Publikationen (gesamt)

In der vorliegenden Arbeit wird ein automatisierter Prüfstand für den Hin- und Herbiegeversuch in Anlehnung an DIN ISO 7801 für Drahtproben von 0,8 bis 2,0 mm entwickelt. Die Eigenschaften der Drahtproben orientieren sich an den Normen DIN EN 10664-1 bis 4. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Recherche zu Normen, die für die Konstruktion des Prüfstands wichtig sind, zu schon am Markt bestehenden Prüfständen, sowie zu möglichen Patenten durchgeführt. Zu Beginn der Konstruktion wird eine Anforderungsliste erstellt. Auf Basis der Anaylse der Funktionsstruktur des Prüfstandes werden verschiedene Prinzipvariationen für die einzelnen Baugruppen des Prüfstands erarbeitet. Während einer Konstruktionskritik einer vorangegangenen Bachelorarbeit mit dem selben Fokus, werden die Prinzipe miteinander verglichen. Aus den Prinzipen werden Konzepte mit unterschiedlichen Prioritäten erstellt. Nach einer Bewertung und Auswahl dieser wird ein 3D-CAD-Modell und ein Zeichnungssatz für die Fertigung und Beschaffung erstellt. Begleitet wird die Arbeit mit Berechnungen, einer FEM-Analyse und einer Kostenabschätzung bzw. einer Kostenkalkulation.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der rechnergestützten Auslegung von Federn aus Faserverbundkunststoffen am Beispiel der Federarten Evolutfeder und Drehfeder. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines Systems zur Bestimmung der notwendigen Federparameter - unter Berücksichtigung der Anforderungen des Benutzers. Insbesondere sollen existierende Ansätze für die Werkstoffauswahl einerseits und die Bauteilauslegung andererseits einbezogen werden. Anschließend erfolgt eine Evaluierung der implementierten Anwendung durch zwei Beispiele. Dabei konnte eine grundsätzliche Eignung von Evolutfedern für den Einsatz in Federgabeln von Fahrrädern aufgezeigt werden. Die exemplarische Auslegung einer Drehfeder bekräftigt die Vorteile von Faserverbundkunststoffen für die Verwendung als Federwerkstoff.

In der Arbeit wird der neue Werkstoff 27MnCrB5-2 untersucht. Ausgeprägt ist die Zugfestigkeit vom neuen Werkstoff nach der induktiven Vergütung (905˚C Härten und 230˚C Anlassen) im Vergleich zum Standardwerkstoff 26MnB5 (910˚C Härten und 275˚C Anlassen) um ca. 130 MPa erhöht, und die Dehnung beider Werkstoffe ist vergleichbar. Die Biegbarkeit beider Werkstoffe ist auf gleiches Niveaus. Die Lebensdauer im Schwingtest von 27MnCrB5-2 ist niedriger als 26MnB5, die Ursachen dafür könnten sein, dass die Temperatur des Spannungsarmglühen relativ niedriger ist oder die Auswirkung von Kugelstrahlung wegen der höheren Festigkeit des neuen Werkstoff nicht ausreichend ist.

Moderne Achsfedersysteme erfordern Schraubendruckfedern, deren Geometrie präzise auf die Anforderungen im Fahrzeug abgestimmt ist. Die eindeutige geometrische Beschreibung geht dabei über zylindrische Normfedern hinaus, die im Gegensatz zu heutigen Achsfedern über einen konstanten Windungsdurchmesser sowie einen gleichbleibenden Steigungsverlauf verfügen. Die 3D-Freiformgeometrie moderner Tragfedern entsteht in einem Auslegungsprozess unter Forderung idealer Werkstoffauslastung als Folge von zunehmendem Leichtbau. Neben Prüfung der Funktionsparameter Federkraft, Federrate und Kraftdurchstoßpunkte wird die Feder zusätzlich durch die Messung einzelner geometrischer Größen bewertet und als i.O. bzw. n.i.O. eingestuft. Messverfahren zum geometrischen Vergleich von Federn sind Stand der Technik. Die Bewertung von Abweichungen und die daraus folgenden Auswirkungen auf die Funktion gelten jedoch als unzureichend bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden bestehende Prüfkriterien für sogenannte Side-Load Federn analysiert, die bisher bei der Mubea Fahrwerksfedern GmbH Verwendung finden. In diesem Zusammenhang wird die Feder eines aktuellen Projektes in die Untersuchung einbezogen, bei der es während der dynamischen Prüfung zu Fehlfunktionen kommt, obwohl die Geometrievorgaben und die statischen Funktionsparameter erfüllt sind. An einer Beispielgeometrie erfolgt unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung (englisch: Design of Experiments, kurz DoE) die Ermittlung der geometrischen Bereiche, die Funktionsgrößen signifikant beeinflussen. Dabei wird ein geeigneter Versuchsplan entwickelt und die darin enthaltenen Federdesigns mit Hilfe der unternehmensinternen Auslegungssoftware numerisch berechnet und ausgewertet. Aus den Ergebnissen der Sensitivitätsanalyse lässt sich die Feder in verschiedene Zonen einteilen, die für die Funktion signifikant sind. Daraus wird eine neue und besonders effiziente Methode zur Überprüfung der 3D-Federgemetrie für den Einsatz in der industriellen Großserie entwickelt. Die Validierung der sensitiven Zusammenhänge zwischen Geometrie und Funktion erfolgt durch FE-Berechnungen. Anhand der schriftlichen Dokumentation kann unter Verwendung der beschriebenen Software die vorgestellte Methode zur Definition neuer Messkriterien auf jede beliebige Achsfeder übertragen werden.