Optimierung einer tragenden Radkomponente

Bei der Erfassung von Betriebslastdaten an Kraftfahrzeugen ist die Ermittlung einer großen Anzahl von Signalen und somit der Einsatz einer Vielzahl von Sensoren erforderlich. Eine zentrale Bedeutung unter den Messstellen kommt den mit Hilfe von Messrädern ermittelten Radkräften zu, die zu den wichtigsten Lasten im stark virtualisierten Auslegungsprozess moderner Fahrzeuge gehören. Aus diesem Grund ist eine möglichst präzise Ermittlung der am Rad einwirkenden Kräfte und Momente unter allen Einsatzbedingungen auch für die Qualität der nachfolgenden Simulationsschritte essentiell. Da es sich bei einem Fahrwerk um ein komplexes dynamisches System handelt, darf die am Rad eingesetzte Messtechnik insbesondere hinsichtlich ihrer Massen- und Steifigkeitskennwerte die Eigenschaften des untersuchten Fahrzeugs nicht beeinflussen. Ebenso ist die Dauerhaltbarkeit und Betriebssicherheit der verwendeten Bauteile für diesen Anwendungsfall ein Muss, da während der Nutzung auf dem Prüfgelände gezielt extreme Manöver und daraus resultierende Lastkollektive und Schädigungsprofile gefahren werden.

Optimierte Messradkomponente im eingebauten Zustand
(ohne Felgenring und Reifen)

In Zusammenarbeit mit der Kistler Instrumente GmbH aus Sindelfingen war das Ziel dieses Projekts die Strukturoptimierung einer tragenden Radkomponente unter Nutzung der Potentiale des Laser-Strahlschmelzprozesses. Zunächst erfolgen die Definition der Rand- und Zwangsbedingungen sowie die Festlegung des zur Verfügung stehenden Bauraums. Ebenfalls wird das bestehende System numerisch analysiert, um Referenzwerte für die Beanspruchung und die Steifigkeit zu ermitteln. Ziel bei der Optimierung ist die Reduktion der Masse unter Beibehaltung der Steifigkeit und die Gewährleistung der Einsatzsicherheit. Nach Abschluss des Optimierungsprozesses konnte eine Masseneinsparung von 35% ohne Steifigkeitseinbußen realisiert werden. Der Prototyp wurde abschließend einer funktionalen Qualifizierung unterzogen, die erfolgreich bestanden wurde.

BRÜGGEMANN, J.-P.; RISSE, L.; WOODCOCK, S. C.; JOY, T. D.; NEUMANN, J.; VIDNER, J.; KULLMER, G.; RICHARD, H. A.: Strukturoptimierung einer Messradkomponente zur realitätsnäheren Erfassung von Fahrzeug-Lastdaten und bruchmechanische Bewertung. In: DVM-Bericht 252, Arbeitskreis: Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen, Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V., Hamburg, 2020, S. 227-240.

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