Passfederverbindungen sind essenzielle Maschinenelemente im Getriebebau. Ihre einfache Fertigung und Montage zeichnen diese insbesondere als Anschlusselemente für Antriebs- und Arbeitsmaschine aus. Die Geometrie der Nuten in Welle und Nabe ist nach DIN 6885 [1] genormt. Dabei hängen die Nutbreite und die Nuttiefe direkt vom Fügedurchmesser der Verbindung ab. Der einzig freibleibende Konstruktionsparameter der formschlüssigen Verbindung ist die tragende Länge.
Diese wird nach DIN 6892 [2] auf Basis einer kritischen zulässigen Flächenpressung p_krit berechnet. Neben der – auch im Maschinenbaustudium behandelten – Methode C zur Vorauslegung existiert ein weiterführender rechnerischer Nachweis nach Methode B. Zur treffsicheren Bewertung der Drehmomentübertragbarkeit sind experimentelle und numerische Studien durchzuführen. Diese können Gegenstand der nicht näher definierten Methode A sein. Im aktuellen Stand der Forschung [3], [4] hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere für Verbindungen mit duktilen Wellen (C45+N und 42CrMo4+QT) die kritische Flächenpressung kein geeignetes Versagenskriterium darstellt. Vielmehr bietet sich der Ansatz einer zulässigen (teil-)plastischen Verformung der Wellennut als Versagenskriterium an. Daraufhin wurde ein Kriterium basierend auf einer volumetrischen Verformung v_krit der Wellennut für duktile Werkstoffe auf experimenteller und numerischer Basis abgeleitet [5].
Ziel der Arbeit ist die Validierung dieses Versagenskriteriums, anhand von numerischen Untersuchungen (Abbildung 1), für einsatzgehärtete Wellen- und Nabenwerkstoffe (18CrNiMo7-6 Eh und 16MnCr5 Eh).
Abbildung 1: Numerische Untersuchung zur plastischen Deformation der Wellennut an duktiler Welle
Zur Erreichung des Forschungsziels sind folgende Teilaufgaben zu bearbeiten:
- Literaturrecherche zum Stand der Forschung und Technik zu den Themen: Passfederverbindungen, Einsatzhärten, Elasto-Plastische-Materialmodelle und deren Implementierung in FE-Programme
- Modellierung der Passfederverbindungen mit einsatzgehärteten Wellen und Naben in FE-Software
- Durchführung von Simulationen mit einem und n-Lastwechseln zur Beschreibung der Lastzyklenabhängigkeit
- Validierung und Überprüfung, des in [5] dargestellten Versagenskriteriums
- Ergebnisinterpretation und -Darstellung in einer schriftlichen Arbeit
Diese studentische Arbeit wird von Hr. Benjamin Muhammedi, M. Sc. betreut.
benjamin.muhammedi@mb.tu-chemnitz.de
[1] „DIN 6885 – Mitnehmerverbindungen ohne Anzug, Passfedern, Nuten – Hohe Form – Teil 1: Maße, Toleranzen, Masse“. Beuth Verlag GmbH, 2021.
[2] „DIN 6892, Mitnehmerverbindungen ohne Anzug – Passfedern – Berechnung und Gestaltung“. Beuth Verlag, 2025.
[3] F. Kresinsky, „Übertragungsverhalten torsionsbeanspruchter Passfederverbindungen“, Dissertation, Technische Universität Chemnitz, Chemnitz, 2024.
[4] F. Kresinsky und E. Leidich, „Failure Mechanism in feathered key shaft hub connections under torsional load“, gehalten auf der Danubia Adria Symposium, Triest, 2017.
[5] B. Muhammedi, A. Hasse, und E. Leidich, „Enhanced design approach for keyed connections considering shaft keyway deformation“, Engineering Research, Bd. 90, Nr. 1, S. 3, Feb. 2026, doi: 10.1007/s10010-025-00934-8.