Prüfmethodik zur Validierung von Lebensdauerberechnungen für Kolben und Zylinderköpfe aus Aluminiumlegierungen unter überlagerter TMF/HCF-Belastung.
Karl Gerhard Kuhlen
Die hier entwickelte Prüfmethodik beaufschlagt bauteilnahe Zylinderkopf- und Kolbenproben mit realitätsnahen Beanspruchungen in Form von thermomechanischen Ermüdungslasten überlagert mit hochzyklischen mechanischen Lasten. Sie ermöglicht eine Bewertung von Lebensdauerberechnungen und eine frühzeitige Validierung der Bauteilauslegung durch Reduktion der Probengeometrie auf den versagenskritischen Bereich. Die überlagerte Ermüdungsbeanspruchung wird mittels einer Kopplung von Heißgasbrenner und Hochfrequenzpulsator auf die Proben aufgebracht, welche in jeweils für Zylinderkopfprobe und Kolbenprobe separat entwickelten Prüfaufbauten montiert werden.
Ein Vergleich von geprüfter und berechneter Lebensdauern erfolgt anhand jüngst entwickelter Lebensdauerberechnungskonzepte. Diese greifen teilweise auf Lebensdauermodelle zurück, die Risswachstum und bruchmechanische Phänomene berücksichtigen. Dafür wird eine während der Versuche durchgängige Beobachtung des versagenskritischen Bereichs in Kombination mit einer Risserkennung realisiert. Die Methodik ermöglicht eine Verbesserung der Lebensdauerberechnungsgenauigkeit und weist Potenzial zur Übertragbarkeit auf andere Anwendungsgebiete auf.
