Projekt: Nachweistools für Wellen gezielt nutzen
Normen, Richtlinien, Analytik und FEM
Problemstellung
Per Definition eine Welle. Doch nicht alles was im virtuellen Raum durch CAD konstruktiv ermöglicht wird, kann im Sinne der Rechenverfahren tatsächlich als Welle bezeichnet werden. Einen konkreten Anwendungsfall stellen hierbei Flanschwellen dar. Neben der geometrischen Eigenschaft großer Durchmesserabweichungen zwischen Flanschblatt und Grundkörper der Anschlusswelle, stellen kraftbedingte Sondereinflüsse, wie Krempelmomente und Verlagerung der Spannungskonzentrationen hohe Anforderungen an analytische Nachweisverfahren. Anrisse und folgende Ermüdungsbrüche im Bauteilübergang des Flansches erfordern einer detaillierten Betrachtung. Hierbei muss aus einer Vielzahl Möglichkeiten zwischen praktischen Versuchen, FEM Rechnungen oder Messungen am Bauteil entschieden werden, sodass neben Kostenvarianz der jeweiligen Prozesse oft subjektive Kenntnisse über das Endergebnis entscheiden.
Zielstellung
Es wird nach einer Lösung gesucht, welche grundsätzlich eine Aussage zur Tragfähigkeit der Flanschwellengeometrie erlaubt. Die Nachweisverfahren sollten dabei so gewählt und organisiert werden, dass sie möglichst allgemeingültig für ähnliche Bauteile in Serie nutzbar wird ohne detaillierte Anwendungskenntnisse der verwendeten Verfahren zu erfordern. Unter Anwendung von numerischen Berechnungen werden Spannungsverteilungen parametrisiert und automatisiert an Flanschwellengeometrien ermittelt, um normerweiternde Einflussfaktoren zu erzeugen. Konstruktive, anwendungsspezifische Randbedingungen sollen hierbei von praktischen Erfahrungen beschreibbar sein. Im Sinne der Bauteilnachweise muss stets die Anwendbarkeit den theoretischen Grundlagen voraus bleiben und jeder Abteilung zur Verfügung stehen.
Ergebnis
Für verschiedene Firmenstandorte konnte durch gezielte Auswahl an vertiefenden Untersuchungsmethoden ein praktikabler Nachweisprozess erstellt werden. Während Unternehmensbereiche mit Testlaboren die Möglichkeit zur Dehnungsmessung am Bauteil direkt und kostengünstig durchführen können, werden internationale Entwicklungsteams mit Rechentools ausgestattet, welche den gleichen Spannungseinfluss berücksichtigen können wie der Messstreifen an der Kerbe. Die Ergebnisse sind Bauteil-, Abteilungs- und Standortübergreifend vergleichbar und versetzen Entwicklungsteams in die Lage an einheitlichen Diskussionsgrundlagen final optimierte Produkte zu konstruieren.