Das Projekt Welle-Nabe-Verbindung mittels Quer-Fließpressen ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen dem Institut für Umformtechnik (IFU) und dem Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD), bei dem Welle-Nabe-Verbindungen mittels Querfließpressen hergestellt und untersucht werden.
Motivation
Die im Maschinenbau übliche Erzeugung einer reib- oder formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung erfolgt durch Fügen der getrennt voneinander bearbeiteten Welle und Nabe. Dieser Fügeprozess setzt voraus, dass ein Fügespiel vorhanden ist. Bei kaltgefügten, formschlüssigen Verbindungen führt dies zu einem Betriebsspiel, das unter Einwirkung zyklischer Belastungen Reibkorrosion verursachen kann. Zahlreiche Untersuchungen an Passfeder-, Zahnwellen- sowie Polygonprofilverbindungen haben gezeigt, dass die Wahl von engeren Toleranzen bzw. das Sicherstellen von leichten Presspassungen zwischen den Fügepartnern das Betriebsspiel reduziert und die Tragfähigkeit steigert. Im Umkehrschluss allerdings bedingen engere Fertigungstoleranzen zwischen den Fügepartnern üblicherweise eine Erhöhung des Fertigungs- und Montageaufwands und damit einhergehend auch der Herstellkosten. Ein warmes Fügen von Welle-Nabe-Verbindungen kann hohe Temperaturdifferenzen erfordern, was unter Umständen bei gehärteten Teilen ein Wiederanlassen zur Folge hat. Welle-Nabe-Verbindungen, welche im gefügten Zustand kein Betriebsspiel sowie eine formschlüssige Nabeninnenkontur aufweisen können und deren Erzeugung ohne Erwärmung möglich ist, sind umformtechnisch hergestellte Welle-Nabe-Verbindungen.
Zielsetzung
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes geht es um die Herstellung und die Untersuchung von Welle-Nabe-Verbindungen, die mittels Quer-Fließpressen hergestellt werden. Das Quer-Fließpressen ist ein Fließpressverfahren, bei dem ein meist zylindrisches Rohteil in eine Matrize eingelegt wird und durch Einwirkung eines oder zweier Pressstempel ein lateraler Werkstofffluss am Rohteil herbeigeführt wird. Bei Welle-Nabe-Verbindungen, die mit diesem Fertigungsverfahren hergestellt werden, wird nur einer der beiden Fügepartner - in diesem Fall die Nabe - mit der fertigen Endkontur hergestellt. Der andere Fügepartner - hier die Welle - wird in der fertig bearbeiteten Nabe durch ein Quer-Fließpressverfahren umgeformt. Dies ist gleichzeitig auch einer der wesentlichen Vorteile dieser Art der Verbindungen, wodurch auch komplexe Fügegeometrien realisiert werden können, ohne das Problem der Fertigungsabweichungen zwischen den Fügepartnern. Einschränkungen bezüglich maximaler Wanddicke der umzuformenden Welle bzw. das Vermeiden von abgestuften Wellen gibt es beim Quer-Fließpressen in weiten Bereichen nicht.
Vorgehensweise
Das IFU und das IKTD arbeiten in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt eng zusammen. Im Rahmen dieses Projektes wird vom IFU das für derartige Welle-Nabe-Verbindungen notwendige Werkzeugkonzept erarbeitet sowie Untersuchungen zur Herstellbarkeit durchgeführt. Die Untersuchungen zur statischen und dynamischen Übertragungsfähigkeit der gefügten Welle-Nabe-Verbindungen erfolgen durch das IKTD.
