Welle-Nabe-Verbindungen

Der Innenrändel-Pressverband (IRPV) zeichnet sich als Vertreter kraft- und formschlüssiger Welle-Nabe-Verbindung (WNV) durch die Übertragung hoher Leistungsdichten im Bereich der Antriebstechnik aus. Mithilfe experimenteller und dynamischer Untersuchungen eines breiten Parameterbereiches werden existierende Auslegungsmethoden und Versagensmechanismen der inversen Methode, des Außen-Rändelpressverband, qualifiziert und im Anschluss in eine standardisierte Auslegungsvorschrift übertragen. Die angestrebten Forschungsergebnisse dienen der zukünftigen Gestaltung von WNV, mit denen leistungsbegrenzende Schwachstellen im Antriebsstrang beseitigt bzw. bei Neukonstruktionen deutlich höhere Volumennutzwerte erreicht werden können.

Passfederverbindungen (PFV) stellen eine einfach zu montierende und lösbare Welle-Nabe-Verbindung (WNV) dar, welche ein breites Einsatzgebiet in der Antriebstechnik besitzen. Durch immer leistungsfähigere Maschinen und gleichzeitig auftretendem Kostendruck sind die Unternehmen gezwungen, Optimierungen an den PFV vorzunehmen und die Potenziale der WNV vollständig auszuschöpfen. Gehäufte Schadensfälle an PFV sind nicht bekannt, jedoch wird vermutet, dass die Festigkeitsreserven der WNV noch nicht vollständig ausgeschöpft sind, so zeigen weitreichende Vorarbeiten am IKAT, dass das Grenzlastkriterium der zulässigen Flächenpressung nach DIN 6892 die ertragbaren Lasten von PFV unterschätzt. Zur Abschätzung des Optimierungspotenzials wurde das, durch die AiF geförderte, Vorhaben - Neukonzeptionierung DIN 6892 - angestoßen.

Ziel des Vorhabens ist es, ein neues funktionelles Grenzlastkriterium, anhand der zulässigen plastischen Nutaufweitung der Wellennut von Passfederverbindungen, zu erarbeiten und Festigkeitspotentiale aufzuzeigen. Dieses Kriterium soll die neue Grundlage für die Auslegung von PFV nach DIN 6892 bilden.

So konnten insbesondere Ergebnisse aus vergangenen Forschungsvorhaben zu Themen wie Mittelspannungseinfluss, die Berücksichtigung der harten Bauteilrandschicht als auch die Überlebenswahrscheinlichkeit bereits in der Festigkeitsrichtlinie implementiert werden. Mithilfe der Festigkeitsdatenbank konnte die Berechnungsgenauigkeit zu der DIN 743 verglichen werden. Die durchgeführten Verbesserungen konnten die Treffsicherheit bei der Festigkeitsberechnung verbessern.

In vorlaufenden Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Festigkeit von Pressverbindungen mit Hohlwellen mit bestehenden Berechnungsmethoden nicht verlässlich vorhergesagt werden kann. Im Vorgängervorhaben wurde dazu die festigkeitsmindernde Wirkung von Schrumpfmittelspannungen nachgewiesen.

Innerhalb dieses Vorhabens sollen die physikalischen Gründe, zentral sind hier auch die Schrumpfmittelspannungen, für die Abweichungen in der Berechnung genau untersucht und die Einflussparameter detailliert ermittelt werden. Darauf basierend wird eine an die DIN 743 angelehnte Berechnungsmethodik zur Gestaltfestigkeitsberechnung von Pressverbindungen mit Hohlwelle entwickelt.