Herausforderungen an die Lebensdauerberechnung von Aluminium Hybrid Strukturen: Losungsansatze an Beispielen von Fahrwerkskomponenten - Porsche Panamera und Taycan

摘要

Die Lebensdauerberechnung ist ein etabliertes Tool bei der Auslegung von dynamisch belasteten Bauteilen. An Beispielen von Achstragern des Porsche Panamera und Taycan, die in Aluminium Hybrid-Bauweise - eine Kombination von Alu-Gussknoten, -Profilen und - Blechen - entwickelt wurden, werden Losungsansatze fur mehrere Aufgabenstellungen erlautert und bewertet, die sich im Zuge der Entwicklung gestellt haben: a) FE-Modellierung und Bewertung von Schweissstossen von dunnen zu dicken Wandstarken Aufgrund grosser Wandstarkenunterschiede der zu verschweissenden Teile - vor allem von Alu-Gussknoten zu Blechen und Profilen - wurden neue Methoden zur Lebensdauerbewertung entwickelt und eingesetzt. Insbesondere gilt das fur Gussknoten - hergestellt im Druckguss oder Kokillengussverfahren - die mittels Schalenelementen nur unzureichend im FE-Modell abgebildet werden konnen. b) Vermeidung von Porositat in Alu-Gussknoten im Bereich der Schweissverbindung Die fur die Lebensdauersimulation eingesetzten Schweissnaht-Datenbanken setzen voraus, dass nur geringfugige Porositat in den Schweissnahten auftritt. Um diesen Anspruch zu gerecht zu werden, wurden verschiedene Schweissnaht-Varianten und Gussknoten-Geometrien untersucht und bewertet. VDI-Berichte Nr. 2367, 2020 45 c) geringe Entformungsschrage zur Reduktion von Eigenspannungen bei Schraubverbindungen Bei Verschraubung von Anbauteilen - wie z.B. Achslenker - direkt an Flachen im Druckguss-Zustand kann eine mechanische Bearbeitung deutlich reduziert werden. Dies setzt aber konstruktive Massnahmen zur Erfullung der Lebensdauer-Anforderungen voraus. Zu beachten insbesondere beim Werkstoff Aluminium wegen seiner Mittelspannungsempfindlichkeit d) Einfluss von Wandstarkenschwankungen auf die Lebensdauer Ein weiterer Schwerpunkt ist die Absicherung der Robustheit von Fahrwerksteilen. Die erforderliche Lebensdauer muss zum einem mit Nominalgeometrie erfullt werden, zum andern aber auch mit geometrischen Abweichungen - wie z.B. Wandstarkenschwankungen innerhalb zulassiger Toleranzgrenzen.