Christian Eckstein

• Bei der Entwicklung moderner Landmaschinen besteht der Zielkonflikt zwischen Zuverlässigkeit und Dauerhaltbarkeit auf der einen Seite und Kosten- und Fahrzeugeffizienz auf der anderen Seite. Repräsentative Lastkollektive zur Beschreibung der Betriebsbelastungen im Nutzungsbetrieb sind dabei eine zentrale Forderung zur Dimensionierung von Bauteilen. Eine große Herausforderung besteht in der adäquaten Beschreibung der Nutzungsvariabilität einer Kundenpopulation und der Identifikation der kritischsten Kombination der Lastfälle. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ermittlung und Erprobung eines Verfahrens zur Beschreibung der wirkenden Belastungen von Traktoren im Anwendungsbetrieb. Im Fokus steht die Ableitung repräsentativer Lastkollektive, die als Grundlage für Betriebsfestigkeitsprüfungen dienen. Inhaltlich basiert das eingesetzte Verfahren auf der systematischen Trennung der auftretenden Betriebszustände (Faktormodell) und deren Einsatzverteilung im Kundenbetrieb (Nutzungsmodell). Die im Faktormodell identifizierten Betriebszustände werden dabei durch repräsentative Lastmessungen im Kundenbetrieb beschrieben. Mittels Monte-Carlo-Simulation erfolgt die Erzeugung einer beliebigen Anzahl virtueller Nutzer auf Basis der definierten Randbedingungen des Nutzungsmodells. Die erzeugten Nutzer besitzen jeweils eine individuelle Einsatzverteilung und das Verfahren ordnet ihnen abhängig von der vorgegebenen Nutzungsdauer die Lastdaten der korrespondierenden Betriebszustände zu. Die ausgewählten Lastdaten werden entsprechend der spezifischen Einsatzverteilung in Form von Pseudo-Schädigungszahlen für die Ziellebensdauer des Fahrzeugs aufsummiert. Die ermittelten Gesamtschädigungen sind dabei als Maß für die Härte der Belastungen im Anwendungsbetrieb zu verstehen. Auf Basis der Verteilung der Gesamtschädigungen einer Nutzerpopulation erfolgt die Identifikation des Referenz- oder Auslegungsnutzers (z. B.: 95% oder 99% Quantil). Die hinter dem ausgewählten Nutzer steckende Kombination der Lastfälle ermöglicht die Berechnung von repräsentativen Lastkollektiven. Das Verfahren ist zur Ermittlung von Eingangsbelastungen für Prüfprozeduren und die numerische Betriebsfestigkeitssimulation nutzbar. Es eignet sich weiterhin zur Durchführung von Sensitivitätsstudien bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge wie auch zur Identifikation von marktspezifischem Kostenreduzierungspotential.
• For the development of modern tractors there is a conflict between reliability and durability on the one hand and cost and vehicle efficiency on the other hand. Important requirements for a sufficient component design are representative duty load cycles to describe the customer intended loads within the tractor life. A big challenge is the description of the usage variability within the customer population and the identification of the most critical customer usage. Goal of this thesis is to determine a procedure to describe the acting loads on tractors within customer usage, focused on the derivation of representative duty load cycles as a baseline for durability verification. The developed procedure is based on the systematic separation of the existing customer applications (factor model) and their usage in terms of duration and frequency (usage model). The identified applications within the factor model are described by representative load measurements during customer operation. Based on a Monte-Carlo-Simulation a specific number of virtual users is created under consideration of the requirements of the usage model. The created users have an individual usage distribution and the process assigns the application specific load data to each user. The selected load data will be transferred to pseudo damage values and will be combined to a total damage value for each user. The total damage value of each user is referred to the life goal of the vehicle and is a variable to describe the severity of the applied loads of each user. Based on the total damage distribution of a user population the representative user (95% or 99% quantile) will be identified. The load sequence behind the selected user will be used to calculate a representative duty load cycle. The process is useful to determine input loads for fatigue life calculations or to evaluate test procedures for components or structures. Furthermore the process is valid for sensitivity studies during the development of new vehicles and also for the identification of market specific cost reduction potential.