Skip to main content
Disciplines
Automotive Business IT + Informatics Construction + Real Estate Electrical Engineering + Electronics Energy + Sustainability Insurance + Risk Finance + Banking Management + Leadership Marketing + Sales Mechanical Engineering + Materials
Events
DE
EN
Books
Journals
Topic Page
Marketing
Start single access now
Access for companies
EXTENDED SEARCH
Log in
Top

2022 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau

Ermittlung von Bauteil- und System-Zuverlässigkeiten

Authors: Bernd Bertsche, Martin Dazer

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Login to get access
insite
SEARCH

About this book

Von immer komplexer werdenden technischen Produkten erwartet man heute nicht nur gesteigerte Leistungsfähigkeit, sondern auch erhöhte Zuverlässigkeit. Dieses Lehrbuch ist sowohl eine Einführung in die Zuverlässigkeitstheorie für Fahrzeug- und Maschinenbauingenieure als auch ein Nachschlage- und Vertiefungswerk für Zuverlässigkeitsspezialisten. Neben den praxisrelevanten statistischen Grundlagen und den qualitativen Zuverlässigkeitsmethoden wie der FMEA und der FTA befasst sich dieses Lehrbuch schwerpunktmäßig mit der Lebensdauerdatenanalyse und den Zuverlässigkeitstestmethoden.
Der Stoff ist theoretisch fundiert und zugleich praxisnah aufbereitet. Aufbau und Darstellungsweise machen ein unmittelbares Arbeiten mit dem Buch möglich. Vertieft werden die beschriebenen Theorien, Begriffe und Vorgehensweisen durch Beispiele und Übungen mit Lösungen.

Für diese Neuauflage wurde, neben der Erweiterung und Überarbeitung der Kapitel, ein neues Kapitel zum Thema Prognostics & Health Management (PHM) aufgenommen. Darin werden die neuesten Ansätze der Zuverlässigkeitsabsicherung mittels Health-Monitoring und Prognose der verbleibenden Restlebensdauer vorgestellt.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Produkte können ihre volle Leistungsfähigkeit nur bereitstellen, wenn ihre Funktion über die geforderte Nutzungszeit erhalten bleibt. Hierfür bedarf es einer hohen Zuverlässigkeit! Auch heute werden Zuverlässigkeit und Sicherheit als Top-Kriterien beim Neuwagenkauf genannt, was ohne Zweifel verdeutlicht, wie Zuverlässigkeit wahrgenommen wird. Um Produkte mit hoher Zuverlässigkeit zu entwickeln, müssen zielgerichtete Methoden über den gesamten Entwicklungsprozess – von der Zieldefinition bis zur Überwachung des Feldbetriebs – angewandt werden.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
2. Grundlagen der quantitativen Zuverlässigkeitsanalyse
Zusammenfassung
Die Zuverlässigkeitstechnik verwendet aufgrund der stochastischen Lebensdauer viele Methoden aus dem Bereich der Statistik und der Wahrscheinlichkeitstheorie. In Kap. 2 werden deshalb die wichtigsten Grundbegriffe, Methoden und Vorgehensweisen aus der Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie behandelt, die für die praxisorientierte Anwendung der Zuverlässigkeitstechnik elementar sind. Zudem werden die bekanntesten Lebensdauerverteilungen vorgestellt und erläutert. Sehr ausführlich wird hier auf die im Maschinenbau häufig verwendete Weibullverteilung sowie auf die Berechnung der Systemzuverlässigkeit eingegangen. Es werden auch die Grundlagen der Beta- und Binomialverteilung erläutert, die vor allem für die Zuverlässigkeitstestplanung relevant sind.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
3. FMEA – Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse
Zusammenfassung
Die Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) gehört zu den bekanntesten und zu den verbreitetsten und wichtigsten Methoden der Zuverlässigkeitstechnik. Der Verband der deutschen Automobilindustrie (VDA) und die Automotive Industry Action Group (AIAG) haben branchenweite Standards zur Anwendung der FMEA entwickelt. Die sieben zentralen Schritte zur Durchführung einer FMEA werden in diesem Kapitel thematisiert und anhand von Produkt- und Prozessbeispielen verdeutlicht.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
4. Fehlerbaumanalyse (Fault Tree Analysis, FTA)
Zusammenfassung
Die Fehlerbaumanalyse (Fault Tree Analysis FTA) wird häufig in Kombination mit der FMEA angewendet, um alle potentiell kritischen Ausfallmechanismen im System frühzeitig zu identifizieren. Während die FMEA vor allem die Auswirkungen von Fehlern untersucht, liegt der Fokus der FTA bei der Identifikation aller möglichen Ursachen. Ebenfalls berücksichtigt werden dabei gemeinsame Fehlerursachen und Fehlerarten (Common Cause & Common Mode). Die Fehlerbaumanalyse kann als einzige Methode sowohl qualitativ als auch quantitativ angewendet werden. Während bei der qualitativen FTA die Ermittlung der Ausfallmechanismen im Vordergrund steht, wird bei der quantitativen FTA die Systemzuverlässigkeit aus den Einzelzuverlässigkeiten berechnet. Dafür können approximative oder auch analytisch exakte Verfahren verwendet werden.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
5. Zuverlässigkeitsanalysen anhand von Beispielen
Zusammenfassung
Mit den Grundlagen der Zuverlässigkeitstechnik, der FMEA und der FTA, lassen sich bereits Zuverlässigkeitsanalysen durchführen. Anhand eines mechanischen und eines mechatronischen Beispiels wird eine Systemzuverlässigkeitsanalyse durchgeführt. Dabei werden alle notwendigen Schritte von der Identifikation der kritischen Ausfallmechanismen bis zur Bestimmung der Systemzuverlässigkeit behandelt.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
6. Auswertung von Lebensdauerdaten und Ausfallstatistiken
Zusammenfassung
Der Lebensdauerdatenanalyse kommt im Bereich der Zuverlässigkeitstechnik eine besonders hohe Bedeutung zu, denn aus den vorliegenden stochastisch verteilten Lebensdauern müssen die passenden Lebensdauerverteilungen ermittelt werden. Mit diesen Lebensdauerverteilungen lässt sich das produktspezifische Ausfallverhalten beschreiben und prognostizieren. Dafür werden neben den einfachen grafischen Verfahren vor allem Parameterschätzmethoden verwendet. Die beiden wichtigsten sind die Methode der kleinsten Fehlerquadrate und die Maximum-Likelihood-Methode, deren Vor- und Nachteile diskutiert sowie die besten Anwendungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Für die Sicherstellung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Grundgesamtheit werden Vertrauensbereiche verwendet. Die wichtigsten numerischen und approximativen Methoden werden erläutert und miteinander verglichen. Praktische Leitlinien für die Anwendung sowie den Umgang mit konkurrierenden Ausfallmechanismen runden das Kapitel ab.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
7. Weibullparameter einiger Maschinenelemente
Zusammenfassung
Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit sind stochastisch verteilte Größen und damit stark abhängig von diversen Einflussfaktoren wie Material, Belastung und Design. Dennoch bietet es sich für Unternehmen an, eine Datenbank der kritischen Ausfallmechanismen anzulegen, um stets Vorwissen für bestimmte Ausfallmechanismen zur Verfügung zu haben, auch wenn dieses nie exakte Gültigkeit für neu entwickelte Produkte haben kann. In diesem Kapitel wurden Daten aus Zuverlässigkeitstests für einige Standard-Maschinenelemente mit Standardlastfällen zusammengetragen. Darunter Wellen, Zahnräder und Wälzlager. Aus Versuchen werden dabei die zugehörigen Parameter der Weibullverteilung bestimmt.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
8. Methoden der Zuverlässigkeitstestplanung
Zusammenfassung
Am genausten lässt sich die Zuverlässigkeit durch einen Zuverlässigkeitstest des entsprechenden Produkts, Systems, Subsystems oder einer Komponente bestimmen. Da Lebensdauertests aufgrund der u. U. langen Testzeit mehr Aufwand bedeuten als z. B. Funktionstests, bedarf es einer effektiven und effizienten Planung. Es wird grundsätzlich zwischen ausfallbasierten und ausfallfreien Testmethoden unterschieden sowie auf deren Vor- und Nachteile eingegangen. Der Success Run Test als bekanntester Vertreter der ausfallfreien Tests wird sehr ausführlich thematisiert. Aufgrund der einfachen Planung wird der Success Run in der Praxis am häufigsten angewendet, birgt aber aus statistischer Sicht einige schwerwiegende Nachteile. Aufgrund der weiten Verbreitung in der Praxis werden die Vor- und Nachteile dieses Testverfahrens besonders detailliert diskutiert. Darüber hinaus werden die beschleunigten, ausfallbasierten Testverfahren und Degradationstests beschrieben, die gerade bei Produkten mit sehr langen Lebensdauern von besonders hoher Bedeutung für die praktische Anwendung sind. Produkte deren Lebensdauern so lang sind, dass ein Test mit Feldbedingungen unmöglich ist, wie z. B. 20 Jahre, müssen einem beschleunigten Test unterzogen werden. Für die Planung werden praxisorientierte Leitlinien sowie die Auswertung der Ergebnisse vermittelt.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
9. Methodische Lebensdauerberechnung bei Maschinenelementen
Zusammenfassung
Aufgrund von meist kostenintensiven Zuverlässigkeitstests wird in der Entwicklung stetig mehr Wert auf Simulationen gesetzt – genauso bei der Lebensdauerprognose. Die Betriebsfestigkeitsberechnung hat sich inzwischen als ein fester Bestandteil eines jeden Entwicklungsteams etabliert, in dem das Ziel verfolgt wird, möglichst genau die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit von Ermüdungsausfällen rechnerisch zu ermitteln. Dazu ist die Kenntnis von Belastung und Belastbarkeit notwendig, aus deren Überlappung die Zuverlässigkeit numerisch oder analytisch bestimmt wird. Für die Berechnung der Belastung werden die verfügbaren Zählverfahren betrachtet, um aus Last-Zeit-Verläufen Lastkollektive abzuleiten. Unterschieden werden Zählverfahren in ein- und zweiparametrige Methoden. Für die Berechnung der Belastbarkeit wird die Wöhlerlinie betrachtet. Auch für die Berechnung der Lebensdauer selbst existieren unterschiedliche Ansätze, von denen die wichtigsten beschrieben sind.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
10. Berechnung reparierbarer Systeme
Zusammenfassung
Technische Systeme können in vielen Fällen durch Instandhaltungsmaßnahmen bei oder vor Eintreten eines Ausfalls eine Steigerung ihrer Nutzungsdauer erfahren. Für solche reparierbaren Systeme spielt neben der Zuverlässigkeit der Komponenten meist auch die Instandhaltbarkeit des Systems eine entscheidende Rolle – und das sowohl bei deren Auslegung als auch im Betrieb. Für die Beschreibung, die Analyse und die Prognose relevanter Kenngrößen ist die Berechnung reparierbarer Systeme unter Einfluss komplexer Systemzusammenhänge und Wechselwirkungen notwendig. Dies erfordert, neben hinreichendem Fach- und Systemverständnis, leistungsfähige Methoden, wobei unterschiedliche Methoden einzelne Aspekte mehr oder weniger realitätsnah abbilden können. Damit kommt bereits der Methodenauswahl entsprechend große Bedeutung zu, was durch einen Methodenvergleich unterstützt wird. Zu den besonders leistungsfähigen und vielseitig anwendbaren Modellen gehören Varianten höherer Petrinetze.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
11. Zuverlässigkeitssicherungsprogramme
Zusammenfassung
Da sich die Zuverlässigkeitstechnik mit unterschiedlichen Ausfallmechanismen befasst – von der Kinderkrankheit bis zum klassischen Ermüdungsausfall – bedarf es einer ganzheitlichen Prozessbetrachtung, um eine hohe Systemzuverlässigkeit zu erreichen. Dafür werden entwicklungsbegleitende Zuverlässigkeitssicherungsprogramme benötigt, deren wesentliche Elemente in Kap. 11 aufgezeigt werden. Abschließend bietet dieses Kapitel eine Gesamtsicht auf einen optimalen Zuverlässigkeitsprozess.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
12. Einführung in Prognotics and Health Management (PHM)
Zusammenfassung
Die Betrachtung eines einzelnen Produkts im direkten Feldbetrieb mit intelligenten Diagnosefunktionen wird durch die Menge der verfügbaren Daten immer wichtiger. Lässt sich der Zustand des individuellen Produkts über eine Diagnose bestimmen, kann diese Information auch zur Restlebensdauerprognose genutzt werden. Man spricht dabei im Allgemeinen von „Prognostics & Health Management“. Die wichtigsten Begriffe, Methoden, Modelle und Ansätze werden in Kap. 12 behandelt.
Bernd Bertsche, Martin Dazer
13. Erratum zu: Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau
Bernd Bertsche, Martin Dazer
Backmatter
Metadata
Title
Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau
Authors
Bernd Bertsche
Martin Dazer
Copyright Year
2022
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-65024-0
Print ISBN
978-3-662-65023-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-65024-0

Premium Partners

    Image Credits