Grenzlastkriterien Passfederverbindungen II
FVA 600 II, IGF-Nr. 18329 BR

Ziel des Vorhabens war die Übertragung der im Vorlaufvorhaben an scheibenförmigen Naben gewonnenen Erkenntnisse zur Übertragungsfähigkeit von rein torsionsbeanspruchten Passfederverbindungen auf reale Nabengeometrien. Weiterhin sollte eine wissenschaftliche Absicherung der im Rechengang der DIN 6892 enthaltenen Parameter erfolgen, weil diese teilweise ausschließlich auf empirischen Erkenntnissen (Erfahrungen aus der Praxis) beruhten.

Im Projekt wurde daher eine Vielzahl von Ermüdungsversuchen mit drei verschiedenen Stahl-Werkstoffen durchgeführt. Auswertungskriterium war eine praktisch noch zulässige Nutaufweitung als Resultat der maximal zulässigen Flächenpressung. In allen Fällen war die Wellennut kritisch. Für den Werkstoff C45 wurden diesbezüglich aussagekräftige Ergebnisse erzielt. Nicht im gleichen Maße gelang dies bei den höherfesten Werkstoffen 42CrMo4+QT und 16MnCr5 (einsatzgehärtet), da der Wellenbruch (ausgehend von der Wellennut) früher eintrat als die definierte Nutaufweitung. Für die Auslegung dieser (Wellen-) Werkstoffe ist demnach die DIN 743 maßgebend. Die werkstoffabhängigen Versagenskriterien sind zusammen mit den ertragbaren Beanspruchungen in der Abbildung veranschaulicht.

Für den Werkstoff C45 (oder ähnliche feste Werkstoffe) ergeben sich folgende für die Praxis wertvolle neuen Erkenntnisse: Ausgehend von der Grenzpassfederlänge ltr/d = 1,3 können gegenüber der derzeitigen Verfahrensweise nach DIN 6892 mit abnehmender Passfederlänge bis zu 50% höhere (schwellende) Drehmomente übertragen werden. Dieses Verhalten wurde in den bestehenden Stützfaktor fS längenanhängig integriert. Damit konnten alle weiteren in DIN 6892 enthaltenen Faktoren beibehalten werden, wodurch die zukünftige praktische Anwendung erleichtert wird.

Die Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf höherfeste Werkstoffe war aus o.g. Gründen nicht möglich. Eine wichtige Erkenntnis bei diesen Werkstoffen ist, dass die in DIN 743 für reine Torsion ausgewiesenen Kerbwirkungszahlen teilweise erheblich von den hier, quasi ungewollt, ermittelten zur unsicheren Seite hin abweichen. Diesbezügliche Folgeuntersuchungen sind daher geplant.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18329 BR der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.