MTZ - Motortechnische Zeitschrift

, Volume 73, Issue 7–8, pp 612–612 | Cite as

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Drucksteigerung Bei Zyklisch Innendruckbeanspruchten Bauteilen

Das Schwingfestigkeitsverhalten der neuen hochfesten Gusseisensorten SiboDur 700-10 und MADI wurde den im Serieneinsatz befindlichen Werkstoffen GJS-400-18 und GJS-500-7 gegenübergestellt. Dabei wurde insbesondere der Einsatz bei innendruckbelasteten Anwendungen (beispielsweise für die Hochdruckkomponenten des Common Rail) betrachtet. Schwingfestigkeitskennwerte bei konstanten und variablen Beanspruchungsamplituden wurden in Form eines Potenzialvergleichs dargestellt.

Neue Bemessungskonzepte, die zur Prognose der Schwingfestigkeit herangezogen werden können, wurden auf Basis von Versuchen an gekerbten und ungekerbten Proben aufgestellt. Diese Bemessungskonzepte wurden durch umfangreiche Versuche an einem im Vorhaben erarbeiteten praxisnahen innendruckbelasteten Modellkörper „Innendruck-Pulsdummy” verifiziert. Dabei wurden auch charakteristische Schadenssummen für ein anwendungstypisches Lastkollektiv (Coral: Common Rail load) ermittelt.

Common-Rail-Pumpengehäuse und Injektor (Quelle: Bosch)

Für die höherfesten Eisengusssorten ergaben sich Schwingfestigkeitspotenziale bei dauerfester Bauteilauslegung von bis zu 10 % in Spannungsrichtung beziehungsweise bis zu 64 % in Lebensdauerrichtung. Die an den Pulsdummys unter Innendruckbelastung ermittelten charakteristischen Schadenssummen lagen unter Verwendung der Schadensakkumulation nach Miner-Haibach für die untersuchten Werkstoffe bei etwa Dc = 0,4. Das Vorhaben wurde aus Mitteln des BMWi über die AiF (15398 N) finanziert.

FORSCHUNGSSTELLE: FACHGEBIET SYSTEMZUVERLÄSSIGKEIT UND MASCHINENAKUSTIK SZM, TU DARMSTADT

OBMANN: DR.-ING. STEPHAN ISSLER, ROBERT BOSCH GMBH

Verformungs-/Schädigungsentwicklung An Massiven Heissgängigen Kraftwerkskomponenten

Am Beispiel des Werkstoffs 23CrMoNiWV8-8 wurde das Schädigungsverhalten massiver Komponenten unter thermomechanischer Belastung während sich wiederholender Anfahrvorgänge betrachtet. Die Qualifizierung der Auswirkung auf die Lebensdauer durch Variation des Temperaturverlaufs während der Anfahrphase stand hierbei im Vordergrund. Komplexe zyklische, betriebsnahe Versuche bildeten das Schädigungsverhalten nach und dienten als Referenz für die anschließende Simulation des Materialverhaltens unter Verwendung der FEM auf Basis eines konstitutiven Werkstoffmodells. Für alle Anfahrvarianten wie Kaltstart, Warmstart und Heißstart gilt: Je höher die Temperatur im Variationsbereich, desto geringer die resultierende Werkstoffantwort, also die Spannung und somit die akkumulierte Kriechschädigung bei diesem Vorgang.

Beim untersuchten Werkstoff überwiegt die durch höhere Temperaturen zunehmende Kriechgeschwindigkeit gegenüber dem Einfluss davon abhängiger zurückgehender Spannungen. Mit dem ingenieurmäßigen, phänomenologischen Ansatz aus Miner-Regel und modifizierter Lebensdaueranteilregel ließen sich die betriebsnahen Versuche und daraus abgeleitete vereinfachte Zyklen mit hinreichender Treffsicherheit abbilden. Das Vorhaben wurde aus Mitteln der Stiftung Stahlanwenderforschung über die AVIF (A 239) finanziert.

FORSCHUNGSSTELLEN: INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE, TU DARMSTADT

OBMANN: DR.-ING. MARTIN REIGL, ALSTOM

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