Erweiterte Lebensdauerprognose
FVA 435 IV, IGF-Nr. 17905 N
Berücksichtigung von Temperatureinflüssen bei der Lebensdauerprognose für dynamisch beanspruchte Elastomerbauteile
In der Antriebstechnik werden Elastomerbauteile heutzutage zum Dämpfen von Kraft- oder Drehmomentstößen und zur Lösung schwingungstechnischer Problemstellungen (Resonanzdurchfahrten, Verschiebung von Eigenschwingungen) eingesetzt. In der Regel werden sie in funktions- und sicherheitsrelevanten Baugruppen verbaut, weshalb hohe Anforderungen bezüglich der Betriebsfestigkeit und Lebensdauer an das Bauteil gestellt werden. Dabei muss der Konstrukteur nicht nur die auf das Bauteil wirkenden mechanischen, sondern auch die thermischen Beanspruchungen bei der Auslegung berücksichtigen. Eine auf dieser Basis getroffene präzise Vorhersage der Bauteillebensdauer kann Austauschintervalle vergrößern und somit zur Materialeinsparung beitragen, um letztendlich Kosten reduzieren.
Neben der mechanischen und thermischen Beanspruchung wirken viele weitere Einflüsse auf das Ausfallverhalten der Elastomerelemente, was eine Berücksichtigung in Prognosemodellen erschwert. An der Universität Duisburg-Essen wurde ein Lebensdauerprognosemodell entwickelt, welches auf der Basis einer nichtlinearen Schadensakkumulation die mechanische Bauteilbelastung zur Vorhersage von Bauteillebensdauern heranzieht. Dieses Modell wurde hinsichtlich des Temperatureinflusses, also der thermischen Beanspruchung, erweitert und ist nun dazu in der Lage, beliebige Belastungsreihenfolgen mechanischer und thermischer Natur miteinander zu verknüpfen und somit anwendungsspezifische Lebensdauerprognosen für das Bauteil zu leisten. Dafür wurden Lebensdauerprüfungen mit geregelter Dämpfungsleistung an Elastomerkupplungen durchgeführt. Diese Versuchsführung ermöglicht es, die Bauteiltemperatur über den gesamten Versuchszeitraum konstant zu halten und einen Einfluss der Temperatur auf Kennwerte und Lebensdauern separat zu betrachten.
In der Abbildung sind gemessene und durch das Modell prognostizierte Schädigungsverläufe der Elastomerkupplung dargestellt. Da das Modell durch Lebensdauerprüfungen an realen Bauteilen kalibriert werden muss, wurden Lastkollektivversuche (LKV) zur Reduzierung von Prüfaufwand zur Kalibrierung herangezogen. Die Mittelwerte der Schädigungsverläufe der Einstufenversuche (ESV) zeigen eine gute Übereinstimmung mit den prognostizierten Schädigungsverläufen.
Das IGF-Vorhaben 17905 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
