Optimale Verbindung

Die spanende Verarbeitung von gehärteten Klebverbindungen

Welchen Einfluss hat die spanende Bearbeitung in Form von Drehen auf das Ermüdungsverhalten von Längspress-Kleb-Verbindungen – diese Frage stellten sich die Experten am Studien- und Forschungszentrum der Steinbeis-Hochschule Berlin an der IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH in Dresden. Mithilfe von experimentellen Untersuchungen wurden die Auswirkungen ermittelt und Vorschläge für eine Optimierung der Bearbeitungsparameter abgeleitet.

Elementare Längspressverbindungen stellen eine einfache und kostengünstige Fertigungsvariante zum Fügen von Welle-Nabe Verbindungen dar. Sie haben sich ein breites Anwendungsspektrum in vielen Bereichen des Maschinenbaus erworben. Der Einsatz von Klebstoff als Gleitmittel beim Fügen ermöglicht die Übertragbarkeit großer Kräfte und Momente.

Für die Fertigung solcher geklebter Fügungen ist es technologisch günstig, die Kontur spanend am Komplettteil zu erzeugen. Das ist natürlich nur möglich, wenn durch die spanende Bearbeitung keine Schädigung der Klebstelle erfolgt, insbesondere gilt das für den Einsatz unter dynamischen Belastungen. Die spanende Bearbeitung einer gehärteten Klebverbindung stellt für eine Fertigung eine neue technologische Variante in der Komplettbearbeitung dar. Die Vorteile liegen in der höheren Fertigungs- und Produktqualität, der flexibleren konstruktiven Gestaltung und der besseren Wirtschaftlichkeit der Fertigung.

Zur Erzeugung der Primärdatenbasis für Zerspanungsuntersuchungen entwickelten die Forscher am Studien- und Forschungszentrum der Steinbeis-Hochschule Berlin in Dresden eine Prüf- und Diagnosestrategie. In dynamischen Festigkeitsuntersuchungen wurden die Auswirkungen verschiedener Fertigungsparameter sowie unterschiedlicher Welle-Nabe-Konturen auf die ertragbare Bruchschwingspielzahl ermittelt. Ergebnis der experimentellen Untersuchungen war unter anderem, dass bei allen Konturen das Übermaß dominierenden Einfluss auf die Verbindungsfestigkeit hat. Der Bearbeitungseinfluss ist nicht signifikant.

Die nach dem Gestaltungsvorschlag der DIN 7190 vorgenommene Konturbearbeitung der Welle verlagert die Ausfallstelle von der Verbindung in den Wellenwerkstoff. Hierfür ist die Querschnittsschwächung verantwortlich. Für diese Verbindungsgeometrie hat die Wöhlerlinie der glatten, ungefügten Werkstoffprobe Gültigkeit. Bei der Fertigbearbeitung der Wellenkontur wurde eine Wirkung der Bearbeitungsparameter festgestellt, die aber nicht die Verbindungsfestigkeit, sondern die Wellenfestigkeit beeinflusste.

Die gewählten technologischen Parameter (Schnittgeschwindigkeit vc, Vorschub f) scheinen offensichtlich also sowohl unter den Qualitätsrestriktionen (geforderte Oberflächenrauheit) als auch von der Produktivität und den Kosten her bei arbeitsscharfem Zustand der Schneide nicht klebverbindungsschädigend zu wirken. Die spanende Komplettbearbeitung der Proben beeinflusste die Lebensdauer der Erzeugnisse nicht, die Produktqualität in Form von beispielsweise besseren Rundlaufeigenschaften wird jedoch durch die Komplettbearbeitung erhöht.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Günther
Steinbeis-Transfer-Institut Production and Engineering (Berlin/Dresden)
stz778@stw.de

Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Hanel
Wolfgang Fessenmayer

Studien- und Forschungszentrum der Steinbeis-Hochschule Berlin an der IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH (Dresden)
ima@ima-dresden.de

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