Festigkeitsnachweis Hohlwellen-Pressverbindungen
FVA 928 I | IGF-Nr. 01|F21604 N
Wirkungskonforme Berücksichtigung der Schrumpfmittelspannungen im Festigkeitsnachweis für Pressverbindung mit Hohlwelle
Wellen und Achsen stellen elementare Bestandteile nahezu aller technischen Maschinen und Anlagen in einer Vielzahl von Wirtschaftszweigen dar. (Reibschlüssige) Pressverbindungen sind eine bewährte und weitverbreitete Möglichkeit zur Lastübertragung an Schnittstellen. Hohlwellen gewinnen durch die bessere Werkstoffausnutzung im Zusammenhang mit Leichtbau zunehmend an Bedeutung. Von Vollwellen-Pressverbindungen unterscheiden sie sich vor allem durch die höheren Übermaße wegen der geringeren radialen Steifigkeit der Welle. Aus den hohen Übermaßen resultieren sogenannte Schrumpfmittelspannung, welche die Gestaltfestigkeit beeinflussen.
Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung und der wirkungskonformen Einbeziehung einer an DIN 743 angelehnten Berechnungsmethodik zur Gestaltfestigkeitsberechnung von Pressverbindungen mit Hohlwelle unter Berücksichtigung der Schrumpfmittelspannung.
Im Rahmen des Projekts wurden umfangreiche simulative und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die aus dem Pressverband resultierende Schrumpf-Nennmittelspannung bei abgesetzter Hohlwelle einen signifikanten Einfluss auf die Dauerfestigkeit aufweisen als bei einer glatten Hohlwelle. Auf Basis der gewonnenen simulativen und experimentellen Erkenntnisse wurde für abgesetzte Hohlwelle eine empirische Formel entwickelt, mit deren Hilfe die Schrumpf-Nennmittelspannungen im Kerbradius bestimmt werden können.
Die Formel berechnet eine aus dem Fugendruck des Pressverbandes äquivalente lokale Mittelspannung im Kerbradius. Diese lokale Mittelspannung wird durch die Kerbwirkungszahl in eine Schrumpf-Nennmittelspannung umgerechnet.
Die Berücksichtigung der Schrumpf-Nennmittelspannung in der DIN 743 durch die Verrechnung mit der Biege-, Zug-Druck und Schubmittelspannung zu einer Vergleichsmittelspannung resultiert in einer signifikanten Verbesserung der Ergebnisgüte.
Das Vorhaben IGF-Nr. 01|F21604 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.
