Werkstoffunabhängige Dimensionierung von Rändelpressverbänden beliebiger Gestalt

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Birgit Awiszus; Professor Dr.-Ing. Erhard Leidich
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249500173

Welle-Nabe-Verbindungen (WNV) werden häufig zur Übertragung von dynamischen Kräften und Momenten eingesetzt. In den meisten Fällen kommen dabei reibschlüssige oder formschlüssige WNV zum Einsatz. Der Rändelpressverband (RPV) stellt die Kombination einer reib- und formschlüssigen WNV dar. Es ergibt sich durch den Fügevorgang (Längseinspressen) ein Reibschluss in axialer Richtung, zusätzlich ergibt sich durch die Formabbildung der Rändel im entsprechenden Gegenstück (Nabe oder Welle) ein Formschluss in tangentialer Richtung. Der RPV gewinnt aus Kostengründen zunehmend an Bedeutung. Hinsichtlich der Dimensionierung und betriebssicheren Auslegung besteht jedoch noch erhebliche Unsicherheit. Eine allgemeingültige Auslegungsrichtlinie, wie beispielsweise die DIN 7190 für Pressverbände, existiert für torsionsbeanspruchte RPV nicht.Das übergeordnete Ziel des geplanten Vorhabens ist daher die werkstoffunabhängige Dimensionierung von axial gefügten RPV beliebiger Gestalt. Es wird nach Abschluss des Vorhabens erstmalig ein validierter Auslegungs-Algorithmus zur durchgängigen numerischen Simulation sowie zur (semi)analytischen Berechnung von RPV zur Verfügung stehen. Im Hinblick auf den automobilen Leichtbaugedanken soll im Rahmen dieses Projektes die Werkstoffkombination Stahl/Aluminium-Druckguss mit gerändelter Welle und die ebenfalls für den Automobilbau attraktive Stahl/Stahl-Kombination mit gerändelter gehärteter Nabe und weicher Welle untersucht werden. Mit den vorhandenen Erkenntnissen sowie den geplanten Kombinationen mit 42CrMo4/EN AC-46000 und C45/16MnCr5 sind sowohl die werkstoff- als auch die geometriespezifischen Stützstellen zur Erreichung des Ziels gegeben. Die beliebige Rändel-Gestalt bezieht sich dabei vorerst nicht auf die Variation des Profils selbst sondern auf die Teilung, die Profilöffnung sowie den Ort der Rändelung. Für eine betriebssichere statische und dynamische Auslegung sowie zur Validierung der durchgängigen numerischen Simulation der RPV ist ein entsprechender Erkenntnisgewinn notwendig. Ein weiteres Ziel ist die Erweiterung und Verallgemeinerung der analytischen Berechnungsansätze zur Fügekraft- und Torsionsmomentberechnung der RPV.Für die zukünftige wissenschaftliche Verwertbarkeit sind durch die im Vorlaufvorhaben untersuchten sowie die oben genannten und Stützstellen folgende Strategien sichergestellt:Analytisch: Vorauslegung mittels analytischer Berechnungsgleichungen für RPVNumerisch: Leitfaden für durchgängige Simulation zur werkstoffunabhängigen Dimensionierung von axial gefügten RPV beliebiger Gestalt

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen