Grundlagen des Übertragungsverhaltens zentralverschraubter Stirnpressverbindungen

Stirnpressverbindungen stellen eine einfache und kostengünstige Form reibschlüssiger Welle-Nabe- Verbindungen dar. Der Kraftschluss wird dabei i. d. R. durch eine einzelne zentrische Verschraubung von Nabe und Welle erzeugt und die Belastung über die stirnseitigen Kontaktflächen übertragen. Ein dominierendes Anwendungsgebiet sind Riemen- und Kettenräder, so zum Beispiel im Nebenabtrieb von Pkw- Verbrennungsmotoren. Bislang existierten keinerlei Untersuchungen zu den zentralen Fragestellungen des Einsatzes und der Auslegung derartiger Verbindungen, was in jüngster Vergangenheit immer wieder zu Problemen in der praktischen Anwendung führte. In der vorliegenden Dissertation werden grundlegende Aspekte des Übertragungs- und Versagensverhaltens derartiger Verbindungen erstmalig gezielt untersucht. Dabei werden Betrachtungen und Analysen analytischer, numerisch-simulativer und experimenteller Art angestellt sowie adäquate Auslegungs- und Berechnungsmodelle erarbeitet und diskutiert. Eine wichtige Fragestellung bildet dabei der Mechanismus der Belastungsübertragung in der Gesamtverbindung unter Einbeziehung der Verschraubung. Hierzu wird u. a. ein Ansatz vorgestellt, welcher auf den „Belastungsfluss“ innerhalb der Verbindung zielt und somit die Berechnung der dynamischen Schrauben- Betriebsbeanspruchung infolge äußerer Belastung ermöglicht. Finite-Elemente-Simulationen bestätigen die gute Genauigkeit des analytischen Modells. Der wichtigste Punkt der Arbeit kann in der Klärung des Einflusses der überlagerten Biege- und Querkraftanteile auf die übertragbare Torsionsbelastung gesehen werden.