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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation eines Achsfedersystems bestehend aus Federtellern, Achsfeder und einer Federunterlage. Der Einsatz der Federunterlage leitet sich aus der Notwendigkeit ab, die für Umwelteinflüsse anfällige unterste Federwindung zu schützen. Die Eigenschaften der Gummiunterlage stellen dabei besondere Herausforderungen an die Simulation. Elastomere werden bei kurzzeitigen Belastungen mithilfe von hyperelastischen Materialmodellen berechnet. Im Vorfeld der Arbeit wurden mit dem verwendeten Werkstoff Zugprüfungen durch das Deutsche Institut für Kautschuktechnologie durchgeführt. Mithilfe eines Curve fittings wurden Parameter unterschiedlicher Materialmodelle für unterschiedliche Dehnungsbereiche definiert. Zunächst wurde mithilfe von vier einfachen Ersatzmodellen das Verhalten des Elastomers unter Druck- und Schub-Beanspruchung simuliert. Bei den Ersatzmodellen werden gerade Drahtstücke auf verschieden geformte Gummiblöcke gedrückt. Mithilfe von Messungen konnten mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate geeignete Materialparameter ermittelt werden. Um eine konvergente Simulation aller Ersatzmodelle zu erreichen, wurden geeignete Einstellungen für die Kontakte und das adaptive Remeshing ermittelt. Bei der Berechnung des gesamten Achsfedersystems wird zunächst eine Feder mit einem Drahtdurchmesser gerechnet, der genau in die Aussparung der Federunterlage passt. Die Federunterlage wird wie im realen Einsatz so gerechnet, dass sie auf dem Federteller augfeklebt ist. Das komplette Achsfedersystem wird nun mit dem Drahtdurchmesser der realen Feder berechnet. Obwohl die Simulation mit dem realen Durchmesser nicht konvergiert, kann sie mit durchgeführten Messungen verglichen werden. Dabei stellte sich heraus, dass die Unterlage in der Simulation zu weich reagiert. Um dennoch eine konvergente und realitätsnahe Lösung zu erhalten, wurden drei Lösungsansätze erarbeitet. Die ersten beiden Lösungsvorschläge beinhalten die Variation der Materialparameter. Der dritte Vorschlag ist, ein anderes Materialmodell zu benutzen, für welches allerdings noch Prüfungen notwendig sind. Die notwendigen Prüfungen und ein theoretisch geeigneteres Materialmodell werden vorgestellt.

In dieser Bachelorarbeit soll eine Messvorrichtung zur halbautomatisierten Messung der ersten Längseigenfrequenz von dynamisch hochbelasteten Druckfedern, insbesondere Ventilfedern im PKW Bereich, entwickelt werden. Dazu soll die Konstruktion eines Adapters erstellt werden, der in eine Federwaage integriert werden kann. Zusätzlich ist ein Konzept zur Messung, sowie Aufbereitung der Messdaten zu entwickeln, um die Frequenzwerte als Funktion der Einspannlänge darzustellen.

Alternative Antriebe sind für Kraftfahrzeuge momentan und für die Zukunft von wachsender Bedeutung. Aus Gründen der Gewichtseinsparung und der Energieeffizienz sollen dabei die Antriebsmotoren nur so groß wie nötig ausgelegt werden, damit sie überwiegend im optimalen Betriebsbereich arbeiten. Aktuelle Fahrzeuge sind bezüglich der verfügbaren Antriebsleistung für den Normalbetrieb überdimensioniert, um Reserven für Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge zu besitzen. Diese Überdimensionierungen führen zu ungünstigen Betriebspunkten bei einfacher Geradeausfahrt. Es wird also kurzfristig zusätzliche Energie für das Anfahren benötigt, um den Hauptmotor zu entlasten. Diese Aufgabe soll der rein mechanisch arbeitende "Federbooster" übernehmen. Er ist ein Zusatzaggregat, welches im Kofferraum eines frontgetriebenen Fahrzeugs platziert wird. In günstigen Fahrsituationen, wie beim Bremsen und Bergabrollen, kann die nicht genutzte Energie über die Hinterachse vom "Federbooster" abgegriffen und gespeichert werden. Zur Speicherung der Energie eignen sich besonders aus Band gefertigte und gewundene Biegefedern, weil sie noch immer zu den kostengünstigsten und funktionssichersten Lösungen zur Erzeugung von Drehbewegungen gehören. Sie arbeiten im Gegensatz zu elektrischen Systemen autark, ohne externe Energieversorgung und können die eingebrachte Energie über längere Zeiträume speichern. Befindet sich das Aggregat im geladenen Zustand, ist es möglich, den PKW ohne Hilfe des Hauptmotors auf eine Endgeschwindigkeit von 20 km/h zu beschleunigen. Aufgrund dieser Anfahrhilfe kann der Hauptmotor kleiner ausgelegt werden. Dadurch wird das Mehrgewicht, welches der "Federbooster" verursacht, zu einem großen Teil kompensiert. Kraftstoffeinsparungen im einstelligen Prozentbereich werden möglich. Im Umfang dieser Bachelor-Arbeit wurde für solch einen Zusatzantrieb eine Grundlagenuntersuchung, im Auftrag des Unternehmens HUGO KERN UND LIEBERS GmbH & Co. KG, durchgeführt. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden die notwendigen Leistungsdaten bestimmt und mit ihnen ein Mehrfedersystem ausgelegt. Mit Hilfe eines Variantenvergleichs und der Bewertung in einer mehrwertigen Tabelle wird die am besten geeignete Version zur Anbindung an das Automobil bestimmt. Weiterhin erfolgen die konstruktive Umsetzung des Federsystems als Prototyp sowie die Erarbeitung eines Gesamtentwurfs.

Eigenspannungen können großen Einfluss auf die Funktion und Lebensdauer von Federn besitzen, daher gilt ihnen besondere Aufmerksamkeit. Ihre Entstehung im Fertigungsprozess, sei es in der Drahtherstellung oder dem formgebenden Fertigungsprozess, ist bekannt. Ebenfalls sind Möglichkeiten zur Reduktion der Spannungen im Federelement als auch das werkstofftechnische Verständnis vorhanden. Darunter ist zu verstehen, dass die einzelnen Prozesse des Spannungsabbaus in der Werkstoffkunde bekannt und untersucht worden sind. Relevant für diese Ausarbeitung ist die thermische Nachbehandlung, welche sich über die Wärmebehandlungstemperatur T und -zeit t steuern bzw. kontrollieren lässt. Bisher konnte nur aufgrund von Erfahrungen und durch experimentelle Untersuchungen eine Schätzung bezüglich des Abbauverhaltens der Eigenspannungen abgegeben werden. An dieser Stelle ist anzumerken das es sich hier um die Eigenspannungen handelt, welche aufgrund der Kaltumformung des Drahtes zur Feder entstanden sind und durch eine Wärmebehandlung abgebaut werden sollen. In dieser Arbeit soll eine Möglichkeit zur Vorhersage des Eigenspannungsabbaus an kaltgeformten Federn untersucht werden, welche einer Wärmebehandlung unterzogen wurden. Ausgehend von den Untersuchungen von V. Schulze und O. Vöhringer im Jahre 1993 [1] sollen werkstoffabhängige Kennwerte, die sogenannten Avrami-Parameter, bestimmt und an verschiedenen Federarten validiert werden. Dies soll an Federn aus ölschlussvergütetem Federdraht nach DIN EN 10270-2 und patentiert gezogenem Federdraht nach DIN EN 10270-1 durchgeführt werden. Das Verfahren zur Bestimmung der werkstoffabhängigen Kennwerte wurde, wie in [1] beschrieben, angewandt und zusätzlich eine modifizierte Variante umgesetzt. Es wird als eher grafisches Verfahren beschrieben und dargestellt, jedoch wurden die Kennwerte mittels Microsoft Excel berechnet. Es hat sich bestätigt, dass die Möglichkeit einer bedingt guten Vorhersage des Makroeigenspannungsabbaus besteht, wobei dies nicht allgemein an allen Federarten bestätigt wurde. Bei Anwendung der ermittelten Kennwerte (Avrami-Parameter) an Druckfedern konnten deutlich bessere Vorhersagen getroffen werden als beispielsweise bei Zugfedern. Die Validierung der Parameter an Schenkelfedern ist als hinreichend gut einzuordnen, jedoch exakter als an Zugfedern. Ebenfalls wie in [1] ausgeführt, wurde das Abbauverhalten von Mikroeigenspannungen basierend auf dem Abbau von Halbwertsbreiten bestimmt. Aufgrund der Interpretation und der Aussagekraft des Eigenspannungsabbaus wurde diese Vorgehensweise und die daraus resultierenden Ergebnis-se nur in Kürze in dieser Arbeit erwähnt.

Zum Nachweis ihrer Dauerfestigkeit werden Membranfedern aus Nutzfahrzeugkupplungen auf speziellen Prüfanlagen geprüft. Hierzu werden die Federn in einen Prüfaufbau, welche den Verbau in einer Druckplatte nachbildet, eingespannt und von einem hydraulischen Prüfstand betätigt. Die Prüfung einer Feder dauert derzeit ca. zwei Tage. Im Rahmen dieser Arbeit wurde, nach Grundsätzen der Entwicklungsmethodik, ein neuer Prüfaufbau entworfen, welcher es ermöglicht mehrere Federn zeitgleich bei unverändertem Energiebedarf zu prüfen. Da die Fertigung der neuen Federaufnahmen während der Abschlussarbeit nicht möglich war, wurden zwei bestehende Gehäuse zu einem Interimsaufbau modifiziert, mit welchem die theoretischen Überlegungen der Konstruktion überprüft und dabei die Machbarkeit der gleichzeitigen Federprüfung bewiesen wurden.