Entwicklung einer Methodik für die Steigerung der Torsionsfestigkeit von Antriebswellen mit Querbohrung (Wellenbohrung)

Wellen im Antriebsstrang besitzen häufig Querbohrungen zur Ölversorgung der Lager. Unter zyklischer Torsionsbelastung sind diese Querbohrungen versagenskritisch. Um die Schwingfestigkeit zu erhöhen, bietet sich das Einbringen von Druckeigenspannungen mittels mechanischer Randzonenbearbeitung der Querbohrungen an. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde das Potenzial des Festwalzens und des Kugelstrahlens hinsichtlich einer möglichen Steigerung der Schwingfestigkeit untersucht. Zudem wurde eine Berechnungsmethode entwickelt, um die Schwingfestigkeit von Wellen mit randzonenbearbeiteten Querbohrungen zu bewerten.

Für die Erfüllung des Forschungsvorhabens wurden Schwingfestigkeitsversuche sowohl an unbehandelten als auch an mit verschiedenen Parametern randzonenbearbeiteten Querbohrungen in Wellen aus den Werkstoffen EN-GJS-700 2 und 34CrNiMo6 +QT durchgeführt. Anschließend wurden Berechnungsverfahren entwickelt bzw. vorhandene Verfahren weiterentwickelt, um die prozessinduzierten Eigenspannungszustände zu ermitteln. Basierend auf diesen berechneten Eigenspannungszuständen wurde eine rechnerische Methode zur Beurteilung der Schwingfestigkeit abgeleitet und mithilfe der Versuchsergebnisse validiert.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens tragen dazu bei, ein besseres Verständnis für die entscheidenden Einflussgrößen auf die Schwingfestigkeit von Wellen mit randzonenbearbeiteten Querbohrungen zu erlangen. Als Resultat liegt eine detaillierte, praktisch umsetzbare, rechnerische Methode auf Grundlage der FKM-Richtlinie mit allen erforderlichen Kennwerten zur Bewertung der Schwingfestigkeit solcher Wellen vor.

Verantwortliche Institute: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University, Felix Reissner, Lars Uhlmann

Förderung: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF)