Zuverlässigkeit & Lebensdauer und Prüfen & Testen

Zuverlässigkeit & Lebensdauer und Prüfen & Testen

Der Validierung und Verifikation von Eigenschaften und Funktionen kommen im Rahmen einer Produktentwicklung weiterhin eine besondere Bedeutung zu. Zum einen ist dem Nachweis gewünschter Eigenschaften und Funktionen in der Regel ein hoher Kostenfaktor zuzuordnen, zum anderen möchte man möglichst frühzeitig im Produktentwicklungsprozess Aussagen über die finalen Bauteil- bzw. Produkteigenschaften treffen können. Zu ersterem sind neue, teilweise hybride Ansätze notwendig, die experimentelle und numerische Methoden kombinieren und so die Komplexität und Versuchszeiten reduzieren. Zu letzterem gilt es vor allem, die verwendete simulative Entwicklungsumgebung und deren zugrundeliegende Modelle zu validieren. Beide Aspekte erfordern sowohl das Vorhalten einer umfangreichen Prüf- und Testumgebung als auch einer Weiterentwicklung von methodischen Ansätzen zur Validierung und Verifikation komplexer Eigenschaften und Funktionen.

Fraunhofer-Automotive bündelt hierzu die notwendigen Kompetenzen sowohl zur Validierung und Verifikation aller im Automobil geforderten Eigenschaften und Funktionen entlang des bekannten V-Modells und über die Nutzungsphase als auch zur Entwicklung neuer Methoden und Ansätze in Hinblick auf zukünftige Fahrzeugkonzepte wie z.B. das hochautomatisierte Fahren.

Prüfverfahren und Testinfrastruktur

Fraunhofer-Automotive bietet vielfältige Prüfverfahren und eine umfangreiche Testinfrastruktur an, welche unter folgenden Links abgerufen werden können:

Prüfverfahren

Testinfrastruktur

1. Prüfen und Testen

© Fraunhofer IBP

Fahrzeugakustik-Prüfstand für NVH und Außengeräusche

Prüfen und Testen umfasst ein umfangreiches Aufgabengebiet im Rahmen der Produktentwicklung entlang des gesamten V-Modells. Dabei wird sich vor allem auf den Nachweis von Eigenschaften und Funktionen fokussiert, die für eine definierte bzw. geforderte Produktqualität notwendig sind. Das umfasst die

  • vollumfängliche Charakterisierung von Werkstoffen (geometrisch, mechanisch, thermisch, akustisch, chemisch, biologisch, …) in Abhängigkeit von Fertigungsverfahren und Nutzung zur Ableitung von Eingangsdaten für die Produktauslegung,
  • Analyse von Bauteil-, Baugruppen- und Fahrzeugeigenschaften wie (Verdunstungs-)Emissionen und Crash- und NVH-Verhalten oder Komforteigenschaften wie Akustik, Innenraumklima und Innenraumluftqualität,
  • Nachweis von Funktionen wobei zunehmend Cyber-Physikalische-Systeme und IT-unterstütze Funktionen berücksichtigt werden müssen.

Prüfen und Testen umfasst dabei sowohl mechanische Bauteile als auch Elektroniken und Software.

Leistungsbeschreibung

  • Ermittlung von Werkstoffkennwerten unter allen relevanten Umgebungseinflüssen
  • Bewertung von Fertigungseinflüssen auf Bauteil- und Produkteigenschaften
  • Zerstörungsfreie und zerstörende Prüfungen von mechanischen und elektro-mechanischen Bauteilen im Rahmen von Qualitätsprüfungen und Zulassungsverfahren
  • Analyse von Produkt- und Systemeigenschaften wie Komfort, Lärm und Emissionsverhalten
  • Entwicklung von Prüfmethoden und -ständen für z.B. Komponentenprüfung, X-the-Loop-Ansätze oder virtuelles Testen

 

Projektbeispiele

2. Analyse und Nachweis der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer

© Fraunhofer LBF

Batterieprüfstand

Bild eines Mercedes-Benz Actros - Bei der Auslegung und Beurteilung mechanisch beanspruchter Bauteile hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit/Zuverlässigkeit spielen statistische Methoden eine zentrale Rolle.
© Daimler AG/Fraunhofer ITWM

Bei der Auslegung und Beurteilung mechanisch beanspruchter Bauteile hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit/Zuverlässigkeit spielen statistische Methoden eine zentrale Rolle.

Zuverlässigkeit und nutzungsgerechte Lebensdauer sind essentielle Anforderungen an automobile Komponenten und Systeme wobei Zuverlässigkeit hier auch die funktionelle Sicherheit nach VDI 26262 umfasst. Zuverlässigkeitsbetrachtungen können dabei sowohl auf technische Produkte als auch Prozesse wie Fertigungsprozesse oder Supply-Chain Management angewendet werden. Fraunhofer Automotive fokussiert vor allem auf die Zuverlässigkeit und nutzungsgerechte Lebensdauer von automobilen Komponenten und Systeme, Produktions-relevante Aspekte werden u.a. durch die Fraunhofer Automobilproduktion abgedeckt. Innerhalb Fraunhofer-Automotive werden Methoden und Verfahren entwickelt, die eine Analyse und Simulation der Nutzungsphase erlauben, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb über eine definierte Lebensdauer zu gewährleisten.

Grundlage hierfür ist die klassische Betriebsfestigkeit, die zur zuverlässigen Bemessung von sicherheitsrelevanten Bauteilen und Systemen eingesetzt wird. Für die Lebensdauerabschätzung werden integrierte numerische und experimentelle Methoden verwendet. Genaue Kenntnisse über Schädigungsmechanismen des Werkstoffs, des Fertigungsverfahrens und der Bauteilgeometrie sowie Unsicherheiten im Entwicklungsprozess und während der Nutzungsphase erhöhen die Abschätzungsgüte. Komplementär dazu werden Methoden der Systemzuverlässigkeit wie FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) oder FTA (Fault Tree Analysis) eingesetzt, die die Berücksichtigung von Wirkbeziehung und Wahrscheinlichkeiten erlauben.

 

Darüber hinaus spielen bei der Auslegung und Beurteilung mechanisch oder elektro-mechanisch beanspruchter Bauteile hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit/Zuverlässigkeit statistische Methoden eine zentrale Rolle. Der zu durchlaufende Prozess beginnt bei der Erfassung, Beschreibung und Modellierung der Nutzungsvariabilität und der resultierenden Beanspruchung, die sich durch Kombination des unterschiedlichen Verhaltens der Nutzer mit der jeweiligen Umgebung ergibt, auch unter Verwendung geo-referenzierter Daten. Anschließend wird ein statistisches Modell der Festigkeit benötigt. Hier greifen statistische Methoden, die gut mit kleinen Stichprobenumfängen und zensierten Daten (Durchläufern) umgehen können. Abschließend können Prognosen für die Ausfallwahrscheinlichkeit beim Kunden erstellt werden, in dem die Festigkeit mit der zeitlich fortschreibenden Beanspruchung verglichen wird.

 

Leistungsbeschreibung

  • Numerische und experimentelle Zuverlässigkeitsanalysen und -bewertungen von elektrischen Antriebssträngen, vom E-Motor über Leistungselektronik bis zur Batterie
  • Numerische und experimentelle Lebensdauerbewertung von mechanischen oder elektro-mechanischen Bauteilen
  • Analyse der Nutzungsphase
  • Methodenentwicklung für die Analyse und Bewertung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit
  • Bereitstellung der Statistik-Suite JUROJIN zur Planung und Auswertung von Lebensdauerversuchen sowie der Prognose von Ausfallwahrscheinlichkeit gegen ein Modell der Beanspruchung

 

Projektbeispiele