Overview Structural Durability

Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit sind zentrale Kriterien bei der Entwicklung und Vermarktung von Produkten und deren Komponenten. Wir bieten Unterstützung bei Frage-stellungen hinsichtlich statischer und schwingender Festigkeit (Lebensdauer) von Werkstoffen, Halbfabrikaten und Maschinenelementen bis hin zu Bauteilen und ganzen Baugruppen. Neben der Möglichkeit zur Messung von repräsentativen Betriebsbelastungen an Bauteilen im Einsatz lassen sich im Labor gemessene oder vorgegebene Beanspruchungen in einem breiten Lastbereich simulieren. Zwei universelle Aufspannfelder erlauben die Realisierung von massgeschneiderten Versuchsaufbauten mit dem Ziel, experimentell die Lebensdauer an Prüfobjekten unter reali-tätsnahen oder kundenspezifischen Belastungen zu ermitteln.

Als unabhängiges, akkreditiertes Labor für schwingende, mechanische Prüfungen an Werkstoffen, Bauteilen und Konstruktionen nach ISO/IEC 17025 (STS 0053) gehören ein hohes Qualitätsniveau unserer Dienstleistungen sowie umfassende Dokumentationen zur Selbstverständlichkeit.

Kontakt:           Dipl. Ing. ETH Roland Koller, Stv. Dipl. Ing. FH Alex Stutz

Unser Dienstleistungsangebot - Beratung, Planung und Engineering
/documents/55968/82331/Durability+Engineering+1/b2e45be3-6fb8-46b2-bb9b-0fb630d8c973?t=1491308760820
Bei der Abklärung von Fragestellungen zur statischen und/oder schwingenden Festigkeit von Komponenten unterstützen wir Sie bei Recherchen und Anwendung von schweizerischen und/oder europäischen Normen. Wir beraten Sie hinsichtlich der Messung von Beanspruchungen, durchzuführenden statischen und/oder schwingenden Belastungsversuchen und konstruktiven oder fertigungstechnischen Massnahmen zur Vermeidung von Schwingungsrissen und/oder zur Erhöhung der Bauteillebensdauer.
Messung und Auswertung von Betriebsbelastungen
/documents/55968/82331/Durability+Rollstuhl+und+Diagramm+2/2c2e62dd-cc03-4801-aa89-7d632a493383?t=1491314691863
Die Auslegung von Bauteilen und deren rechnerischer oder experimenteller Festigkeitsnachweis erfordern die Kenntnis der im Betrieb auftretenden Belastungen. Unter Berücksichtigung von Einsatzzeiten, Betriebszuständen und -bedingungen unterstützen wir Sie bei der Definition von relevanten Beanspruchungskomponenten und Auslegung von Messstellen sowie bei der Auswertung von Messsignalen. Zur Datenregistrierung stehen netzunabhängige, mobile Geräte (bis zu 40 Kanälen mit Abtastraten bis 2400 Hz) für Kurz- und Langzeitmessungen sowohl im Feld wie auch im Labor zur Verfügung. Messtechnisch erfasste Belastungsverläufe werten wir nach ermüdungsrelevanten, statistischen Merkmalen aus und bereiten diese bei Bedarf für Prüfstandsimulationen auf.
Kundenspezifische Prüfaufbauten
/documents/55968/82331/Durability+Ammann+Walzenwippe+3/e6ae08f5-1bce-4156-b0f7-4750d432ae1d?t=1491309189863
Zum experimentellen Nachweis der Festigkeit belasten wir Ihre Bauteile oder ganze Baugruppen statisch oder schwingend, auf Wunsch mit Registrierung von Kraft, Dehnungen und Deformationen, bis zum Auftreten von unzulässigen Verformungen oder Anrissen bzw. bis zum kompletten Versagen. Dabei realisieren wir massgeschneiderte, an die Prüfkomponenten angepasste Versuchsaufbauten unter Berücksichtigung kundenspezifischer Anforderungen. Hierfür stehn zwei universelle Aufspannfelder (Aufspannflächen: 4x8 m bzw. 4.5 x 8 m, Höhen: 10 m bzw. 4 m) und baukastenartige Konstruktionselemente zur Verfügung. Statische oder schwingende Belastungsarten umfassen Zug- und Druckkräfte (bis 100 kN), Querkraft- Biegebelastungen (3-Punkt, 4- Punkt-Biegung sowie Torsionsbelastungen und deren Kombinationen.
Experimentelle Ermittlung von Schwingfestigkeitskennwerten an Werkstoffproben
/documents/55968/82331/Durability+Schwingproben+gekerbt+4/6c028494-32b7-42c6-b4e0-f6970fb3211d?t=1491309377227
Zur mechanischen Charakterisierung von metallischen Werkstoffen ( Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer usw.) beraten wir Sie bezüglich Probengeometrie, Belastungsarten und Prüfstrategien unter Berücksichtigung Ihrer Anforderungen. Dazu definieren wir Versuchsreihen (kraft- oder dehnungsgeregelt) zur Ermittlung von Wöhlerlinien im Zeitfestigkeitsbereich und/oder Treppenstufenversuche zur Bestimmung der Werkstoff-Dauerfestigkeit mit jeweils festzulegenden Überlebenswahrscheinlichkeiten. Versuche an Werkstoffproben können auch bei Temperaturen zwischen 50°C und 450°C durchgeführt werden.
Rechnerische Festigkeitsnachweise
/documents/55968/82331/Durability+Swiss+Life+Pendel/2d8df520-fb3f-4404-8c83-528a11072b6a?t=1491309683967
Neben der FEM-Spannungsanalyse leistet auch eine frühzeitige Lebensdauerabschätzung einen wesentlichen Beitrag zur Kosteneinsparung bei der Entwicklung und Auslegung von Bauteilen und Strukturen unter sich wiederholenden Belastungen. Wir unterstützen Sie sowohl bei der Modellierung Ihrer Bauteile zur Ermittlung relevanter Spannungskomponenten wie auch bei der Anwendung der neuesten FKM-Richtlinie zum rechnerischen Nachweis der statischen Festigkeit, der Ermüdungsfestigkeit oder Dauerfestigkeit.
Entwicklungsprojekte - Verkürztes, experimentelles Verfahren zur Ermittlung von Schwingfestigkeitskennwerten
/documents/55968/82331/Durability+Phybal+6/b08926cb-1b8a-4b18-92bd-581a393e97d1?t=1491312670627

Bainitische Stähle kommen zunehmend im Automobilbau zum Einsatz. Da für eine betriebssichere Auslegung von Komponenten das Festigkeitsniveau bisher nicht voll ausgeschöpft werden konnte, wurden verbesserte Stähle, welche den so genannten TRIP-Effekt (TRansformation Induced Plasticity) zeigen, entwickelt.

Die Ermittlung mechanischer Schwingfestigkeitskennwerte im Verlaufe von Werstoffentwicklungsprozessen mit Hilfe von Standard-Ermüdungsversuchen ist zeitaufwändig, kostspielig und daher nicht wirtschaftlich. Basierend auf modernen Modellen wurde im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojektes ein zeitlich reduziertes, experimentelles Verfahren eingeführt und verifiziert, das anhand von drei bis fünf Schwingversuchen die Abschätzung einer vollständigen Wöhlerlinie (Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich) ermöglicht.

Kontakt: Dipl.Ing. ETH R. Koller, Dipl.Ing. FH A. Stutz

Anwendung vorgespannter Kohlefaser-Lamellen zur Lebens-dauersteigerung eines Kunstwerk-Pendels
/documents/55968/82331/Durability+Das+Ideale+Leben+7/f54d8260-4607-4804-9dab-15a7628b31ea?t=1491312706303
Ein Kunstwerk-Pendel wurde aus drei Stahl-Kastenelementen gefertigt, welche mit Sechskantschrauben verbunden waren. Nach ungefähr zwei Jahren Betrieb brachen einzelne Schraubenköpfe. Als Reparaturlösung wurden die Verbindungstellen verschweisst und alle Schrauben ersetzt. Parallel dazu wurden rechnerische Analysen zum Nachweis der Ermüdungsfestigkeit sowohl der Schraubenverbindung wie auch der neuen Schweissnähte durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass weder die Schraubenverbindung noch die neuen Schweissnähte die notwendige Ermüdungsfestigkeit aufwiesen. Folglich war eine alternative Verstärkung des Pendels erforderlich, um das Kunstwerk weiter in Betrieb halten zu können. Die Applikation von vorgespannten Kohlefaser-Lamellen verschiebt die im Betrieb auftretenden Mittelspannungen in den Schweissnähten in den Druckbereich. Dies behindert das Öffnen von Schweissfehlern und Mikrorissen, wodurch ein mögliches Risswachstum verlangsamt und die Lebensdauer des Pendels erhöht wird. Das sanierte Pendel ist nun seit über 13 Jahren erfolgreich, d.h. ohne Rissbildung in Betrieb (siehe Paper "CFRP-Strengthening and Long-Term Performance of Fatigue Critical Welds of a Steel Box Girder", R. Koller et al., Polymers 2014).
Infrastruktur
  • Servo-hydraulische Zug-Druck-Schwingprüfmaschinen und Prüfzylinder
    Nennlastbereich von 10 kN bis 1'000 kN
    Frequenzbereich von 0.1 bis 50 Hz
  • Servo-hydraulische Zug-Druck-Torsions-Schwingprüfmaschine
    Nennlast bis 160 kN
    Nenntorsion bis 1'000 Nm
    Frequenzbereich von 0.1 bis 20 Hz
  • Elektro-mechanische Zug-Druck-Schwingprüfmaschinen
    Nennlastbereich von 5 kN bis 150 kN
    Frequenzbereich von 50 bis 200 Hz
  • Pulsatoren
    Nennlastbereich von 300 kN bis 1'000 kN
    Frequenzbereich von 1 bis 10 Hz
  • Pneumatische Zug-Druck-Prüfzylinder
    Nennlastbereich von 0.4 kN bis 12'000 kN
    Frequenzbereich von 0.5 bis 5 Hz
  • Zwei universelle Aufspannfelder für kundenspezifische Prüfaufbauten
    Aufspannfläche LxB: 8x4 m bzw. 8x4.5 m
    Bauhöhe: 10 m bzw. 4 m
    Max. Belastung: 100 kN bzw. 50 kN pro Montagepunkt
  • Datenerfassungsanlagen für Labor- und Feldeinsatz
    Max. Anzahl Kanäle: 40
    Messsignale: Kraft, Verschiebung, Dehnung, Beschleunigung, Temperatur
    Abtastfrequenz bis 2'400 Hz pro Kanal
  • Temperaturkammern
    Prüfraumgrösse BxHxT: 110x135x290 mm bzw. 440x550x460 mm
    Temperaturbereich von 50°C bis 450°C bzw. von -100°C bis 250°C