Untersuchung zur Steigerung der Dauerfestigkeit von Wellen durch Festwalzen

Abstract

ZusammenfassungIn der Antriebstechnik bilden die Ressourceneffizienz, die Kostenreduzierung sowie die Leistungssteigerung die Hauptanforderungen. Auf Bauteilebene bedeutet dies, die Tragfähigkeit in den am stärksten beanspruchten Bereichen zu verbessern. Durch die mechanische Oberflächenverfestigung werden die Randzoneneigenschaften beeinflusst, allerdings bestehen derzeit Wissenslücken hinsichtlich der Auswirkung der Bearbeitung auf die resultierende Tragfähigkeit. Derzeit ist keine Methode bekannt, wie der Einfluss der Fertigungsprozessparameter im Tragfähigkeitsnachweis berücksichtigt werden kann. An dieser Stelle setzt ein derzeit laufendes Forschungsvorhaben an. Im experimentellen Teil werden Treppenstufenversuche an unverfestigten und festgewalzten Bauteilen durchgeführt. Das Versuchsprogramm umfasst Kleinproben, Wellen und Pressverbindungen. Verschiedene Kerbformen, Festwalzparameter und Werkstoffe spannen ein umfangreiches Prüfprogramm auf. Um die Tragfähigkeitssteigerung durch Festwalzen vollumfänglich bewerten zu können, werden neben den zyklischen Ermüdungsversuchen folgende Einflussfaktoren untersucht:Oberflächenrauheit, welche durch Festwalzen in der Regel verringert wirdEigenspannungen aus dem WalzprozessVerfestigungseffekte des Materials aus der KaltumformungDie erzielten experimentellen Dauerfestigkeitssteigerungen betragen bis zu 63 %. In Kombination mit den Erkenntnissen aus den Zusatzuntersuchungen zeigt sich, dass die Verwendung eines pauschalen Verfestigungsfaktors nicht zufriedenstellend ist. Ein Vergleich der Verfestigungsfaktoren nach DIN 743 und FKM-Richtlinie zeigt die Unsicherheiten in der Auslegung. Da Eigenspannungen in den Nennspannungskonzepten DIN 743 und FKM-Richtlinie nicht berücksichtigt werden, ist das Ergebnis der linear-elastischen Vergleichsspannungsamplitude von 1392 MPa in der Kerbe nicht erfassbar. Hierbei wird das Potenzial des Festwalzens deutlich.