Auslegungsmethode für Innen-Rändelpressverbände
FVA 956 I | IGF-Nr. 01|F22198 BR
Das Forschungsprojekt IGF 22198 BR „Auslegungsmethode für Innen-Rändelpressverbände“ untersucht die Eignung bekannter Auslegungsmethoden des Außen-Rändelpressverbandes für den Innen-Rändelpressverband (IRPV). Mithilfe eines breiten Parameterraums wird der Einfluss von dickund dünnwandigen Naben sowie die Variation von Geometrie- und Werkstoffparametern auf die Leistungsübertragung dieser WNV untersucht. Die gezielte Kombination der Parameter begünstigt eine praxisnahe Gestalt einer kraft- und formschlüssigen Kontaktzone im getriebenahen Umfeld (einsatzgehärtes Zahnrad, hochfeste Welle).
Ein zentraler Aspekt des Projekts ist die Identifikation von Schadensmechanismen bei quasistatischer Torsionsbelastung sowie die Definition von Versagenskriterien in Abhängigkeit von den gewählten geometrischen Parametern des IRPV. Zu diesem Zweck wurden sowohl experimentelle als auch simulative Untersuchungen zum Fügevorgang und zum statischen Übertragungsverhalten durchgeführt. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zeigen, dass die Qualität der Profilausprägung im Fügeprozess maßgeblich von der Nabenwandstärke und der Übermaßvorgabe abhängt. In ungünstiger Kombination führen diese Faktoren mitunter zu marginalen Profilausprägungen und geringeren statischen Beanspruchbarkeiten.
Auf diesen Ergebnissen aufbauende zyklische Torsionsuntersuchungen zeigen, dass keine reibkorrosiv induzierten Versagenserscheinungen auftreten und die Ausfälle überwiegend durch Ermüdungsbrüche außerhalb der Kontaktzone der weicheren Wellen in Erscheinung treten.
Begleitende numerische Untersuchungen präsentieren Simulationsmodelle, die die erwartbare Profilausprägung und den Verfestigungszustand der formend gefügten Innen-Rändelpressverbände abbilden. Auf Grundlage der validierten Modelle konnten örtliche Dauerfestigkeitsnachweise durchgeführt werden, die sowohl den experimentell ermittelten Versagensort als auch die versagensrelevante Belastung am formend gefügten IRPV berücksichtigen. Die numerischen Methoden bestätigen hierbei die Vermutung, dass die hohen Druckvorspannungen aus dem Fügeprozess einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Gestaltfestigkeit im Vergleich zu konventionellen Verbindungen leisten.
Die Synthese der Ergebnisse aus experimentellen und numerischen Untersuchungen diente letztlich dem Aufbau eines analytischen Berechnungsmodells, mit dessen Hilfe der Fügekraftbedarf sowie die statische und zyklische Beanspruchbarkeit variabler Verbindungen berechnet werden können.
Die durchgeführten Arbeiten bieten eine hervorragende Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten im Bereich konditionierter Kontaktzonen. Die umfangreichen experimentellen Ergebnisse und die daraus abgeleiteten Modelle eröffnen vielversprechende Ansätze für die weitere Optimierung der Auslegung von Innen-Rändelpressverbänden in der Praxis.
Das Vorhaben IGF-Nr. 01|F22198 BR der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
