Geraffte Alterung von Press-Fit-Kontakten bei mechanischer Mikrobewegung

Raffungsmodelle II 

Im Forschungsvorhaben Raffungsmodelle II wurde davon ausgegangen, dass die Stabilität der stoffschlüssigen Verbindung der Kontaktpartner die Zuverlässigkeit von Press-Fit-Kontakten bestimmt. Es soll ein Lebensdauermodell für diese Kontaktzone unter Vibrationsbelastung aufgestellt werden. Die induzierten Relativbewegungen zwischen Pin und Kontaktierung schädigen die Kontaktzone, wobei sich die Verbindung durch Rissbildung und Risswachstum löst. Diese Rissbildung soll bevorzugt mit Hilfe eines elektrischen Versagenskriteriums detektiert werden. Im Raffungsmodell soll ein Zusammenhang zwischen einfachen Belastungsparametern und Schädigung in der Kontaktzone abgebildet werden.

Bestimmung der Rissbildung mittels Beobachtung der Bewegung der Pinspitze
Hier konnte an Querzugproben, in die vorab ein Söhner-Flex-Pin eingepresst wurde, gezeigt werden, dass die Pinöffnung an der Pinspitze ein charakteristisches Minimum zeigt. Danach liegt die Belastung vollständig auf der Kaltverschweißung, und es bildet sich zeitnah ein erster Riss.

Verifikation der Schädigung durch Zielpräparation
Bei verschiedenen Querzugproben, die über das charakteristische Minimum hinaus belastet wurden, wurden die zugängliche Hülsenöffnung und die Pinspitze mit dünnflüssigem Klebstoff verfüllt und eine Zielpräparation samt Ionenätzung durchgeführt (Leica TXP und Leica TIC 3X). Es zeigte sich, dass sich wie erwartet ein Riss gebildet hat und dass die Rissöffnung extrem klein ist.

FE-Simulationsmodell
Zur Entwicklung eines FE-Simulationsmodells wurden die Materialparameter von Platine und Press-Fit-Kontakt durch Laststeigerungsversuche ermittelt. Die Geometrien von Press-Fit-Kontakt und Bohrung in der Platine wurden mittels CT-Messungen bestimmt und anschließend in ein CAD-Format überführt. Bei der Simulation der Querzugprobe und Auswertung der Pinspitzenöffnung konnte gezeigt werden, dass Simulation und Messung das gleiche charakteristische Minimum aufweisen und Simulation und Messung über weite Teile aufeinanderliegen und somit eine überaus gute Korrelation zwischen Versuch und Simulation abbilden.

Schadenskriterien
Bei zyklischen Querbelastungsversuchen des Press-Fit-Kontakts mit steigender Auslenkung konnte gezeigt werden, dass sich bei den Kraft-Weg-Kurven eine Abflachung der Kraft bei maximaler Auslenkung ergibt. In diesem Bereich ist auch ein Übergang der linearen Kraft-Weg-Kurven in eine Kurve mit Hysterese zu beobachten.
Ebenso haben 4-Punkt-Messungen des elektrischen Widerstands bei zyklischen Querbelastungsversuchen gezeigt, dass sich die Potentialdifferenz (V) bei steigender Auslenkung ab einer gewissen Schwelle charakteristisch ändert.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19462 N 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.