MezSaQ - Methodenentwicklung zur zeiteffizienten Simulation abweichungsbehafteter Querpressverbindungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sandro Wartzack
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559100751

Pressverbindungen werden im Maschinenbau in zahlreichen Produkten eingesetzt, unter anderem für kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen sowie bei der Montage von Wälz- und Gleit-lagern. Aufgrund der stetig steigenden Qualitäts- und Effizienzanforderungen sowie zunehmen-dem Kostendruck ist eine rechnergestützte simulative Absicherung von Produkteigenschaften essentiell, um das Betriebsverhalten bereits vor Beginn der Fertigung prognostizieren zu können und so den ökonomischen Aufwand für experimentelle Validierung, Herstellung und spätere Reklamationen zu reduzieren. Im Falle von Pressverbindungen haben neben Parametern wie Wandstärken und Elastizitätsmoduln insbesondere die Fügeflächengeometrien einen maßgeblichen Einfluss auf den resultierenden Verformungs- und Spannungszustand und damit auch die Funktion der Verbindung. Die gegenwärtigen Auslegungsverfahren für Pressverbindungen basieren dabei auf geometrisch idealen Fügeflächen, was entsprechend enge Toleranzen erfordert. Eine Berücksichtigung von Abweichungen ist derzeit nur mit numerisch aufwändigen Finite-Elemente-Analysen möglich. Zur Durchführung statistischer Toleranzanalysen bei der Entwicklung komplexer technischer Systeme wie etwa Getrieben werden jedoch Simulationsmethoden mit kurzen Laufzeiten benötigt. Das Kernziel der ersten Phase dieses Vorhabens ist da-her die Bereitstellung zeiteffizienter Methoden zur Simulation von Querpressverbindungen unter Berücksichtigung geometrischer Abweichungen. Hierzu wird zunächst ein auf der Finite-Elemente-Methode basierendes Referenzmodell zur Untersuchung der Auswirkungen geometrischer Abweichungen verschiedener Wellenlängen und weiterer relevanter Parameter auf Ver-formungsverhalten und funktionale Eigenschaften von Querpressverbänden aufgebaut und experimentell validiert. Unter Nutzung der durch systematische Evaluierung des Referenzmodells geschaffenen Datenbasis werden anschließend Methoden zur Beschleunigung der Simulation entwickelt. Hierbei werden sowohl mögliche Vereinfachungen des Referenzmodells als auch Metamodellierungsansätze zur datengetriebenen Vorhersage des Systemverhaltens untersucht. Schließlich werden die im Projekt entwickelten effizienten Simulationsmethoden in ein CAE-Rahmenwerk überführt, das Produktentwickelnde in die Lage versetzt, die Erfüllung der individuellen funktionalen Anforderungen an Querpressverbindungen unter Berücksichtigung der Auswirkungen fertigungsbedingter geometrischer Abweichungen sicherzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen