Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4900
Main Title: Untersuchung des belastungsabhängigen Bauteilverhaltens zur Gewichtsoptimierung von Antriebsgelenkwellen
Translated Title: Research component behavior to reduce the shaft weight
Author(s): Sturm, Sascha
Advisor(s): Meyer, Henning J.
Referee(s): Meyer, Henning J.
Müller, Steffen
Ganzmann, Rolf E. E.
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: This study is based on experimental research analyzing the influence of a deep rolling process in the heat zone of a welded shaft and its resulting influence on dynamic solidity. We aim to investigate if the dynamic solidity can be increased in order to reduce the shaft weight. First, the parameters of rolling width, rolling depth and tool rolling radius on solidity effect have been investigated using one-phase tests at constant amplitude and unaltered stress ratio. Further, the influence of an tempering process at lower temperature on cycles-to-failure was analyzed. The evalutation has been focused in the cycles-to-failure as well as on the analysis of the parameters rolling deep and tool rolling radius. The influence of a tempering process was evaluated by measurements of residual stress and hardness. Due to the identification of optimized parameters for the deep rolling process, it was possible to show the potential of a deep rolling process comparing unchanged and rolled condition of welded shafts. Based on the previous results with the one-phase tests, the influence of a deep rolling process was studied by a multi-phase test. This test procedure allows for an investigation with different conditions. The multi-phase test consists of amplitudes on different medium loads. Amplitudes and different medium loads of a car measurement were counted using the Rainflow counting method of MATLAB R2011b in combination with the WAFO-Toolbox [81]. Counting the results, it was possible to generate a multi-phase test for a torsion alternating load test bed and to investigate the influence of a deep rolling process with different conditions. This multi-phase test was able to show a positive effect of the deep rolling process on dynamic solidity. The influence of a specific deep rolling process at a heat zone of a welded shaft showed a significant increase on the dynamic solidity with one-phase and multi-phase tests. Furthermore, the deep rolling process before tempering increased additionally the dynamic solidity. Due to the deep rolling, the conditions of residual stress was changed and the processed area was distinctively solidified. In summery, this process will allow to reduce the weight of selected welded shafts.
Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich mit der Steigerung der Belastbarkeit einer dreiteilig geschweißten Rohrwelle, um im Umkehrschluss das Gewicht einer Antriebsgelenkwelle zu reduzieren. Dazu wurden gezielt die Wärmeeinflusszonen auf der Mittelrohrseite festgewalzt und der resultierende Einfluss auf die dynamische Bauteilfestigkeit untersucht. Für die Untersuchung des Festwalzeinflusses auf die dynamische Bauteilfestigkeit wurde eine Parameterstudie mittels Einstufenversuche bei jeweils konstanter Amplitude und unveränderter Mittelspannung durchgeführt. Dabei wurden die wesentlichen Parameter wie die festzuwalzenden Walzbreite, Walztiefe und Walzrollenradius und deren Auswirkungen auf die Festigkeit betrachtet. Zusätzlich wurde der Einfluss eines Anlassprozesses bei niedrigen Temperaturen auf die ertragbaren Lastwechselzahlen von festgewalzten Rohrwellen untersucht. Hintergrund dieser Untersuchung ist, dass innerhalb der Herstellungsprozesskette einer dreiteilig geschweißten Serien-Rohrwelle ein Anlassprozess – bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen – in Kombination mit dem abschließenden Lackierprozess durchgeführt wird. Ein nachfolgendes Festwalzen würde zu einer Zerstörung der Lackschicht führen. Die Auswertungen der dynamischen Bauteilfestigkeit erfolgte hauptsächlich an den erreichten Lastwechselzahlen auf einem Torsions-Prüfstand. Darüber hinaus wurden mit Hilfe von Eigenspannungs- und Härtemessungen die Auswirkungen der Parameter Walztiefe und Walzrollenradius als auch des Anlassprozesses beurteilt. Nach Identifikation der optimalen Festwalzparameter konnte, anhand eines Vergleiches zwischen dem unveränderten und dem festgewalzten Zustand, das Potenzial des Festwalzprozesses aufgezeigt und beurteilt werden. Die Anwendung des gezielten Festwalzprozesses in den Wärmeeinflusszonen zur Steigerung der dynamischen Bauteilfestigkeit wurde bisher bei einer dreiteilig geschweißten Rohrwelle nicht angewendet. Aufgrund der Tatsache, dass es sich somit um einen neuen Prozess handelt, wurde der Festwalzeinfluss ebenfalls unter veränderlichen Belastungen betrachtet. Dazu wurde ein Mehrstufenprogramm auf Basis einer Fahrzeugmessung generiert. Aus dieser Fahrzeugmessung wurden – unter Verwendung der Software MATLAB R2011b mit der WAFO-Toolbox [81] – die wirkenden Amplituden bei verschiedenen Mittellasten nach dem Rainflow-Zählverfahren ausgezählt. Auf Grundlage des Zählergebnisses konnte ein Mehrstufenversuch für einen Torsions-Prüfstand entwickelt und der Einfluss des Festwalzprozesses unter veränderlichen Belastungen untersucht werden. Auch hier zeigte sich der positive Einfluss des Festwalzprozesses auf die dynamische Festigkeit. Es wurde anhand von grundlegenden Einstufenversuchen als auch an einem Mehrstufenversuch gezeigt, dass durch einen gezielten Festwalzprozess in den Wärmeeinflusszonen einer dreiteilig geschweißten Rohrwelle die dynamische Bauteilfestigkeit deutlich gesteigert werden konnte. Zudem zeigte sich, dass ein Festwalzen vor dem Anlassen die dynamische Bauteilfestigkeit zusätzlich steigert. Durch den Walzprozess konnte im bearbeiteten Bereich der Eigenspannungszustand verändert und eine markante Verfestigung erzielt werden. Schlussendlich zeigen die erzielten Ergebnisse, dass durch Anwendung eines gezielten Festwalzprozesses in den Wärmeeinflusszonen einer dreiteilig geschweißten Rohrwelle die dynamische Bauteilfestigkeit gesteigert und damit das Gewicht der Profilwelle verringert werden kann.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5203
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4900
Exam Date: 5-Nov-2015
Issue Date: 2015
Date Available: 14-Dec-2015
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::600 Technik::600 Technik, Technologie
DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Festwalzen
Einstufenversuch
Mehrstufenversuch
Schweißnaht
Gewichtsreduzierung
deep rolling
one-phase test
multi-phase test
welding seam
weight reduce
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik » Publications

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