Simulationsgestützte Auslegung des Fügeprozesses und Untersuchung des Übertragungsverhaltens von Welle-Nabe-Verbindungen mit gerändelter Welle
Final Report Abstract
Der Rändelpressverband (RPV) vereint durch den vorherrschenden Form- und Reibschluss viele Vorteile unterschiedlicher Welle-Nabe-Verbindungen, wie geringe Toleranzanforderungen oder eine Spielfreiheit. Durch den vorherrschenden Formschluss können sehr hohe Torsionsmomente übertragen werden. Diese Art der Welle-Nabe-Verbindungen kommt in der Industrie immer häufiger zum Einsatz. Aufgrund der fehlenden Grundlagen zur Gestaltung und Auslegung dieser Verbindung bestand jedoch Forschungsbedarf. Das vorrangige Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Entwicklung einer Auslegungsvorschrift für torsionsbeanspruchte, axial gefügte Stahl/Aluminium-RPV sowie eine Methode zur numerischen Simulation des Fügevorgangs. Durch die vorliegenden Forschungsergebnisse können Gestaltungsrichtlinien z.B. hinsichtlich des zu verwendenden Fasenwinkels an der Welle gegeben werden. Bezüglich der betriebssicheren Auslegung der Torsionsbelastung wurden ein Auslegungsund Versagenskriterium erarbeitet. Die hiermit berechneten Torsionsmomente stimmen gut mit den experimentell ermittelten überein. Ebenfalls wurde ein erster Ansatz für die Berechnung der erforderlichen Fügekraft erarbeitet. Dieser ist jedoch in Abhängigkeit der Art des Fügevorgangs (formend oder schneidend) noch mit Schwankungen behaftet und muss daher in weiteren Arbeiten verfeinert werden. Weiterhin wurde eine Methode entwickelt, um den Fügevorgang von Stahl/Aluminium-RPV numerisch zu simulieren. Zusammenfassend ist festzustellen, dass zwar die vorliegenden Forschungsergebnisse (experimentell, analytisch und numerisch) für eine allgemeingültige Auslegungsrichtlinie, wie beispielsweise die DIN 7190 für die PV, noch nicht ausreichen. Für die untersuchte Stahl/Aluminium-RPV wurde jedoch diesbezüglich der erste Schritt vollzogen. Dabei wurden die Grundlagen des Fügevorganges (formen und schneiden) sowie die daraus resultierenden statischen und dynamischen Übertragungsfähigkeiten mit ihren Versagensarten abgeleitet. Um eine allgemeingültige Auslegung, das heißt werkstoffunabhängige Dimensionierung von RPV beliebiger Kontur zu erreichen, sind weitere systematische Forschungsarbeiten notwendig. Die erstmalige Zusammenarbeit der Forschungsstellen hat sich dabei sehr bewährt.
Publications
- Untersuchung des Fügevorgangs von Rändelpressverbänden (RPV) unter Nutzung der Finite-Elemente-Methode (FEM), UTFscience IV/2011
Awiszus, B; Kleditzsch, S.
- Analytical and numerical computation of knurled interference fits in comparison with experimental studies. Book of Abstracts 11th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics, 30th of May 2012 - 2nd of June 2012 Brasov, Romania. ISBN 978-606-19-0079-4
Lätzer, M.; Kleditzsch, S.; Leidich, E.; Awiszus, B.
- Analytical and numerical computation of knurled interference fits in comparison with experimental studies. Proceedings of 11th YSESM 2012, 30th May to 2nd June, Brasov, Romania. ISBN 978-606-19-0078-7
Lätzer, M.; Kleditzsch, S.; Leidich, E.; Awiszus, B.
- Experimentelle und numerische Untersuchungen von Stahl/Aluminium Rändelpressverbänden (RPV), 5. VDI-Berichte Nr. 2176, S.117-127, 2012, VDI Verlag GmbH. ISSN 0083-5560, ISBN 978-3-18-092176-1
Lätzer, M.; Kleditzsch, S.; Leidich, E.; Awiszus, B.
- Numerical Investigation of Knurled Shaft-Hub Connections and especially of the Joining Process. 15th AMPT Conference, 23rd-26th of September 2012, Wollongong Australia, published in Materials Science Forum 773-774 (2013), pp. 18-27
Kleditzsch, S.; Lätzer, M.; Awiszus, B.; Leidich, E.
(See online at https://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.773-774.18)
