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Kegeltoleranzen

FVA 787 I, IGF-Nr. 18740 BG

Untersuchungen zum Einfluss der Kegeltoleranzen und der Montagebedingungen auf die Übertragungssicherheit von selbsthemmenden Kegelpressverbindungen

Die Dimensionierung von selbsthemmenden Kegelpressverbänden ist in DIN 7190-2 normiert. Diese basiert auf den Grundgleichungen für zylindrische Pressverbindungen. Trotz der spannungsmechanischen Ähnlichkeiten zwischen Zylinder- und Kegelpressverbänden gibt es Unsicherheiten hinsichtlich der Drehmomentübertragungsfähigkeit bei Kegelpressverbindungen. Diese resultieren aus den bisher nicht vollständig untersuchten Einflüssen von Kegelwinkelabweichungen, dem Fügeverfahren und asymmetrischen Lasteinleitungen. Ziel des Vorhabens war daher die Untersuchung dieser Einflüsse auf die Übertragungsfähigkeit von selbsthemmenden Kegelpressverbindungen. Dazu wurden Kegelpressverbindungen mit industriell relevanten Parametern bezüglich Geometrie, Werkstoff, Fertigung und Fügeverfahren experimentell, analytisch und numerisch untersucht.

Die Fügeversuche zeigen, dass ein rein kraftbezogenes Fügen ohne Kontrolle des Fügeweges aufgrund von lokalen Schmierfilmabrissen zu großen Unsicherheiten hinsichtlich des erreichbaren Übermaßes führt. Für die praktische Anwendung wird daher ein wegbezogenes Fügen empfohlen. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass bei Sicherstellung des mittleren Übermaßes ein Einfluss des Winkelfehlers auf das Lösemoment praktisch nicht vorhanden ist. Unterschiede im Übertragungsverhalten von geölten Kegelpressverbänden im Vergleich zu druckölgefügten Kegelpressverbänden wurden nicht festgestellt. Es wird für beide Fügemethoden empfohlen mit dem Reibwert μ = 0,16 zu rechnen.
Bei den hier experimentell untersuchten Krafteinleitungen über einen (lokalen) Zahneingriff offenbarten sich bisher analytisch nicht ausreichend berücksichtigte Einflüsse der Nabenwandstärke und der Radialkraftkomponente. In Kombination mit simulativen Untersuchungen konnten die Gleichungen für die analytische Berechnung des Lösemomentes bei asymmetrischer Krafteinleitung zunächst empirisch angepasst werden. Weitergehende diesbezügliche Untersuchungen sind im Folgevorhaben geplant.

Es wurde eine numerische Simulationen zur hydraulischen Demontage von Kegelpressverbänden, insbesondere unter Berücksichtigung von Kegelwinkelabweichungen, durchgeführt. Hierzu wurden tribologische, kontaktmechanische und strukturmechanische Simulationstechniken kombiniert und zwei Modelle neu entwickelt. Zu Validierungszwecken wurden Plexiglasnaben hydraulisch demontiert (vgl. Bild 51). Es konnte gezeigt werden, dass die Nutposition keinen Einfluss auf die Entstehung von Fressschäden hat. Mit der Kegelwinkelkorrektur wurde eine einfache analytische Methode zur Reduktion von Fressschäden entwickelt und mittels einer DoE-Studie numerisch bestätigt. Mit dieser analytischen Methode konnte das Hauptziel des Antrages bezüglich der Demontagesimulation erreicht werden. Zusätzlich wurde ein kleiner Methodenträger zur Berechnung der Kegelwinkelkorrektur für einfache Nabengeometrien entwickelt.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18740 BG 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.