AUS DER PRAXIS
Bild 2: Kugelbolzen (links), Anordnung der Prüfung (mittig) sowie Prüfgerät für die
Biege- und Lebensdauerprüfung (rechts) Bilder: Autoren
LEBENSDAUERPRÜFUNGEN
Bei dieser
Prüfung
wurden
zwei Prüfzyklen
gefahren:
A) Anfängliche
Belastung
von 55 kN für einen Lastwechsel
mit
anschließender
Prüfung
im Zug-Druck-Bereich
bei einer mittleren
Belastung
von 5 kN und einer
Wechselbeanspruchung
von ± 18 kN (R = -0,6). Die Mindestanforderung
für diese
Untersuchung
liegt bei mehr als 300.000 Lastwechseln.
B) Anfängliche
Belastung
von 65 kN für einen Lastwechsel
mit
anschließender
Prüfung
wie unter Prüfzyklus
A.
Die anfängliche
Belastung
von 55 kN beziehungsweise
65 kN
soll die Beanspruchung
bei einer missbräuchlichen
Fahrweise
simulieren.
Beim Prüfzyklus
A (Tabelle 3) fallen
die Kugelbolzen
aus
42CrMo4 unter 300.000 Lastwechsel
aus, während
die Kugelbolzen
aus 20MnCrMo7 immer
Lastwechsel
von mehr als 300.000
aufzeigen.
Der Prüfzyklus
B wurde
daher
nur an Kugelbolzen
aus dem
Stahl 20MnCrMo7 vorgenommen.
Auch bei dieser
höheren
anfänglichen
Beanspruchung
wurden
Lastwechsel
von mehr als
300.000 erreicht.
Somit zeigen
sie ein überlegeneres
Lebensdauerverhalten
als die Kugelbolzen
aus 42CrMo4 im vergüteten
und induktiv
gehärteten
Zustand.
Wird die IH-Randschicht
beschädigt,
bauen sich die Druckeigenspannungen
ab und das
Lebensdauerverhalten
der Kugelbolzen
wird beeinträchtigt.
Diese
Verhaltensweise
wird durch die FE-Berechnung
zur Voraussage
der Lebensdauer
von Kugelbolzen
nach der IH-Behandlung
offenbart.
VORAUSSAGE
DER LEBENSDAUER
VON KUGELBOLZEN
MITTELS
MEHRACHSIGER
BERECHNUNGSFORMEL
Ein zuverlässiges
Rechenmodell
für die Vorhersage
der Lebensdauer
von Kugelbolzen
ist von Bedeutung,
um bei verschiedenen
Kugelbolzengeometrien
für die unterschiedlichen
Fahrzeugmodelle
kostspielige
Lebensdauerversuche
einsparen
zu können.
Hier wird nur kurz die Vorgehensweise
für die Berechnungsgrundlage
skizziert.
Sie ist in einer anderen
Veröffentlichung
ausführlich
beschrieben
1.
Eine mehrachsige,
zyklische,
plastische
Verformung
muss in
Betracht
gezogen
werden,
um den Schaden
durch missbräuchliche
Ereignisse
zu erfassen.
Es gibt im Prinzip
zwei Modelle,
um
die zyklischen
Leistungen
zu berechnen:
• Spannungsmodell
mittels
S/N-Kennlinien
und
• Dehnungsmodell
mittels
e/N-Kennlinien
Das dehnungsbasierte
Modell
kann die plastische
Verformung
an der Rissspitze,
die zur Risseinleitung
führt, recht genau
berechnen
3. Der Rissfortschritt
kann durch Zug- und/oder Schubspannung
beeinflusst
werden,
wie von Paris postuliert
2. Dieser
Ansatz
wird genommen,
um eine duktile
Komponente
für die
Radaufhängung
zu dimensionieren.
Nach Brown und Miller ist es erforderlich,
sowohl
die zyklischen
Schubspannungen
als auch die Normaldehnung
auf der Ebene
der maximalen
Schubspannung
zur Kennzeichnung
der Rissentstehung
und des Rissfortschritts
zu berücksichtigen.
Das
dehnungsbasierte
Modell
zur Vorhersage
der Lebensdauer
von
Kugelbolzen
wird bevorzugt,
da es sowohl
den Beitrag
der elastischen
als auch den der plastischen
Dehnung
zur Steuerung
des lokalen
Fließvorgangs
in Betracht
zieht.
Die Berechnung
der Lebensdauer
von induktiv
gehärteten
Kugelbolzen
ist deshalb
problematisch,
da die induktivgehärtete
Randschicht
beschädigt
werden
kann, sobald
die plastische
Verformung
eintritt
und somit
zu Schwankungen
in der Lebensdauer
führt.
Kugelbolzenstahl/
Prüfzustand
Kraft Bleibende Verformung nach
dem Entlasten im elastischen
Bereich
Bleibende Verformung nach
dem Entlasten im plastischen
Bereich
20MnCrMo7,
vergütet auf Rm = 1.500 MPa
60 kN
(im elastischen Bereich)
0 mm
42CrMo4,
vergütet auf Rm = 1.160 MPa + IH
0 mm
20MnCrMo7,
vergütet auf Rm = 1.500 MPa
102 kN
(im plastischen Bereich)
13,1 mm
42CrMo4, vergütet auf Rm = 1.160 MPa + IH
78 kN
(im plastischen Bereich)
3,4 mm
Tabelle 2: Ergebnisse der Biegeprüfung an Kugelbolzen aus 20MnCrMo7 und 42CrMo4
44 massivUMFORMUNG | MÄRZ 2018