der Elektrischen Maschine innerhalb des Elektrischen Achsantriebes (eAchse) anhand virtuell ermittelter Last-daten erarbeitet. Für die Einbindung der eAchse mit in-tegrierter Torque-Vectoring (TV) Funktion in verschie-dene Fahrzeugklassen werden Systemmodelle erstellt, die es ermöglichen den Antriebsstrang unter verschie-denen Fahrszenarien abzubilden. Die Validierung er-folgt mittels optischer Messverfahren (Object-Tracking). Lastdaten für Subsysteme und Komponenten können unter variablen Last- und Drehzahlszenarien (bspw. Handlingkurs) ermittelt werden. Im Beitrag wurde ein solches Lastkollektiv für die Subsysteme elektrische Traktionsmaschine (EM) und TV-Maschine erzeugt und für die Betriebsfestigkeitsanalyse verwendet. Anhand der Beanspruchungsanalyse mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) des Rotors und Untersuchungen der Schwingfestigkeit von Elektroblechen wurde eine Be-triebsfestigkeitsbewertung durchgeführt. Dazu sind Wöhler-Kurven unter verschiedenen Einflussgrößen, wie z.B. Werkstoff, Temperatur und Oberflächenein-fluss die Grundlage für eine Betriebsfestigkeitsbewer-tung auf Basis des Lastkollektivs aus Simulation.

Abb. 1: Aufbau und Schnittmodell mit schematischer Momentenverteilung Schaeffler eAchse

Gliederung:1. Aufbau Schaeffler E-Achse2. Modellierung und Validierung des Systemmodells3. Erstellung des virtuellen Lastkollektivs4 .Beanspruchungsanalyse der Elektrischen Maschine5. Werkstoff- und Schwingfestigkeitsuntersuchungen

an Elektroblechen6. Ergebnisse und Ausblick

In der vorliegenden Arbeit wurde die Erstellung eines Lastkollektivs für Komponenten bzw. Subsysteme in der Schaeffler eAchse anhand der Ableitung von

Last-Zeit-Verläufen in der Systemsimulation vorge-stellt. Mittels Beanspruchungsanalyse durch FEA und Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurde die Grund-lage geschaffen, um eine Betriebsfestigkeitsbewer-tung für Hochdrehzahl PMSM durchzuführen. Bezogen auf die in Kap.3 vorgestellte Last-Zeit-Funktion ergibt sich für die Traktions-Maschine in der Betriebsfestig-keitssoftware FEMFAT® eine max. Schadenssumme von D=2E-5 im Magnettaschenradius.

Die Bewertung erfolgt dabei gegen die Wöhlerkurve der Elektroblechvariante M250-35A bei T=1800 C (max. Betriebstemperatur) und einer Überlebenswahrschein-lichkeit von 90%. Unter der Annahme der Gültigkeit der linearen Schadensakkumulation und einer Skalierung des vorgestellten Belastungszyklus auf ca. 60.000 km wird eine Schadenssumme von 0,5 erreicht. Aus der Erfahrung mit Stahlbauteilen kann es hierbei bereits zum Anriss- bzw. Ausfall der Komponente kommen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass der Hand-lingkurs aufgrund des durchgehend hohen Beanspru-chungsniveaus und der Berücksichtigung Sonderlasten ein extremes Belastungsszenario darstellt, welches in der Anwendung über einen solchen Zeitraum nicht erreicht wird. Vielmehr sollte die Vorgehensweise der Lastdatenermittlung zur Erstellung eines anwendungs- und damit kundenspezifischen Lastkollektivs mit Antei-len von Längs- Querdynamik aus der Systemsimulation vorgestellt und das aktuelle Potential der Elektrischen Maschine aufgezeigt werden.

Für die Beurteilung der virtuellen Betriebsfestig-keitsbewertung in der Praxis sollen im nächsten Schritt die hier vorgestellten Ergebnisse durch Realteilversu-che validiert und Bauteilwöhlerlinien erzeugt werden. Anhand eines Prüfaufbaus soll der Versagensmecha-nismus und Versagensort aus Simulation und Versuch gegenübergestellt werden. Aus werkstofftechnischer Sicht sind zudem der Einfluss der Mittelspannung und das Verhalten bei über-elastischer Beanspruchung zu untersuchen. Im Bereich der Systemsimulation wird eine Erweiterung zur Berücksichtigung von definier-ten Schlechtwegstrecken mit Verwendung einer 3D Trajektorie zur Abbildung von Höhenprofilen ange-strebt, um detaillierte Aussagen über daraus resultie-rende Lastszenarien zu erhalten.

D. Knetsch, F. Rettig, Dr. M. Funk, H. Awad, Dr. T. Smetana, C. Kühhirt Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Deutschland