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Untersuchungen zum Übertragungsverhalten von Rändelpressverbänden aus Stahl-Aluminium

Research investigation for the transmission behavior of steel-aluminum knurled interference fits

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Zusammenfassung

Ressourceneffizienz und Leichtbau erfordern neuartige Werkstoffkombinationen und Verbindungstechniken. Zum Nachweis der Zuverlässigkeit für diese neuen Verbindungen sind grundlegende Untersuchungen unerlässlich. Im Beitrag wird das Übertragungsverhalten von Stahl-Aluminium-Rändelpressverbänden in Abhängigkeit maßgebender geometrischer Parameter ausführlich dargelegt. Dabei wird deutlich, dass der Rändelpressverband vom Fügevorgang sowie der Duktilität des Nabenwerkstoffes geprägt wird und eine formend gefügte Verbindung aufgrund der Werkstoffverfestigung ein um maximal 40 % höheres statisches Torsionsmoment im Vergleich zu schneidend gefügten Rändelpressverbänden übertragen kann. Das mit Hilfe experimenteller Untersuchungen validierte Berechnungsmodell ist für die Dimensionierung von Stahl-Aluminium-Rändelpressverbänden gut geeignet.

Abstract

Resource efficiency and lightweight activities require new material combinations and joining techniques. To prove the dependability of these new joining techniques research investigations are essential. Therefore, this paper provides detailed explanations of the transmission behavior of steel/aluminum knurled interference fits. It becomes clear that knurled interference fits are characterized by the joining process and the ductility of the hub material. Furthermore, knurled interference fits joined by forming can transmit higher torques of about 40 % than interference fits joined by cutting due to the material hardening. The analytical computation, which was validated by the help of experimental and numerical studies, is well suited for pre dimensioning of steel/aluminum knurled interference fits.

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Abb. 3
Abb. 4
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Abb. 6
Abb. 7
Abb. 8
Abb. 9
Abb. 10
Abb. 11
Abb. 12
Abb. 13
Abb. 14
Abb. 15
Abb. 16
Abb. 17
Abb. 18
Abb. 19
Abb. 20

Abbreviations

a :

Aufschubweg [mm]

a, b, c, d :

Koeffizienten [-]

A :

Bruchdehnung [%]

Ag :

Gleichmaßdehnung [%]

A 0 :

Freie Fugenfläche zwischen den Rändeln vor dem Fügen [mm2]

A 1 :

Freie Fugenfläche zwischen den Rändeln nach dem Fügen [mm2]

C :

Kegelverhältnis [-]

C :

Konstante Ludwik [N/mm2]

D aI :

Außendurchmesser des Innenteils (Welle) [mm]

D aA :

Außendurchmesser des Außenteils (Nabe) [mm]

D iA :

Innendurchmesser des Außenteils (Nabe) [mm]

D F :

Nenndurchmesser des Pressverbands [mm]

D W :

Wirkdurchmesser [mm]

e :

Basis der natürlichen Logarithmen

E :

Elastizitätsmodul [N/mm2]

f :

Funktion [-]

F f :

Fügekraft [N]

F l :

Lösekraft [N]

h R :

Höhe des Rändels (Welle) [mm]

h tr :

tragende Rändelhöhe des Außenteils (Nabe) [mm]

k f :

Fließspannung [N/mm2]

l e :

Länge der Fase [mm]

l F :

tragende Fugenlänge [mm]

n :

Verfestigungsexponent [-]

p :

Fugendruck [N/mm2]

p F :

zulässige Flächenpressung [N/mm2]

q A :

Ringfläche des Außenteils (Nabe) [mm2]

q PA :

plastisch beanspruchte Ringfläche des Außenteils (Nabe) [mm2]

Q A :

Durchmesserverhältnis des Außenteils (Nabe) [-]

R e :

Streckgrenze [N/mm2]

R F :

relative Festigkeit [-]

R m :

Zugfestigkeit [N/mm2]

R p0,2 :

0,2% Dehngrenze [N/mm²]

t :

Rändelteilung [mm]

T :

Torsionsmoment [Nm]

T max :

maximales statisches Torsionsmoment [Nm]

T pF :

übertragbares Torsionsmoment (Auslegungskriterium) [Nm]

T R :

Rutschmoment des Pressverbandes [Nm]

T τS :

maximal übertragbares Torsionsmoment (Versagenskriterium) [Nm]

u r :

radiale Verschiebung [mm]

u r max :

maximale radiale Verschiebung [mm]

U geo :

geometrisches Übermaß [mm]

z :

Rändelanzahl [-]

z :

Koordinatenrichtung [-]

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Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung des beschriebenen Projektes „Simulationsgestützte Auslegung des Fügevorgangs und Untersuchung des Übertragungsverhaltens von Welle-Nabe-Verbindungen mit gerändelter Welle“.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Institut für Konstruktions- und Antriebstechnik, Technische Universität Chemnitz, Reichenhainer Straße 70, 09126, Chemnitz, Deutschland

    M. Lätzer & E. Leidich

  2. TOGO SCHERDEL GmbH, Am Federnwerk 1, 09496, Marienberg, Deutschland

    S. Kleditzsch

  3. Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Technische Universität Chemnitz, Reichenhainer Straße 70, 09126, Chemnitz, Deutschland

    B. Awiszus

Authors
  1. M. Lätzer
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  2. E. Leidich
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  3. S. Kleditzsch
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  4. B. Awiszus
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Lätzer, M., Leidich, E., Kleditzsch, S. et al. Untersuchungen zum Übertragungsverhalten von Rändelpressverbänden aus Stahl-Aluminium. Forsch Ingenieurwes 79, 41–56 (2015). https://doi.org/10.1007/s10010-015-0188-z

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