Bewertung der fertigungstechnologischen Einflussgrößen Laserstrahlschweißen und Sintern auf die Betriebsfestigkeit

In dieser Arbeit wurde eine Bemessungsmethode für eine komplex gefertigte Motorelementkomponente, die Teil eines Nockenwellenverstellersystems ist, erarbeitet. Diese Komponente, die während des Betriebs unter pulsierendem Innendruck steht, besteht aus einem kaltumgeformten Stahldeckel, der mit einem Stahlsinterbauteil überlappend laserstrahlverschweißt wird. Zur Bewertung der Einflussgrößen Werkstoff, Gestaltung und Fertigung auf die Lebensdauer wurde das komplexe Bauteil systematisch durch bauteilähnliche vereinfachte Detailproben experimentell im Einstufenversuch untersucht. An den bauteilähnlichen Versuchskörpern wurde mittels FEM die Kerbspannung für einen Referenzradius rref = 0,05 mm berechnet und eine Kerbspannungswöhlerlinie abgeleitet. Diese Referenzwöhlerlinie wurde anschließend zur Auslegung des komplexen Bauteils verwendet. Zur Verifizierung der Berechnung wurde die Schwingfestigkeit des Bauteils experimentell ermittelt. Hierbei zeigten sich konservative Ergebnisse. Durch Berücksichtigung des höchst beanspruchten Werkstoffvolumens konnte die Abschätzung verbessert werden.

Assessment of Manufacturing Technology Influencing Factors Laser Beam Welding and Sintering on the Fatigue Strength. The fatigue strength of a laser beam welded complex engine component was assessed by the notch stress concept applying the reference radius r(ref) = 0.05 mm. By laser beam welding a sintered part and a formed steel sheet were joint together. For the assessment of the fatigue strength of both the laser beam welded joint and the material combination, component-like specimens were manufactured with varying welding parameters and material combinations. Using the results of numerical and experimental investigations on these specimens, a reference SN-curve was derived with which the fatigue strength of the engine component was assessed. A comparison of numerically assessed and experimentally determined fatigue strengths showed a good agreement, which could further be improved by using the method of the highly stressed volume.