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Optimierung von Nutzfahrzeugsicherheitskomponenten aus Eisengraphitguss

Werkstoffauswahl und Formgebung unter Berücksichtigung der Betriebsbelastung
Optimization of cast iron safety components of commercial vehicles by material selection and geometry under consideration of service loadings
 
: Sonsino, C.M.; Streicher, M.

MP materials testing 51 (2009), Nr.7-8, S.428-436
ISSN: 0025-5300
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer LBF ()

Abstract
Die Betriebsfestigkeit von Bauteilen wird grundsätzlich durch die Interaktion von Belastung, Werkstoff, Formgebung und Fertigung bestimmt. In jedem dieser einzelnen Parameter ist ein großes Optimierungspotenzial für den Leichtbau vorhanden, das nicht ausgeschöpft ist. Anhand eines Panhardstabes, eines stabilisierenden Elements im Fahrwerk von Nutzfahrzeugen, wird gezeigt, wie zunächst durch eine Werkstoffsubstitution, nämlich des konventionellen Eisengraphitgusses EN-GJS-400-15 (GGG 40) durch die ADI (Ausferrite Ductile Iron)-Variante EN-GJS-800-8 mit der entsprechenden Wärmebehandlung, eine deutlich höhere Schwingfestigkeit erzielt wird. Zu bemerken ist, dass der ADI-Guss gefügebedingt gegenüber dem konventionellen ferritischen Werkstoff unter variablen Betriebsbelastungen eine deutlich höhere Schwingfestigkeits- bzw. Lebensdauersteigerung aufweist als unter konstanten Amplituden und somit ein Leichtbaupotenzial. Da Panhardstäbe, ebenso auch gummigelagerte Gusszapfen, im Betrieb auch Missbrauchs- und Sonderbelastungen ausgesetzt werden können, müssen Konstruktion und Werkstoff entsprechend ausgerichtet sein. Die Bauteilvarianten aus EN-GJS-800-8 verhalten sich gegenüber dem EN-GJS-400-15 unter schlagartiger Belastung (Impact) sowie unter einer elasto-plastischen Sonderbelastung überlegen. Die Verformbarkeit der Bauteile aus dem weniger duktilen EN-GJS-800-8 kann durch entsprechende konstruktive Maßnahmen im Schaftbereich, verbunden mit einer Gewichtsreduzierung um 15 %, erhöht werden. Die ADI-Variante der Panhardstäbe wird zwar aufgrund der höheren Kosten, bedingt durch die geringe Stückzahl, nicht hergestellt, aber die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichten die kostengünstige Entwicklung von Vierpunktlenkern aus dem ADI-Guss.

 

Optimization of cast iron safety components of commercial vehicles by material selection and geometry under consideration of service loadings. The structural durability of safety components in chassis comprise not only the fatigue behaviour under cyclic variable amplitude service loading, but also its interaction between prestrains caused by special events and the rupture behaviour under impact loading due to misuse. From this background the structural durability behaviour of Panhard rods of ferritic cast nodular iron EN-GJS-400-15 was compared with the behaviour of rods of the austempered EN-GJS-800-8 (ADI). Investigated components, Panhard rods and cast plugs, of the austempered material reveal a higher impact resistance than the components of the ferritic cast nodular iron. Due to its ausferrite microstructure Panhard rods of EN-GJS-800-8 display a significantly superior fatigue strength behaviour especially under spectrum loading and bear a lightweight design potential in comparison to the conventional EN-GJS-400-15. Prestrains do not affect the fatigue behaviour under variable amplitude loading and the plastic deformation of the component under impact loading can be increased by appropriate design reducing the stiffness in the shaft area. The appertaining design modification enables also a weight reduction by 15%. Hence, the austempered variant of the Panhard rods is not produced because of the higher manufacturing costs resulting from the lower number of items. But the expertize gained enabled the cost saving development of a four-point link (x-link).

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-107771.html