Ein Beitrag zur Berechnung der Lebensdauer von Rollbalgluftfedern
Arne Johannes von Eitzen
Der vorhandene Wettbewerbsdruck in der Fahrzeugindustrie führt zur Entwicklung von immer leistungsfähigeren Federungssystemen. Zudem werden diese Systeme kompakter und leichter. Hieraus resultieren höhere Ansprüche hinsichtlich der Betriebsfestigkeit an die verwendeten Komponenten. Dies kann nur durch eine effiziente Entwicklung unter Einsatz numerischer Methoden erreicht werden.
Gegenüber konventionellen Federsystemen bieten Luftfedern aufgrund ihrer Bauart diverse Vorteile. Bei der Entwicklung einer Luftfeder liegt ein besonderes Augenmerk auf der Lebensdauer des Balges. Mit Blick auf die Notwendigkeit der Reduktion von Entwicklungszeiten und -kosten müssen die Methoden zur Lebensdaueranalyse von Bälgen universell auf unterschiedliche Luftfedersysteme anwendbar sein. Lebensdauerprognosen in frühen Entwicklungsphasen erfordern daher die Anwendung von örtlichen Konzepten der Betriebsfestigkeit, die auf Basis von Materialparametern und entsprechenden Lebensdauercharakteristiken eine rechnerische Lebensdaueranalyse ermöglichen.
Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer Methode zur numerischen Vorausberechnung der Lebensdauer von Rollbalgluftfedern. Hierzu wurde eine Mehrskalen-Finite-Elemente-Analyse von Luftfedern zur Ermittlung der lokalen Beanspruchungen in einem Balg durchgeführt. Durch Wöhlerversuche an einer speziell entwickelten Faden-Elastomer-Verbundprobe konnte die Beanspruchbarkeit eines Faden-Elastomer-Verbundes ermittelt werden. So konnte die Lebensdauer von Kreuzlagenbälgen vorhergesagt werden.
