Lab-2-Field Entwicklungsumgebung

Zusammenfassung

Die Senkung von Entwicklungszeiten und Kosten sind wesentliche Treiber für die produzierende Industrie. Gerade die Entwicklung neuer Werkstoffe zeigt dahingehend ein großes Potential, dass die derzeit eingesetzten Standardentwicklungsprozesse extrem zeit- und kostenaufwendig sind.

In diesem Beitrag wird eine Lab-2-Field Methode vorgestellt, welche durch Verknüpfung von ausgesuchten Labortests mit einer numerischen Systemsimulation die Möglichkeiten der virtuellen Produkt- und Werkstoffentwicklung aufzeigt. Die Anwendbarkeit dieser Methode wird anhand eines Anwendungsfalles aus der Landwirtschaft (Kreiseleggenzinken) dargestellt mit dem Ziel, neue Verschleißschutzschichten zur Lebensdauererhöhung von Bodenbearbeitungsgeräten zu entwickeln.

Basierend auf dem Standard Verschleißtest mittels Reibrad (ASTM G65-04) werden Verschleißparameter für neue Werkstofftypen ermittelt. Mittels Finite Elemente Simulation wird dieser Test virtuell nachgerechnet und daraus Parameter für die Systemsimulation des gesamten Zinkens ermittelt. In dieser Systemsimulation wird die Feldanwendung unter Berücksichtigung der realen Belastungsdaten (Bodenbeschaffenheit, Fahrprofil, Pressungen, und mehr) abgebildet und in einem iterativen Prozess das zeitlich aufgelöste Verschleißbild ermittelt.

Die Validierung des Verschleißbildes mit realen Feldtests zeigt eine qualitativ gute Übereinstimmung. Ein Optimierungspotential der dargestellten Lab-2-Field Methode ist in der Wahl der Parameter für das Bodenmodell anzugeben.

Mit der präsentierten Methode wurde ein effizientes und kostensparendes Werkzeug zur Entwicklung neuer Verschleißschutzlösungen erarbeitet. Dabei können sowohl neue Werkstoffe als auch das Design von Komponenten hinsichtlich ihres realen Anwendungsgebietes entwickelt und optimiert werden.

Abstract

The reduction of development time and costs are essential aspects for the manufacturing industry. Especially the development of new materials shows a great potential, since the currently used standard development processes are extremely time-consuming and costly.

In this article, a Lab-2-Field method is presented demonstrating the possibilities of virtual product and material development by combining selected lab tests with numerical system simulation. The applicability of this method is presented by means of an application from agriculture (toot of rotary harrow), with the aim of developing new wear protection layers for the lifetime increase of soil processing equipment.

Based on the standard test by rubber wheel (ASTM G65-04), the characteristic wear behaviour for new materials is determined. This test is calculated virtually by means of finite element simulation, and parameters are determined for the consecutive system simulation of the entire tooth. This system simulation considers the field application and takes the real loading conditions (soil texture, travel profile, pressures, and more) into account to determine the time-resolved wear pattern in an iterative process.

Comparing the numerically derived wear pattern to real field tests shows a qualitatively good agreement. An optimization potential of the illustrated Lab-2-Field method is to be specified in the selection of parameters describing the soil model.

With the presented method, an efficient and cost-saving tool has been created for the development of new wear protection solutions. This supports the development of new materials as well as the design of components and their optimization with respect to the particular fields of application.