Reibkorrosion

Für die Bewertung der Reibdauerermüdung sind die lokalen tribologischen Parameter Schlupfamplitude und Pressung maßgeblich. Da diese nicht für jede Anwendung analytisch ermittelt werden können, ist die Dimensionierung mit nennspannungsbasierten Ansätzen wie DIN 743 oder FKM-Richtlinie nicht möglich. In Anbetracht der Aspekte des Leichtbaus und dem ökonomischen Einsatz von Materialressourcen ist jedoch eine, dem realen Auslastungsgrad adäquate Dimensionierung der Bauteile geboten. Das vorliegende Vorhaben versucht diesen Bedarf zu decken, indem ein örtl. Berechnungskonzept zur Bewertung der Reibdauerermüdung entwickelt werden soll, welches den wirklichen tribologischen Beanspruchungszustand berücksichtigt. Im Rahmen des geplanten Vorhabens werden Dauerfestigkeitsversuche reibkorrosiv geschädigter Passfeder- und Polygonverbindungen ausgewertet. Dafür werden die Versuchsreihen numerisch simuliert. Die ermittelten örtl. tribologischen Beanspruchungszustände werden am Labormodell reproduziert und durch Simulation die schlupfspezifischen einachsigen Vergleichsreibdauerfestigkeiten bestimmt. Durch Vergleich der örtl. Vergleichsspannung der WNV mit zugehörigen schlupfspezifischen Vergleichsreibdauerfestigkeit (beide mit derselben Vergleichsspannungshypothese ermittelt) erhält man den lokalen Auslastungsgrad. Durch Validierung verschiedener Hypothesen kann die treffsicherste gefunden werden, die über alle Versuchsreihen die geringste Abweichung zum Auslastungsgrad zeigt. Die Entwicklung eines allgemeingültigen und standardisierbaren Berechnungskonzeptes setzt umfassende experimentelle Absicherungen voraus. Für KMU sind diese nur bedingt finanzierbar. Daher ermöglicht das Vorhaben und dessen Ergebnistransfer die Erschließung der Ergebnisse auch für KMU. Das entstehende Konzept wird so aufgearbeitet und in einem Leitfaden dokumentiert, dass auch für KMU der Zugang über etablierte FE-Programme möglich ist.

Basierend auf dem im Vorlaufvorhaben erarbeiteten allgemeingültigen Berechnungsverfahren für reibdauerbeanspruchte Stahl-Stahl-Kontakte, soll im Projekt eine Erweiterung des Berechnungsverfahrens auf die Werkstoffgruppen Gusseisen und Aluminium erfolgen. Dies begründet sich vornehmlich durch die geplante Integration des Berechnungsverfahrens in die FKM-Richtlinie (Rechnerischer Festigkeitsnachweis von Maschinenbauteilen), welches branchenübergreifend ein vielgenutztes Instrument zur Bewertung komplexer Bauteilgeometrien darstellt. Schon heute vereint die FKM-Richtlinie die Festigkeitsbewertung von Stahl-, Gusseisen- und Aluminiumbauteilen an freien Oberflächen. Dieser werkstoffgruppenübergreifende Berechnungsansatz soll für reibdauerbeanspruchte Bauteile beibehalten werden und bedingt damit die vorstehend geschilderte Erweiterung des Berechnungsverfahrens. Das Phänomen der Reibdauerermüdung lässt sich auf eine zusätzlich zur spannungsmechanischen Beanspruchung vorliegendende tribologische Beanspruchung zurückführen. Mittels des doppelt aktuierten Reibklötzchenprüftstandes (Labormodell) der Forschungsstelle wurde zunächst eine Einflussanaylse der tribologischen Parameter auf die Reibdauerfestigkeit bei den Werkstoffen EN-GJS-700 und EN AW-7075 T651 durchgeführt und so die kritischste Parameterkombination aus Schlupfamplitude und Kontaktpressung für Gusseisen- bzw. Aluminiumwerkstoffe bestimmt. Basierend auf dieser wurden die minimale Reibdauerfestigkeiten der Werkstoffe EN-GJS-700, EN-GJS-400 und E723 (EN-GJL-300) sowie EN AW-7075 T651, EN AW-6082 T651 und EN AW-5083 am Labormodell ermittelt. Mit Hilfe numerischer Methoden wurden Reibkorrosionsfaktoren abgeleitet, welche es ermöglichen die tribologische Schädigung zu berücksichtigen und die damit die Basis des erarbeiteten Berechnungsverfahrens bilden. Die ermittelten Reibkorrosionsfaktoren sowie das gesamte Berechnungsverfahren wurden an Pleuelverbindungen verifiziert. Somit steht dem Anwender final ein validiertes Berechnungsverfahren zur Verfügung, das auf Grundlage der bekannten FKM-Richtlinie den Festigkeitsnachweis für reibdauerermüdungsgefährdete Bauteile aus Stahl, Gusseisen und Aluminium ermöglicht.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.

Schlussbericht als PDF

FVV-Abschlussbericht Heft-Nr. 1329

Das Forschungsvorhaben wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF-Nr. 20916 BR) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) e.V. aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und Eigenmitteln der FVV e.V. (Fördernummer 601393) finanziell gefördert.

Das Forschungsprojekt beschäftigte sich mit der grundlagenorientierten Untersuchung reibdauerbeanspruchter Kontakte und deren Festigkeitsbewertung. Die Besonderheit bei der Bewertung reibdauerbeanspruchter Kontakte stellt die zusätzlich zur spannungsmechanischen Beanspruchung vorliegende tribologische Beanspruchung des Werkstoffes dar. Die ursächlich auf eine Anrissinitiierung in der Bauteiloberfläche zurückzuführende niedrigere Ermüdungsfestigkeit reibdauerbeanspruchter Bauteilverbindungen zeigt sich in Abhängigkeit des Fugendrucks, des Schlupfes und des Werkstoffes. Basierend auf den genannten Einflussgrößen konnte in der vorliegenden Arbeit ein Berechnungsverfahren erarbeitet werden, das eine betriebssichere Auslegung reibdauerbeanspruchter Fügeverbindungen ermöglicht. Das Verfahren basiert auf dem örtlichen Konzept der FKM-Richtlinie "Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" und implementiert den Schadenfall der Reibdauerermüdung durch ei-nen Oberflächeneinflussfaktor, dem sogenannten Reibkorrosionsfaktor. Die tribologischen Beanspruchungsparameter Schlupf und Fugendruck werden dabei über eine Worst-Case-Betrachtung berücksichtigt. Durch eine von der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes abhängige Darstellung des Reibkorrosionsfaktors konnte darüber hinaus eine systemspezifische Berechnung der Ermüdungsfestigkeit erreicht werden. Die Validierung des Berechnungsverfahrens erfolgte an einer Pleuelverbindung.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.

Schlussbericht als PDF

FVV-Abschlussbericht Heft-Nr. 1201

Das Forschungsvorhaben wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF-Nr. 18692 BR/1) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) e. V. aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.