Gestaltfestigkeit von Pressverbindungen II

Erstellung einer praxisnahen Auslegungsvorschrift für die Gestaltung von Pressverbindungen FKM 2013
Heft Nummer 320
Vorhaben Nr. 294

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Kurzfassung:
Der Dauerfestigkeitsnachweis für Pressverbindungen wird im Allgemeinen Maschinenbau
derzeit nach DIN 743 (Tragfähigkeit von Achsen und Wellen) geführt. Die in dieser DIN angegebenen
Kerbwirkungszahlen waren bisher wissenschaftlich nicht abgesichert. Zusammen
mit den Ergebnissen aus dem Vorlaufvorhaben bilden die hier gewonnenen Erkenntnisse
eine umfassende Basis für die Dimensionierung und Gestaltung von Pressverbindungen
(PV). Die jeweils gewählte Anzahl der Versuche erlaubt nunmehr eine gesicherte Aussage
zur 50 %-tigen Überlebenswahrscheinlichkeit. Die durchgeführten Versuche bestätigen mit
wenigen Ausnahmen die Angaben in DIN 743.
Die ermittelten Kerbwirkungszahlen für biegebeanspruchte PV mit glatter Welle betragen
beispielsweise für C45E 2,4 und für torsionsbeanspruchte PV ,5. Der Neigungsexponent
für die Zeitfestigkeitsgerade beträgt für Biegung k = 4,7 und entspricht demnach einer
scharfen Kerbe. Diese Werte sind auch auf den Werkstoff GJS-400 übertragbar. Überraschender
Weise konnte im untersuchten praktisch üblichen Bereich kein nennenswerter Einfluss
des Übermaßes auf die Gestaltfestigkeit nachgewiesen werden. Ursache dafür ist vorwiegend
das Hochtrainieren des Reibwertes (Selbsthilfeeffekt) in der Fuge, was bei Torsion
besonders ausgeprägt ist.
Bei der häufig in Getriebebaukästen vorkommenden Variante abgesetzte Welle mit verzahnungsbedingt
unterschnittener Fuge liegt eine Mehrfachkerbe mit Freistich, Unterschnitt und
Pressverband vor. Diese Kombination führt zu einer deutlich niedrigeren Gestaltfestigkeit
der Welle im Vergleich zum ungestörten, nach DIN 743 zu berechnenden Freistich. Offenbar
wegen der aus der unterbrochenen Fuge resultierenden größeren Reibdauerbeanspruchung
versagt die Welle nicht im Freistich sondern unter der Nabenkante. Die Festigkeit der Verbindung
ist demnach niedriger als vom (ungestörten) Freistich.
Bei der Berechnung der Gestaltfestigkeit des Freistichs ist in Zukunft grundsätzlich die aus
dem Schrumpfen resultierende statische Vorspannung zu berücksichtigen. Gleichungen dafür
werden im Bericht angegeben.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass nunmehr abgesicherte Ergebnisse für die wichtigsten
in der Praxis vorkommenden Anwendungsfälle zur Verfügung stehen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.