.............................................................................................................................................................. 7 1 EINLEITUNG UND MOTIVATION ...................................................................................................................... 9 2 STAND DER TECHNIK ..................................................................................................................................... 12 2.1 FLIEßPRESSEN ................................................................................................................................ 12 2.1.1 ALLGEMEIN ................................................................................................................................... 12 2.1.2 QUER-FLIEßPRESSEN ...................................................................................................................... 13 2.1.2.1 ROTATIONSSYMMETRISCHE BAUTEILE .......................................................................................... 14 2.1.2.2 NICHT-ROTATIONSSYMMETRISCHE BAUTEILE ............................................................................... 16 2.1.2.3 QUER-FLIEßPRESSEN MIT EINEM STEMPEL ..................................................................................... 17 2.1.3 VERFAHRENSCHARAKTERISTIKA DES VERZAHNUNGSPRESSEN ...................................................... 19 2.2 FÜGEN DURCH PLASTISCHE DEFORMATION.................................................................................... 23 2.2.1 UMFORMFÜGEN IM BEREICH DER ROHRUMFORMUNG ................................................................... 26 2.2.1.1 FÜGEN DURCH AUFWEITEN MIT STARREM WERKZEUG .................................................................. 26 2.2.1.2 FÜGEN DURCH EINWALZEN ............................................................................................................ 27 2.2.1.3 FÜGEN DURCH INNENHOCHDRUCKUMFORMUNG ............................................................................ 28 2.2.1.4 FÜGEN MITTELS ELEKTROMAGNETISCHER WIRKENERGIE .............................................................. 30 2.2.1.5 FÜGEN DURCH KNICKBAUCHEN ..................................................................................................... 30 2.2.2 UMFORMFÜGEVERFAHREN IM BEREICH DER MASSIVUMFORMUNG ............................................... 31 2.2.2.1 GEMEINSAM FLIEßPRESSEN ............................................................................................................ 31 2.2.2.2 FÜGEN DURCH EINPRESSEN ........................................................................................................... 37 2.3 WELLE-NABE-VERBINDUNGEN ..................................................................................................... 43 2.3.1 FORMSCHLÜSSIGE VERBINDUNGEN ............................................................................................... 44 2.3.1.1 KEILUND ZAHNWELLENVERBINDUNGEN ..................................................................................... 45 2.3.1.2 POLYGONVERBINDUNGEN .............................................................................................................. 46 2.3.2 KRAFTSCHLÜSSIGE WELLE-NABE-VERBINDUNGEN ...................................................................... 48 3 CHARAKTERISTIKA DES FÜGENS DURCH UMFORMEN ................................................................................. 51 3.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN UMFORMFÜGEPROZESSE ....................................................... 51 3.2 TRIBOLOGISCHE ANFORDERUNGEN BEIM FÜGEN DURCH UMFORMEN ........................................... 52 3.3 EINFLUSS DES ELASTISCH-PLASTISCHEN WERKSTOFFVERHALTENS DER FÜGEPARTNER ................ 54 4 PROBLEMSTELLUNG, ZIELSETZUNG UND VORGEHEN ................................................................................. 57 5 CHARAKTERISIERUNG DER VERSUCHSWERKSTOFFE .................................................................................. 60 5.1 WELLENWERKSTOFF 16MNCRS5 .................................................................................................. 60 5.2 NABENWERKSTOFF 42CRMO4 ....................................................................................................... 62 6 PROBENGEOMETRIE UND WERKZEUGKONZEPT .......................................................................................... 65 Inhaltsverzeichnis E 6.1 VERWENDETE PROBENGEOMETRIEN .............................................................................................. 65 6.2 WERKZEUGAUFBAU UND FUNKTIONSWEISE .................................................................................. 68 6.3 AUSLEGUNG DER WERKZEUGSEGMENTIERUNG ZUR NABENVORSPANNUNG .................................. 70 6.4 UNTERSUCHUNGEN ZUR FLEXIBLEN VORSPANNUNG DER WERKSTÜCKE ....................................... 71 7 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN ................................................................................................................ 76 7.1 SIMULATIONSMODELLE ................................................................................................................. 76 7.2 ERGEBNISSE DER NUMERISCHEN SIMULATIONEN (2D) .................................................................. 78 7.3 ERGEBNISSE DER NUMERISCHEN UNTERSUCHUNG (3D) ................................................................ 83 7.3.1 EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DIE STEMPELKRAFT ....................................................... 84 7.3.2 EINFLUSS EINZELNER PROZESSPARAMETER AUF DIE RADIALE NABENDEFORMATION .................... 88 7.3.3 EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DIE TANGENTIALSPANNUNGEN IN DER NABE ................ 92 7.3.4 EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DEN KONTAKTFUGENDRUCK ......................................... 93 7.3.5 ZUSAMMENFASSUNG DER NUMERISCHEN SIMULATIONSERGEBNISSE (3D) .................................... 97 8 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ...................................................................................................... 100 8.1 VORGEHEN................................................................................................................................... 100 8.2 ANGEWENDETE PRÜFUND ANALYSEVERFAHREN ...................................................................... 104 8.2.1 STEMPELKRAFT UND –WEG .......................................................................................................... 104 8.2.2 BESTIMMUNG DER ÜBERTRAGBAREN AXIALKRAFT ..................................................................... 106 8.2.3 ERMITTLUNG DER RUNDHEITSABWEICHUNG UND RADIALEN DEFORMATIONEN .......................... 108 8.2.4 ANALYSE DER FORMFÜLLUNG ..................................................................................................... 109 8.2.5 OBERFLÄCHENMESSUNG DER FÜGEFLÄCHEN .............................................................................. 110 8.2.6 BESTIMMUNG DER TANGENTIALEN NABENEIGENSPANNUNGEN ................................................... 112 8.3 TRIBOLOGISCHE BEDINGUNGEN ZWISCHEN WELLE UND NABE ................................................... 113 8.3.1 ERMITTLUNG VON HAFTUND GLEITREIBUNGSKOEFFIZIENTEN .................................................. 113 8.3.2 ERMITTLUNG VON EIGENSPANNUNGEN FÜR UNTERSCHIEDLICHE REIBUNGSBEDINGUNGEN ........ 126 8.4 EINFLUSS DER PROFILPARAMETER AUF DEN UMFORMFÜGEPROZESS ........................................... 130 8.4.1 EINFLUSS DER PROFILEXZENTRIZITÄT DER NABE ........................................................................ 130 8.4.2 UNTERSUCHUNG ZUR MITNEHMERANZAHL DER INNENKONTUR .................................................. 136 8.4.3 EINFLUSS DES PROFILTYPS DER NABE ......................................................................................... 140 8.5 AUSWIRKUNG DER RADIALEN VORSPANNUNG DER NABE ............................................................ 148 9 FAZIT UND AUSBLICK .................................................................................................................................. 151 9.1 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT UND ERKENNTNISSE ............................................................... 151 9.2 AUSBLICK UND WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN ............................................................... 154 10 LITERATURQUELLEN .................................................................................................................. 156 11 ANHANG ...................................................................................................................................... 171 11.1 FLIEßKURVEN 16MNCRS5 IM ZUSTAND FERRITISCH-PERLITISCH ................................................ 171 11.2 VERWENDETE PROBENGEOMETRIEN ............................................................................................ 172 11.2.1 VEREINFACHTE WELLENGEOMETRIE ........................................................................................... 172 11.2.2 VEREINFACHTE NABENGEOMETRIE ............................................................................................. 172 11.3 GRUNDGLEICHUNGEN DER NABENINNENPROFILE ........................................................................ 173 11.4 FUNKTIONSPARAMETERVERHÄLTNISSE DER BETRACHTETEN PROFILTYPEN 3. ORDNUNG ........... 173 11.5 VERSCHIEBEWEG DER SEGMENTE IN ABHÄNGIGKEIT VON DER SEGMENTANZAHL ...................... 175 11.6 RADIALKRAFTKOMPONENTE ENTLANG DER WELLENAUßENFLÄCHE............................................ 175 F Inhaltsverzeichnis 11.7 SIMULATIONSPARAMETER 2D ...................................................................................................... 176 11.8 BESTIMMUNG DER TANGENTIALEN EIGENSPANNUNGEN (FEM) .................................................. 177 11.9 EXPERIMENTELL ERMITTELTE STEMPELKRAFT BEZOGEN AUF DEN AUSPRESSGRAD .................... 177 11.10 AUSPRESSGRAD FÜR UNTERSCHIE