Simulationsgestützte Auslegung des Fügeprozesses und Untersuchung des Übertragungsverhaltens von Welle-Nabe-Verbindungen mit gerändelter Welle

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Birgit Awiszus; Professor Dr.-Ing. Erhard Leidich
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 164949678

Welle-Nabe-Verbindungen sind wegen ihrer funktionsrelevanten Bedeutung imAntriebsstrang seit Jahrzehnten begehrte Forschungsobjekte. Zweifelsfrei haben besonders bei denStandardverbindungen (Press-, Passfeder-, Polygon- und Zahnwellenverbindungen) dieGrundlagenuntersuchungen einen hohen Sättigungsgrad erreicht, so dass dort eher dieanwendungsnahe Forschung überwiegt. Der weiter zunehmende Kostendruck und die damiteinhergehenden steigenden Volumennutzwerte zwingen aber die Hersteller zu neuen,bisweilen unkonventionellen Lösungen. Ein Beispiel dafür ist die Rändelverbindung, bei der einemit einer Rändelung und Übermaß versehene Welle in eine (weichere) Nabe mit kreisrunderBohrung gepresst wird. Diese Verbindung gewinnt in den Entwicklungsabteilungenzunehmend an Bedeutung, da sie relativ einfach fügbar ist und zudem einen Formschlussaufweist. Nicht zuletzt ist sie dem Low-Cost Bereich zuzuordnen. Es ist unbestritten, dassderzeit die Potentiale der Rändelverbindungen nicht voll ausgeschöpft werden. Ursache dafürsind die fehlenden Grundlagen zur Berechnung und Gestaltung, weswegen bei jedemEinsatzfall aufwändige Versuche unumgänglich sind. Die kleinen und mittleren Unternehmenbesitzen dafür aber nicht die erforderlichen Ressourcen, so dass man die Rändelverbindungengerade dort kaum vorfindet. Lediglich in der Serienfertigung, also in Großbetrieben, existierencharakteristische Einsatzfälle. Die geplanten experimentellen und numerischenForschungsarbeiten, die erstmals die Simulation des Fügeprozesses mit einschließen, sollen dieAusfallmechanismen klären und eine physikalisch nachvollziehbare Basis dafür wie auch für denFügeprozess schaffen. Die dazu notwendige Abstraktion wird begleitet von Untersuchungen aneinfachen Modellen mit fundierten Werkstoffdaten und umfangreichen FE-Simulationen. Zielist die Erstellung einer modellbasierten Wissensbasis zur Dimensionierung von axial gefügtenRändelverbindungen, die wie bei den o.g. Standardverbindungen nicht mehr zwingend aufVersuche angewiesen ist. Dies eröffnet Einsatzfelder auch diesseits der Großserie und schafftsomit die Basis zur weiteren Verbreitung dieser kostengünstigen Welle-Nabe-Verbindung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen