Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Bestimmung der Wiederverwendungsgrenzwerte von elektromechanischen Lenksystemen

Abstract

Die Wiederverwendungsgrenzwerte spielen eine essentielle Rolle in der Entwicklung von Aufarbeitungskonzepten. Ihre Definition unterliegt bei Lenksystemen hohen Anforderungen an die Qualität und Zuverlässigkeit, was zu einem Zielkonflikt mit den Aufarbeitungskosten und der Wiederverwendungsquote führt. Das Verständnis der auftretenden Beanspruchungen im Feldeinsatz und der Beanspruchbarkeitsgrenzen sind erforderliche Grundlagen für die Einordnung der konsumierten Lebensdauer zurückgeführter Altteile. Eine Herausforderung bei wartungsfreien Systemen, wie es Lenksysteme sind, ist die unzureichende Datengrundlage in Bezug auf die Nutzungsintensität und die auftretenden Betriebsausfälle. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Bestimmung der Wiederverwendungsgrenzwerte für die Aufarbeitung von sicherheitsrelevanten elektromechanischen Lenksystemen. Im Fokus steht die Modellierung dynamischer Grenzwerte, welche sowohl mögliche Lastreserven als auch die Systemnutzung in verschiedenen Phasen des Produktlebenszyklus und die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Kosten berücksichtigen sollen. Inhaltlich basiert der entwickelte Ansatz auf drei Säulen. Die erste Säule besteht aus der Ermittlung der repräsentativen Feldbelastung mithilfe von systematisch erfassten Felddaten. Auf der Basis von definierten (Pseudo-) Schädigungsparametern erfolgt eine Auswertung der Nutzungsvariabilität und des Anwendungsspektrums, mit dem Ziel die kritischsten Kombinationen zu identifizieren. Methodisch wird dabei auf Korrelations- und Regressionsverfahren zurückgegriffen. Die Entwicklung von Schädigungsmodellen stellt die zweite Säule dar. Im Kern beruhen die Schädigungsmodelle auf einer Verknüpfung der (Pseudo-) Schädigungsparameter mit der realen Schädigung der als repräsentativ eingestuften Feldsysteme. Hierfür bildet eine umfangreiche Feldstudie die Basis. Die dritte Säule stellt die Wiederverwendungsentscheidung dar. In ihr werden die gewonnen Erkenntnisse in Bezug auf die Beanspruchbarkeit, Feldbeanspruchung und Schädigung zur Definition der Wiederverwendungsgrenzen verarbeitet und die konsumierte Lebensdauer des Altteils eingeordnet. Der Ansatz eignet sich für eine systematische Definition der Wiederverwendungsgrenzwerte, von der System- bis zur Komponentenebene. Darüber hinaus ist der Ansatz für eine beanspruchungsorientierte Lebensdauerabschätzung von Produkten, auch ohne das Vorhandensein von Ausfalldaten, anwendbar. Er eignet sich zudem zur Identifikation von Lastreserven und Kostenreduzierungspotentialen in der Entwicklung neuer Produkte.

Reuse limits have an essential role in the development of remanufacturing concepts. Especially for steering gears their definition is subject to high requirements regarding quality and reliability. This leads to a conflict of objectives between remanufacturing costs and the reuse rate. It is necessary to have a deep understanding of potential stress that can occur during the field use and the stress limits to have a basis for classifying the consumed life of returned used parts. A challenge for maintenance-free systems, such as steering systems, is the insufficient data basis with regard to the intensity of use and the operational failures that occur. The aim of the present thesis is the development of a new approach for the determination of reuse limits for the remanufacturing of safety-relevant electromechanical steering systems. The focus lays on the modeling of dynamic reuse limits which should take into account possible load reserves as well as the system utilization in different phases of the product life cycle and the requirements on reliability and costs. The content of the developed approach is based on three pillars. The first pillar consists of the determination of the representative field load with the help of systematically collected field data. Based on defined (pseudo) damage parameters, an evaluation of the variability of use and the spectrum of applications is carried out with the aim of identifying the most critical combinations. Methodically, correlation and regression procedures are used. The development of damage models represents the second pillar. The damage models are based on a linkage of the (pseudo) damage parameters with the real damage of the field systems which were classified as representative. A comprehensive field study generates the basis for this. The third pillar is the reuse decision. The knowledge gained in terms of stressability, field stress and damage is used to define the reuse limits and classify the consumed service life of returned used parts. The approach is suitable for a systematic definition of the reuse limits from the system to the component level. Furthermore, it is applicable for a stress-oriented life estimation of products, even without the existence of failure data. It is also suitable for identifying load reserves and cost reduction potentials in the development of new products.