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Mechanische Oberflächenverfestigung

Berücksichtigung der Tragfähigkeitssteigerung durch Festwalzen in der dauerfesten Auslegung von Wellen und Achsen

In der Antriebstechnik ist die optimale Werkstoffausnutzung von zentraler Bedeutung, um die Leistungsdichte zu steigern, Ressourcen effizienter zu nutzen und Kosten zu senken. Auf Bauteilebene bedeutet dies, die Tragfähigkeit in genau den Bereichen zu steigern, welche den größten Beanspruchungen ausgesetzt sind. Verfahren mechanischer Oberflächenverfestigung bieten hierfür immenses Potenzial. Bei verhältnismäßig geringem Fertigungsaufwand kann die Tragfähigkeit signifikant gesteigert werden. Der gezielte Einsatz der Verfahren ist oft nicht möglich, da es bisher keine brauchbare analytische Methode gibt, den Effekt in der Bauteilauslegung zu berücksichtigen. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines im Ingenieuralltag nutzbaren Auslegungskonzeptes für fest gewalzte Wellen. Die wissenschaftlich-technische Herausforderung liegt dabei in der Komplexität der Wirkzusammenhänge vom Verhalten des Ausgangswerkstoffes bis zur Bauteil-Tragfähigkeit. Um das zu erarbeitende Konzept auf soliden Ergebnissen aufzubauen, ist die lückenlose experimentelle und simulative Untersuchung der Fertigungsfolge vorgesehen.

Erstmalig werden alle notwendigen experimentellen und simulativen Untersuchungen entlang des dargestellten Ablaufes innerhalb eines Projektes an konstanten Werkstoffchargen und Fertigungsparametern durchgeführt. So können die Wirkzusammenhänge quantitativ und lückenlos dargestellt werden.

Ziel des Projektes ist die Aufarbeitung dieser Zusammenhänge in klare Empfehlungen für den Berechnungsingenieur, wodurch eine sinnvolle Vorauslegung mechanisch oberflächenverfestigter Wellen und Achsen ermöglicht wird.
Dabei sind zwei Kernaspekte entscheidend:

  1. Die treffsichere Abschätzung des Randschichtzustandes nach dem Festwalzen, abhängig von Prozess und Werkstoff (Eigenspannungen, Verfestigung, Oberfläche, Gefüge);
  2. Die Verwertung bekannter oder nach 1. abgeschätzter Randschichteigenschaften in der Tragfähigkeitsberechnung für die Dauerfestigkeit von Wellen und Achsen aus Vergütungsstahl.
Konzept zur lückenlosen experimentellen und simulativen Untersuchung der Wirkkette
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