Mechanische Oberflächenverfestigung II – Berücksichtigung der Tragfähigkeitssteigerung durch Festwalzen in der dauerfesten Auslegung von Wellen und Achsen

Zur Steigerung der Wellendauerfestigkeit werden in der Industrie oberflächenverfestigende Maßnahmen ergriffen. Neben den chemisch-thermischen Verfahren werden mechanische Verfahren, wie Festwalzen und Verfestigungsstrahlen angewendet. Besonders interessant sind hierbei die Kerbstellen am Freistich und die Fügeflächen am Pressverband. Für die Berücksichtigung des Einflussfaktors der mechanischen Oberflächenverfestigung für die Wellenfestigkeit gibt es in der DIN 743 / FKM-Richtlinie bisher lediglich sehr grobe Berechnungswerte. Diese gelten zudem nur für Bauteile mit kleinem Durchmesser (ca. 40 mm). In vielen Fällen erfordert die Berücksichtigung der mechanischen Oberflächenverfestigung daher aufwändige Komponentenversuche.

Ziel des Projekts ist es, das Ergebnis der Berechnung nach DIN 743 und FKM-Richtlinie zu verbessern, um das immense Potential mechanischer Oberflächenverfestigung in der Bauteilauslegung nutzbar zu machen. Die Wirkmechanismen mechanischer Oberflächenbehandlungen in der Bauteilrandschicht werden anhand von Werkstoff- und Bauteiluntersuchungen, begleitet von Umformsimulationen, charakterisiert und durch Ergebnisse aus der Literatur ergänzt. Im Ergebnis können die Randschichteigenschaften nach der Behandlung genutzt werden, um die Wechselfestigkeit am Bauteil mithilfe zweckmäßiger Hypothesen abzuschätzen. Ein umfangreiches Versuchsprogramm (Dauerfestigkeitsuntersuchungen) an bauteilähnlichen, oberflächenbehandelten Proben ermöglicht den empirischen Abgleich. Final wird der komplexe Wirkzusammenhang zu einer handhabbaren Abschätzung kondensiert, welche die derzeitigen Berechnungsmöglichkeiten nach DIN 743 bzw. FKM-R. verbessert bzw. erweitert.

Verantwortliches Institut: Institut für Maschinenelemente und Maschinenkonstruktion (IMM/ TU Dresden), Stefanie Günther

Weitere Projektpartner: Institut für Fertigungstechnik/TU Dresden, Institut für Konstruktion und Antriebstechnik/TU Chemnitz

Förderung: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF), Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF)