FKM 2009
Heft Nummer 305
Vorhaben Nr. 276
Preis: Euro 168,00
Abschlussbericht Kurzfassung:
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Gestaltfestigkeit bzw. die Kerbwirkungszahl für ausgewählte Pressverbindungsgeometrien und Werkstoffe ermittelt. Neben der Ergänzung der vorhandenen Kennwerte lag der Fokus der Untersuchungen auch auf der statistischen Absicherung der in den einschlägigen Normen enthaltenen Kerbwirkungszahlen. Dazu wurden mehrere Wöhlerlinien ermittelt.
Die Auswertung dieser Ergebnisse zeigt, dass die derzeit in den Normen enthaltenen Kerbwirkungszahlen für Pressverbindungen (PV) mit glatter Welle sowohl für Biegung als auch für Torsion beibehalten werden können. Einsatzgehärtete PV weisen gegenüber dem Vergütungsstahl C45E eine deutlich höhere Gestaltfestigkeit auf, weswegen der Oberflächenverfestigungsfaktor KV entsprechend angepasst werden muss. Mit den auf den vorhandenen Prüfständen realisierbaren Wellen-Durchmessern (25 bis 60 mm) konnte ein Größeneinfluss nicht gesichert nachgewiesen werden. Es wird deshalb empfohlen, den in DIN 743 enthaltenen Größeneinflussfaktor K3 weiterhin auch für PV anzuwenden. Die vergleichenden Untersuchungen zum Werkstoffeinfluss zeigten qualitativ den bekannten Sachverhalt, dass bei höherfesteren Werkstoffen die Dauerfestigkeit zwar ansteigt aber bezogen auf die Zugfestigkeit deutlich unterproportional. Die Kerbwirkungszahlen unterscheiden sich daher deutlich.
Aus einigen Literaturstellen ist abzuleiten, dass Schlupf zu einer merklichen Reduzierung der Festigkeit führt. Dieses Verhalten sollte durch Reduzierung des Fugendrucks [von pF (QA = 0,5) = 133 N/mm2 auf pF (QA = 0,75) = 78 N/mm2] verifiziert werden. Die Untersuchungen führten zu dem überraschenden Ergebnis, dass ein kleinerer Fugendruck keineswegs die Dauerfestigkeit markant verschlechtert. Zwar gilt diese Aussage hier nur für die aus Aufwandsgründen auf 20·106 LW festgelegte Grenzlebensdauer. Sie kann aber für Torsion deutlich darüber hinaus extrapoliert werden, da der bekannte Trainiereffekt in der Fuge im praxisrelevanten Bereich offenbar immer zu einem annähernd konstanten Restschlupf führt. Sicherlich muss die Biegung wegen der Vielfalt der möglichen Lastfälle differenzierter betrachtet werden. Unabhängig davon erscheint aber eine Reduzierung der für die Grenzlastwechselzahl ermittelten Gestaltfestigkeit um 5% pro Dekade als ausreichend.
Für PV mit abgesetzter Welle konnte gezeigt werden, dass die aus dem Schrumpfen resultierenden Zugspannungen im Übergangsradius bzw. Freistich einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Dauerfestigkeit ausüben. Zu berücksichtigen ist dieser Effekt in Form einer hier angegebenen Mittelspannung gemäß der Berechnungsvorschrift in DIN 743.
Abschließend ist festzustellen, dass die formulierten Ziele erreicht wurden. Der Praxis stehen nunmehr für die Standardeinsatzfälle gesicherte Festigkeitskennwerte zur Verfügung. Allerdings wurde auch deutlich, dass der Materialbeschaffenheit und damit auch den dynamischen Werkstoffkennwerten deutlich mehr Beachtung als bisher geschenkt werden muss. Die daraus ableitbaren Fragestellungen und weitere für die Praxis wichtige Geometrievarianten sollen in einem Folgevorhaben untersucht werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.
Berichtsumfang:
109 Seiten, 85 Bilder, 16 Tabellen, 39 Literaturstellen
Arbeitszeitraum:
01.10.2005 - 30.06.2008
Zuschussgeber:
BMWi / AiF-Nr. 14604 B
Forschungsstelle:
TU Chemnitz, Institut für Konstruktions- und Antriebstechnik, Professur Konstruktionslehre
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. E. Leidich
Bearbeiter und Verfasser:
Dr.-Ing. B. Brů¸ek, Dipl.-Ing. M. Winkler
Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-Ing. G. Romanos, Henkel AG + Co. KGaA, Garching
Vorsitzender des Beirates:
Dipl.-Ing. H. Linn, LINN HIGH THERM GmbH, Hirschbach
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