Zur Herstellung von Stabstahl der Sorte 15MnCrMoV4-8 ist die thermomechanische Behandlung erprobt worden. Diese erfolgte in Kombination mit der kosten- und energiesparenden Wärmebehandlung aus der Walzhitze. Dabei wurde besondere Aufmerksamkeit der chemischen Zusammensetzung gewidmet. Sie wird aus der Sicht kostenintensiver Legierungselemente, wie sie in Kombination mit Umformung und Abkühlung zum Erreichen eines mechanischen Eigenschaftsprofils führen, betrachtet. Das erforderliche Niveau der mechanischen Eigenschaften ist aus der Anwendung dieser Stahlsorte für die Fertigung von Pumpenstangen aus dem Bereich der Ölfördernden Industrie abgeleitet worden. Bei den entwickelten und erprobten Herstellungstechnologien haben ein Teil der Stahlstäbe der gewählten Legierungen das geforderte Eigenschaftsniveau von Halbzeugen für die ölfördernde Industrie erreicht. Ein Teil davon hat sogar das Eigenschaftsprofil einer höheren Festigkeitsklasse, die zu Gewichts- und Energieeinsparungen führt. Die angestrebte Lebensdauer, ermittelt durch Schwingfestigkeitstests unter atmosphärischen Bedingungen sowie im korrosiv-wässrigen 3%NaCl-Medium, ist bei fast allen untersuchten Werkstoffen erreicht worden.

Im Projekt wurde das Ermüdungsverhalten eines hochgefüllten, extrudierten Holz- Polymer- Werkstoffes (Wood Polymer-Composite, kurz: WPC) und dessen technisches Halbzeug (WPC-Systemprofil) im Anwendungsfeld der Fördertechnik erforscht. Kernsegment im Projekt ist das hochgefüllte WPC-Extrusionsprofil als Trag- und Gleitelement im Hängefördersystem (HFS). Im ersten Schritt wurde das Kriechverhalten (langzeitstatisch) und Ermüdungsverhalten unter dynamisch-schwingender Belastung (langzeitdynamisch) am produktspezifischen WPC-Material und am WPC-Systembauteil untersucht. Das Prüfregime bezieht sich dabei auf das reale Belastungskollektiv in der Anwendung des Hängefördersystems, welches vorrangig einer Dreipunktbiegebelastung im WPC-Systemprofil und einer Zugbelastung in der Verbindungsstelle entspricht. Aufbauend auf die Material- und Bauteiluntersuchung wurde der Dauerlauftest am Funktionsprototyp (Hängefördersystem) durchgeführt. Dabei wurden die Kriechneigung des WPC-Systemprofils und der Vorspannkraftverlust in der Verbindungsstelle im praxisrelevanten Fall überwacht. / In the research project the fatigue behavior of a high filled extruded Wood Polymer Composite (WPC) and its technical product were investigated in the application of material handling technology. The main focus of the project is the high filled WPC extrusion profile, which is applied as a sliding rail for the use in an overhead material handling system. In the first step the creep behavior (long-term static load) and fatigue behavior under dynamic-oscillating loads were studied on the product-specific WPC material and on the WPC component. The testing procedure refers to the real stress collection in the application of the overhead material handling system, which corresponds to a three-point bending load in the profile and a tensile load in the connection point. Furthermore, an endurance test was carried out under practical conditions on the overhead matrial handling system to oversee the long-term mechanical properties of the WPC sliding rail and the loss of the preloaded force in the connection point.

Die Marktbedingungen in der Automobilindustrie sind durch kürzere Entwicklungszeiträume, eine zunehmende Anzahl an Komfortfunktionen und Fahrzeugderivaten sowie steigende Erwartungen an Qualität, Effizienz und Sicherheit geprägt. Die reale Erprobung ist ein kritischer Pfad im Entwicklungsprozess. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues Prüfsystemkonzept für die Komponentenerprobung, welches diesen Anforderungen Rechnung trägt. Das Herzstück ist eine softwarebasierte Systemarchitektur zur Automatisierung von Prototypentests. Schwerpunkte sind die Flexibilität in der Praxisanwendung, die Ausweitung der Messdatenerfassung mit zweckmäßiger Verwaltung zur Bauteilüberwachung und Fehlerrekonstruktion sowie eine aufgabenorientierte Schnittstelle zur Integration von Robotern. Diese übernehmen die mechanische Betätigung von beweglichen Fahrzeugkomponenten. Anhand von zwei konkreten Beispielen, einem Prüfstand zur Absicherung von Fahrzeugtüren sowie einem Prüfstand für Steifigkeitsmessungen wird die Praxistauglichkeit nachgewiesen.

Das Löten wird als ein Fügeverfahren charakterisiert, bei dem die thermische Beeinflussung der Fügepartner minimal ist. Gleichzeitig ist damit jedoch der prinzipielle Mangel einer Lötverbindung verbunden, denn durch den Verzicht auf das Aufschmelzen des Grundwerkstoffs erreichen die Festigkeiten in der Regel nicht die der Grundwerkstoffe. Diesem Mangel läßt sich einerseits durch Überlapp- oder Steckverbindungen begegnen andererseits bilden sich bei sehr kleiner Lötspaltbreiten ( < 0,02 mm) und in Verbindung mit einem geeigneten Lot-Grundwerkstoff-System sog. Stengelkristallite aus, die über die Lötnaht wachsen und die Festigkeit des Lötverbundes nachhaltig verbessern. Es wird ein Konzept vorgestellt, mit dem der Anwendungsbereich der Stengelkristallite auf industrieübliche Lötspaltbreiten von bis zu 0,2 mm ausgebreitet wird. Die theoretischen Grundlagen werden durch umfangreiche Versuchsplanung und -durchführung bestätigt. Die Bewertung dieses Verbindungstyps im Vergleich zu Verbindungen ohne Stengelkristallite wird in umfangreichen statischen und dynamischen Festigkeitsuntersuchungen dargelegt. Metallographische Untersuchungen bestätigen den Einfluss auf die Festigkeitserhöhung.

In der Dissertation werden Konzepte vorgestellt, mit denen die Abschätzung der Dauerfestigkeit von Bauteilen auf Grundlage von Werkstoffkennwerten möglich ist. Aus den sich dabei ergebenden Problemen sowie den speziellen Anforderungen der Werkstoffgruppe Sinterstahl wird ein neues Konzept aus bruchmechanischen Überlegungen abgeleitet. Damit ist eine Anwendung ohne prinzipielle Einschränkung bezüglich der Bauteilgeometrie und unter Berücksichtigung der individuellen Kerbempfi ndlichkeit des Werkstoffs möglich. Die Validierung und statistische Auswertung anhand einer breiten Datenbasis belegt eine gute Treffsicherheit im Vergleich zu anderen Verfahren. Empfehlungen zur praktischen Anwendung und den Grenzen der verschiedenen Konzepte werden gegeben.

Die Schwingfestigkeit einer Welle oder Achsen unterliegt einer Streuung. Diese Streuung wird durch Werkstoff- und Fertigungseinflüsse verursacht. Die Kenntnis der Streuung ist essenziell zur Vermeidung von Schadensfällen. Bislang besteht die Problematik, dass seitens der Schwingfestigkeitsstreuung im Bereich der Langzeitfestigkeit nur wenige Literaturwerte vorliegen und eine experimentelle Bestimmung mit geringem Fehler äußerst zeit- und kostenaufwendig ist. Zudem erfassen die beiden genannten Optionen, aufgrund der immer zugrunde liegenden experimentellen Ermittlung der Werte der Schwingfestigkeitsstreuung, nicht alle für die auszulegende Welle oder Achse möglichen Streueinflüsse. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, eine Methode zur Abschätzung der Streuung der Schwingfestigkeit für Vergütungsstähle zu entwickeln. Für die Entwicklung einer solchen Methode gilt es, die im Kontext einer sogenannten zweifachen Wöhlerlinie auftretenden Schadensorte – Bauteiloberfläche und Bauteilinneres – im Hinblick auf die ursächlichen Schädigungsmechanismen detailliert zu betrachten. Auf den identifizierten Einflussgrößen der Schädigungsmechanismen aufbauend werden geeignete Konzepte zur Schwingfestigkeitsabschätzung für die Schädigungsmechanismen entwickelt, die die Einflussgrößen erfassen. Dabei wird zur Vorhersage der Schwingfestigkeit beim Schädigungsmechanismus ausgehend von der Bauteiloberfläche ein Kerbspannungskonzept und für den Schädigungsmechanismus ausgehend vom Bauteilinneren ein bruchmechanisches Konzept genutzt. Auf diesen aufbauend wird ein stochastisches Modell der Langzeitfestigkeit entwickelt. Dieses wird anhand durchgeführter experimenteller Untersuchungen sowie im Kontext bestehender Literaturdaten bewertet. / The fatigue strength of a shaft or axles is subjected to a scatter. This scatter is caused by material and manufacturing influences. Knowledge of the scatter is essential for avoiding failures. Up to now, the problem has been that only a few literature values are available on fatigue-strength scatter in the range of long-term strength and an experimental determination with a small error is extremely time-consuming and expensive. In addition, the two options mentioned, due to the experimental determination of the values of the fatigue-strength scatter, which is always the basis, do not include all possible scatter influences for the shaft or axle to be designed. Therefore, the aim of this work is to develop a method for estimating the scatter of the fatigue strength for quenched and tempered steels. For the development of such a method it is necessary to consider in detail the failure locations occurring in the context of a so-called duplex S-N curve - component surface and component interior - with regard to the causal failure mechanisms. Based on the identified influencing parameters of the failure mechanisms, suitable concepts for fatigue-strength estimation are developed for the failure mechanisms that capture the influencing parameters. A notch-stress concept is used to predict the fatigue strength for the failure mechanism originating from the component surface, and a fracture-mechanics concept is used for the failure mechanism originating from the interior of the component. Based on these, a stochastic model of the long-term strength is developed. This model is evaluated on the basis of experimental investigations and in the context of existing literature data.

Die Marktbedingungen in der Automobilindustrie sind durch kürzere Entwicklungszeiträume, eine zunehmende Anzahl an Komfortfunktionen und Fahrzeugderivaten sowie steigende Erwartungen an Qualität, Effizienz und Sicherheit geprägt. Die reale Erprobung ist ein kritischer Pfad im Entwicklungsprozess. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues Prüfsystemkonzept für die Komponentenerprobung, welches diesen Anforderungen Rechnung trägt. Das Herzstück ist eine softwarebasierte Systemarchitektur zur Automatisierung von Prototypentests. Schwerpunkte sind die Flexibilität in der Praxisanwendung, die Ausweitung der Messdatenerfassung mit zweckmäßiger Verwaltung zur Bauteilüberwachung und Fehlerrekonstruktion sowie eine aufgabenorientierte Schnittstelle zur Integration von Robotern. Diese übernehmen die mechanische Betätigung von beweglichen Fahrzeugkomponenten. Anhand von zwei konkreten Beispielen, einem Prüfstand zur Absicherung von Fahrzeugtüren sowie einem Prüfstand für Steifigkeitsmessungen wird die Praxistauglichkeit nachgewiesen.