Forschungsprojekt

Elektromagnetisch gefügte Antriebswelle

Zielbranche

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, auch: Antriebstechnik

Problemstellung

Mit dem Ziel, ein möglichst hohes Torsionsmoment übertragen zu können, wurde eine formschlüssige Fügeverbindung zunächst numerisch ausgelegt und ihre Festigkeit anschließend experimentell verifiziert. Für die Verbunderzeugung wurde das äußere Rohr durch elektromagnetische Kompression in die Axialnuten der Welle geformt, so dass mehrere Hinterschnitte entstanden sind. Neben den Prozessparametern wurde dabei insbesondere auch die Querschnittsgeometrie der Welle optimiert. Die numerische Auslegung mithilfe der Software LS-Dyna umfasste sowohl die schrittweise gekoppelte elektromagnetische und strukturmechanische Finite-Element-Simulation des Umform- bzw. Fügeprozesses als auch die anschließende Belastung des Verbundes mit einem Torsionsmoment und die daraus resultierende Deformation beim Lösen der Verbindung. Die Abweichung zwischen numerisch und experimentell ermittelten übertragbaren Torsionsmomenten beträgt hier weniger als 10 Prozent.

Lösung

Mithilfe der elektromagnetischen Umformung lassen sich profilförmige Bauteile sowohl kraft- als auch formschlüssig und – sofern es sich um zwei metallische Komponenten handelt – sogar stoffschlüssig miteinander verbinden. Das Fraunhofer IWU berät bei der Auswahl des geeignetsten dieser drei Fügemechanismen unter Berücksichtigung der zu fügenden Komponenten einerseits und der an die Verbindung zu stellenden Anforderungen andererseits. Anschließend erfolgt die Auslegung der Fügeoperation einschließlich der Werkzeugentwicklung, der Optimierung der Prozessparameter und – soweit das Produkt dies zulässt – auch der Fügestellengestaltung hinsichtlich Geometrie, Oberfläche, etc.

© Fraunhofer IWU