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11.12.2006

Formschlussunterstützung bei Pressverbindungen

Pressverbindungen beruhen darauf, dass beim Fügen ein Passungs-Übermaß zwischen zwei Formflächen in mechanische Spannungen umgesetzt wird. Diese Normalspannungen ermöglichen, dass Axialkräfte und Drehmomente übertragen werden können. Bei Pressverbindungen mit Kunststoffteilen sind die übertragbaren Kräfte und Momente allerdings begrenzt, weil infolge des viskoelastischen Verhaltens eine Spannungsrelaxation einsetzt. Geeignete konstruktiv-geometrische Modifikationen an der Metallwelle können einen Formschluss bewirken, der den Kraftschluss unterstützt. Diese Maßnahme erhöht einerseits die übertragbare Kraft, zum anderen kann sie die Relaxation verlangsamen.

Am Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) wurden die axiale und azimutale formschlussunterstützende Wirkung unterschiedliche Links-Rechts-Rändel untersucht. Rändel wirken in der Regel kombiniert aktiv und passiv: Einerseits verdrängen die Rändelspitzen Kunststoff, gleichzeitig verformt dieser sich zeitabhängig in die dazwischen liegenden Vertiefungen zurück.

Die Proben bestanden aus einer POM-Copolymer-Nabe in Form einer Buchse und einer Stahlwelle mit einem Nenndurchmesser von 15 mm. Als Übermaß zwischen dem Nenndurchmesser der Welle und dem Bohrungsdurchmesser der Nabe wurde 0,3 mm gewählt, was einer Dehnung von 2 % entspricht.

Zum Einsatz kamen Wellen mit drei verschiedenen Formen von Links-Rechts-Rändeln, nämlich zwei Kreuzrändel sowie ein Fischhauträndel. Die axiale Formschlussunterstützung wurde auf einer Zugprüfmaschine untersucht. Für die Messung der azimutalen Formschlussunterstützung wurde eigens eine Prüfeinrichtung konzipiert und gebaut.

Die Untersuchungen bestätigten, dass sich bei Pressverbindungen mit Kunststoffnaben gerändelte Metallwellen für die Formschlussunterstützung sehr gut eignen. Als wirksamste Maßnahme stellte sich das Fischhauträndel heraus. Bei der axialen Formschlussunterstützung erwiesen sich die beiden Kreuzrändel als nahezu ebenbürtig. Das Fischhauträndel wirkte weniger krafterhöhend, dafür verlangsamte sich die Relaxation sehr deutlich. Interessanterweise zeigte das Fischhauträndel nach 1000 Stunden auch axial die insgesamt stärkste formschlussunterstützende Wirkung. Bei der azimutalen Formschlussunterstützung dominierte erwartungsgemäß das Fischhauträndel. Die beiden anderen Geometrien liegen deutlich zurück.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK)
Oberseestrasse 10
CH 8640 Rapperswil
Tel: +41 55 22247-70
Fax: +41 55 22247-69


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