Zuverlässigkeit in Tests mit normaler
Belastung
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Um eine Aussage über die Zuverlässigkeit eines Bauteiles oder einer Baugruppe
zu erhalten, werden vor der eigentlichen Serienproduktion Versuche mit einer
begrenzten Anzahl von Versuchsträgern durchgeführt . Dabei werden
grundsätzliche Konstruktionsfehler oder Fertigungsfehler relativ sicher
entdeckt. Dagegen besteht eine nur geringe Wahrscheinlichkeit, zufällige und
mit kleiner Häufigkeit auftretende Schäden festzustellen, wenn im Test keine
wesentlich höhere Belastung gefahren werden kann. Dies ist in der Regel bei
Fahrzeugversuchen der Fall, im Gegensatz zu speziellen Bauteilversuchen an
Aggregateprüfständen bzw. im Labor, die eine Belastungserhöhung von Faktor 2
und mehr erlauben.
Eine Aussage über das Ausfallverhalten kann jedoch mit dem folgenden Verfahren für normale Belastungen trotzdem gemacht werden, bei denen keine „Ausfälle“ auftreten. Voraussetzung ist, dass die Anzahl von Versuchsträgern (Proben), die aus Kostengründen immer relativ gering ist, eine längere Versuchsdauer durchläuft, als es im normalen Einsatz gefordert ist.
Mit einer Aussagewahrscheinlichkeit, in der Regel PA=0,80, lässt sich über die oben dargestellte Beziehung die Zuverlässigkeit R des Bauteiles bestimmen, wenn im Test keine Ausfälle auftreten.
n ist die Anzahl der Versuche und Lv das relative Lebensdauerverhältnis. Dies ist die Prüfzeit im Verhältnis zur geforderten Lebensdauer. b ist der sogenannte Formfaktor mit b=2 oder b=3,5 (siehe Steigung der Weibull-Gerade).
Beispiel 1: Gesucht ist die Anzahl
der zu prüfenden Bauteile, wenn eine zweifache Prüfzeit zur geforderten
Lebensdauer möglich ist und eine Mindestzuverlässigkeit von R=90% gefordert
ist. Im Test fallen keine Teile aus. Es ergibt sich n=3 für eine
Aussagewahrscheinlichkeit von PA=0,80. Beispiel 2: Bestimmung der
Zuverlässigkeit, wenn ein Teil vor Erreichen der gewünschten Lebensdauer
ausfällt. Ein Teil ist nach dem Test bereits bei dem 1,1fachen der
Soll-Lebensdauer ausgefallen. Es wird ein Formfaktor von b=2 angenommen
(normales Verschleißausfallverhalten). Die Frage ist, wie lange ein zweites
Teil ohne Ausfall getestet werden muss, um eine Mindestzuverlässigkeit von
R>=80% zu erhalten (PA=0,80). Bei Lv=1,1 ergibt sich n=5. Da bereits ein Teil getestet wurde, sind noch 4
weitere mit Lv=1,1 zu prüfen. Dies entspricht in Summe der gleichen
Zuverlässigkeitsaussage, wenn das zweite Teil mindestens Lv=1,75 durchhält (Schnittpunkt mit
n=5 um 1 reduziert auf Linie n=1).
Ist eine bestimmte
Mindestzuverlässigkeit vorgegeben und die Frage, welche
Aussagewahrscheinlichkeit erreicht wird, so ist die oben dargestellte Formel
entsprechend umzustellen, und es ergibt sich für b=2 und R=80%:
In der Regel kann gesagt werden, dass es für die Aussagewahrscheinlichkeit oder für die Bestimmung der Zuverlässigkeit besser ist, weniger „Proben“ länger zu testen als viele mit relativ kurzen Testzeiten. Durch weniger Proben erhält man aber auch eine geringere Aussage über die Streuung der Bauteile.
Auf jeden Fall muss Lv>1 sein. Möchte man eine Aussage über die Lebensdauerverkürzung durch eine höhere Belastung machen, so sind Versuche mit konkreten Ausfällen nötig, die man in einem Wöhlerdiagramm darstellt.
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