Browsing by Author "Binz, Hansgeorg (Prof.Dr.-Ing.)"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Untersuchungen an spannungshomogenisierten und zylindrischen Pressverbindungen unter Torsionsbelastung
(2003) Glöggler, Christian; Binz, Hansgeorg (Prof.Dr.-Ing.)
In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse von numerischen Untersuchungen vorgestellt, die mit topografischer Veränderung der Fugenfläche bei zylindrischen Press-verbindungen eine Spannungsoptimierung bewirken. Durch diese Spannungsoptimierung wird das Auftreten der Spannungsspitzen reduziert und die spezifische Reibenergie, die ein Maß für die Reibdauerbeanspruchung ist, an der Nabenkante deutlich verringert. Ziel dieses Forschungsschwerpunktes war der Aufbau einer ganzheitlichen Untersuchungsmethodik von Welle-Nabe-Verbindungen unter Torsionsbelastung, die den direkten Vergleich von numerischen und experimentellen Ergebnissen ermöglicht. Für die experimentellen dynamischen Versuche wurde ein neuartiges Prüfstandskonzept mit dazugehöriger Probenform entwickelt, das ein gleichzeitiges Belasten zweier stehender Welle-Nabe-Verbindungen ermöglicht. Bei diesem Prüfstandskonzept können alle denkbaren Belastungsfälle für Torsion untersucht werden. Zusätzlich ist eine gleichzeitige Überlagerung einer umlaufenden Biegung möglich. Für weitere experimentelle Untersuchungen wurde eine Vorrichtung aufgebaut, mit deren Hilfe der integrale Reibwert in Umfangsrichtung ermittelt werden kann. Ein neuartiges Konzept zur Messung der Relativbewegung an der Nabenkante wurde entwickelt, um die veränderte Reibcharakteristik vor und nach der dynamischen Belastung an der Nabenkante nachzuweisen. Die numerischen Ergebnisse der spannungsoptimierten Pressverbindungen zeigen, dass eine Zunahme des Schlupfes an der Nabenkante stattfindet und die verringerte Pressung an dieser Stelle zu einer deutlichen Reduzierung der spezifischen Reibenergie bei allen untersuchten Pressverbindungen führt. Das Ergebnis bei der Ausführung einer glatter Welle ist die Reduzierung der spezifischen Reibenergie um einen Faktor von über zwei und bei abgesetzter Welle von über vier. Spezielle Übergänge zwischen den Wellenabsätzen an der Nabenkante wurden mit verschiedenen Freistichformen untersucht und auch dabei wurde eine deutliche Verringerung der Reibenergie festgestellt. Für die analytische Berechnung des Schlupfes für spannungshomogenisierte Pressverbindungen wurden, aufbauend auf den analytischen Formeln nach Leidich /LEIDICH83/, Korrekturkurven ermittelt, mit denen der Schlupf berechnet werden kann. Weiterhin werden Korrekturkurven angegeben, für die der Schlupf in Abhängigkeit von der Geometrie der Wellenschulter analytisch berechnet werden kann. Zur Anpassung des optimalen Übermaßverlaufes wurde eine Annäherung mittels einer Radien-Fasen-Korrektur vorgenommen. Es zeigt sich, dass zur Reduzierung der spezifischen Reibenergie das Übermaßniveau direkt an der Nabenkante relevant ist und der darauffolgende Verlauf des Übermaßes nur von untergeordneter Bedeutung ist. Somit ist eine Reduzierung der Reibdauerbeanspruchung mittels eines an das spannungshomogenisierte Übermaß an der Nabenkante angenäherten Fasenniveaus realisierbar. Erstmalig wurde numerisch der lokale Reibwert an den schlupfbehafteten Gleitzonen innerhalb der Fugenfläche schrittweise erhöht, um die Veränderung der realen Reibverhältnisse abzubilden. Vergleichend mit den integral eingesetzten Reibwerten bewirkt die Anpassung des lokalen Reibwertes eine Schlupfzunahme von maximal 1 µm. Mit der experimentellen Schlupfmessung konnte infolge des direkten Vergleichs vor und nach der dynamischen Belastung eine deutliche Reduzierung der Schlupfamplituden ermittelt werden. Mithilfe analytischer Gleichungen gelingt es, den dafür angepassten lokalen Reibwert für die konventionellen und die spannungsoptimierten Pressverbindung zu errechnen. Die jungfräulich lokalen Reibwerte von 0,3 bis 0,4 stiegen während der Belastung bei gemessenen Rautiefen von Rz = 5 µm auf ein Niveau bis 0,7 an. Diese Reibwerterhöhung wird für geschliffene Proben wahrscheinlich noch höher ausfallen und somit auch direkte Reibverschweißungen an der Nabenkante mit sich bringen.