Hochfeste formschlüssige Verbindungen unter dynamischer Belastung - Einfluss von Profilkontur, Werkstoff und Fertigung

Projektlaufzeit:

04/2020 - 05/2022

Projektleitung (Fakultät):

Herr Prof. Dr. Frank Forbrig (Kraftfahrzeugtechnik)

Kontakt:

Herr Prof. Dr. Frank Forbrig

+49 (375) 536 3654
frank.forbrigfh-zwickaude

Fördermittelgeber:

BMWi/AiF Köln

Stichworte bzw. Deskriptoren:

Förderkennzeichen: 62402/005-05#098 IGF-Vorhaben 21098 BR/1

Situation

Passfederverbindungen (PFV) sind in der Antriebstechnik aufgrund ihrer einfachen Montage, Robustheit sowie wirtschaftlichen Fertigung die am weitesten verbreitete formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung (WNV). Konstruktiv bedingt besitzen die formschlüssigen PFV jedoch gegenüber kraftschlüssigen Verbindungen, geringere Gestaltfestigkeiten aufgrund der größeren Kerbwirkung sowie einer deutlich höheren tribologischen Beanspruchung der Welle. Aber aufgrund der großen Anwendungsmöglichkeiten und ihrer weiten Verbreitung sind PFV sowohl experimentell als auch numerisch sehr gut untersucht und die Erkenntnisse sind in den Berechnungsnormen DIN 6892 oder DIN 743 dokumentiert. Eine interessante Alternative zu den PFV stellen formschlüssige WNV auf Basis der Hypotrochoiden (HPV) dar. Sie besitzen aufgrund ihrer kontinuierlichen Kontur eine geringere Kerbwirkung gegenüber der PFV. Darüber hinaus können diese Profile über die Variation der Exzentrizität und der Mitnehmeranzahl optimiert und an den vorgegebenen Bauraum angepasst werden. Durch die hohe Anpassungsfähigkeit der hypotrochoidischen Profilkonturen ist eine erhebliche Tragfähigkeitssteigerung gegenüber der PFV bei gleichem Bauraum zu erwarten. Tendenziell zeigten dies bereits umfangreiche numerische sowie stichprobenartig experimentelle Untersuchungen. Mit dem Zweispindel-Drehverfahren oder dem oszillierenden Verfahren existieren bereits wirtschaftliche Fertigungsverfahren für die zu untersuchenden Profilkonturen.

Aufgabe

Ziel ist des geplanten Vorhabens ist es deshalb, das wirtschaftliche und technische Leistungspotential der hypotrochoidischen Polygonverbindung gegenüber einer genormten Passfederverbindung aufzuzeigen. Als Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens werden optimierte Profilformen für die Drehmomentübertragung mit den zugehörigen Berechnungsansätzen für die Übertragungsfähigkeit der Verbindung und die Festigkeit der benachbarten Wellenabschnitte bereitgestellt. Die wirtschaftlichen Vorteile der Ergebnisse liegen in einer erhöhten Leistungsdichte der Welle-Nabe-Verbindung was direkt in reduzierten Material- und Fertigungsaufwand umgesetzt werden kann. Gleichzeitig lassen sich durch die neue Profilform die Werkzeugstandzeiten erhöhen. Als Summe dieser Eigenschaftsänderungen wird eine erhöhte Resourcen- und Energieeffizienz sowohl in der Fertigung als auch bei der Nutzung dieses Maschinenelements erreicht.

Anhang

Bild 1 zur Aufgabe:

Bild 2 zur Aufgabe: