Entwicklung eines schwingbruchmechanischen Auslegungskonzeptes für innendruckbeanspruchte Bauteile mit ausgeprägten Druckeigenspannungsfeldern [article]

Marcus Lechmann, Universität Stuttgart, Universität Stuttgart
2008
Die Anforderungen an moderne Dieselmotoren mit Direkteinspritzung wie Fahrkomfort, Wirtschaftlichkeit und Abgasgesetzgebung steigen stetig. Eine Möglichkeit diesen Anforderungen gerecht zu werden ist die immer weitere Erhöhung der Einspritzdrücke. Dabei müssen jedoch die sicherheitsrelevanten Komponenten des Einspritzsystems, wie z.B. der Kraftstoffverteiler (Rail) des Common-Rail-Systems, die hohen Drücke zuverlässig ertragen. Eine Möglichkeit hohe Drücke mit einer maximalen Nutzung des
more » ... Nutzung des Schwingfestigkeitspotenzials von Werkstoffen bei gegebener Bauteilgeometrie darzustellen bieten hierbei Druckeigenspannungen. Ein geeignetes Fertigungsverfahren, um ein möglichst günstiges Druckeigenspannungsfeld an versagensrelevanten Stellen innendruckbeanspruchter Bauteile zu erzeugen, ist die Autofrettage. Um dieses Potenzial für sicherheitsrelevante innendruckbeanspruchte Bauteile zuverlässig nutzen zu können, wurde in dieser Arbeit ein schwingbruchmechanisches Auslegungskonzept nach dem Versagenskriterium Rissstopp entwickelt. Hierbei wurde insbesondere die Charakterisierung der Eigenspannungen nach der Fertigung, der Eigenspannungsabbau infolge der Innendruckbelastung sowie die lokale Bewertung der Rissfront und deren Interaktion mit dem Eigenspannungsfeld betrachtet. Die hierfür benötigten experimentellen und numerischen Untersuchungen wurden an einem geschmiedeten Railabschnitt aus dem AFP-Stahl 38MnVS6 mit einer Bohrungsverschneidung durchgeführt. Da innendruckbeanspruchte Bauteile der Einspritzsysteme in der Regel einen komplexen Beanspruchungs- und Werkstoffzustand aufweisen, ist der Einsatz numerischer Methoden für die Bewertung der gesamten Prozesskette von der Eigenspannungseinbringung bis hin zur Bewertung des Rissstopps unabdingbar. Aus diesem Grund wurden für den Stahl 38MnVS6 statische, zyklische und bruchmechanische Werkstoffkennwerte ermittelt. Diese wurden für unterschiedliche Wärmebehandlungen, Chargen und Schmiedezustände bestimmt, um den Einfluss von Gefügestreuungen im Großserienprozess auf die Schwingfe [...]
doi:10.18419/opus-1763 fatcat:mlzwxhxslvbi7jyamsrctzchsq