Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss von Fertigungsverfahren auf Pressverbindungen mit gerändelter Welle

Forschungsziel und angestrebte Ergebnisse

Erweiterung der Berechnungsgrundlage für gerändelte Pressverbindungen (RPV):

- Berücksichtigung des Fertigungseinflusses auf die Geometrie der Rändelung sowie die Festigkeit der Verbindung

- Definition von Kriterien zur Qualitätssicherung während des Fügevorgangs

- Berücksichtigung von Reibkorrosion unter dynamischer Belastung

- Prüfen der Möglichkeiten einer Mehrfachmontage der Verbindung

- Umsetzen der Ergebnisse in einem Normentwurf für die Berechnung und Gestaltung von RPV, sowie in einem Methodenträger für die Berechnung

Lösungsweg

Die Vorgehensweise ist kombiniert experimentell/numerisch. Das Übertragungsverhalten wird experimentell in 4 Schritten quantifiziert. Im 1. Schritt erfolgt die Vermessung der Einzelbauteile mit der abschließenden Messung der Fügekräfte für Qualitätsaussagen in Korrelation mit den Folgeergebnissen. Die Schritte 2 und 3 quantifizieren die statischen und dynamischen Übertragungsfähigkeiten. Im 4. Schritt wird die sich häufig überlagernde Schädigung durch Reibkorrosion untersucht. Die numerischen Untersuchungen dienen zur Erweiterung des geometrischen und werkstofflichen Gültigkeitsbereichs. Das Ergebnis wird in Form eines Normentwurfs und eines Methodenträgers zusammengefasst.

Nutzen für KMU

RPV werden bereits erfolgreich eingesetzt. Aufgrund fehlender Auslegungsgrundlagen sind diese jedoch meist überdimensioniert. Eine zuverlässige Berechnung, die verbreitete Fertigungsverfahren berücksichtigt kann zur Optimierung der Verbindungen genutzt werden. Die Folge sind Einsparungen von Material und Bauraum und damit eine Kostenreduzierung. Zusätzlich können klassische Verbindungen durch diese kleinere und wirtschaftlichere ersetzt werden. Die verbesserten Möglichkeiten zur Qualitätssicherung haben eine zuverlässige Herstellung bei geringerem Fertigungsaufwand zur Folge. Durch marktübliche Fertigungsverfahren kann eine kurzfristige wirtschaftliche Umsetzung erfolgen.

Ergebniszusammenfassung:

In Rändelpressverbindungen kommt der Rändelung als elementarer Bestandteil der Verbindungsart eine besondere Bedeutung zu. Für die praktische Anwendung ist daher die Feingeometrie der Rändelung sehr wichtig. Hier gilt es neben wirtschaftlichen Aspekten auch die Rändelqualität und den Einfluss auf die Übertragungsfähigkeit zu berücksichtigen. Der Fokus dieses Vorhabens wurde deshalb auf die Betrachtung unterschiedlicher Rändel-Fertigungsverfahren für die Anwendung bei Rändelpressverbindungen gelegt.

Zu diesem Zwecke wurden drei unterschiedliche Rändel-Fertigungsverfahren einander gegenübergestellt. Mit den so hergestellten Rändelproben wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Torsions-Übertragungsfähigkeit durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse konnte der Einfluss der unterschiedlichen Verfahren auf die Übertragungsfähigkeit und darauf basierend allgemeine Hinweise zur Rändelherstellung und ein verbessertes Berechnungsverfahren abgeleitet werden.

Darüber hinaus konnte eine Reihe von Erkenntnissen zum Fügeverhalten, der statischen und dynamischen Torsions-Übertragungsfähigkeit, dem Verschleißverhalten und den Versagensmechanismen, sowie der Wiederverwendung der Verbindungen gewonnen werden. Die Ergebnisse sind in das verbesserte Berechnungsverfahren eingeflossen, welches die Berechnung von statischer und dynamischer Torsions-Übertragungsfähigkeit sowie den Fügekräften von Rändelpressverbindungen ermöglicht. Es steht im Rahmen eines Methodenträgers zur Verfügung.