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Kritische Beanspruchungen bei Plankerbverzahnungen gezielt erkennen

Plankerbverzahnungen kommen unter anderem in Turbinen, Werkzeugmaschinen und hochbelasteten Antriebssystemen zum Einsatz. Sie ermöglichen die Übertragung hoher Drehmomente bei kompakter Bauweise und präziser Positionierung. Ihre Auslegung stellt Konstrukteure allerdings vor besondere Herausforderungen, da mehrere Beanspruchungen gleichzeitig auf die Verbindung wirken.

Neben dem Drehmoment können Axial- und Querkräfte sowie Biegemomente auftreten. Hinzu kommen die Vorspannkräfte der zentralen oder dezentral angeordneten Schrauben. Lokale Zahnfußspannungen, Zahnflankenpressungen und die Steifigkeit der Verschraubung beeinflussen sich dabei gegenseitig. Eine Änderung der Geometrie oder Vorspannung kann deshalb verschiedene Bereiche der Verbindung unterschiedlich beanspruchen.

Für eine belastbare Auslegung muss erkennbar sein, welcher Bereich die Tragfähigkeit begrenzt und wie sich konstruktive Änderungen auf die Lastverteilung auswirken.

Wissenschaftliche Berechnungsverfahren für die Praxis nutzen

Eine wesentliche Grundlage für die Berechnung liefert die Dissertation von Sebastian Grams an der TU Dresden. Die Forschungsarbeit untersucht die Beanspruchung und Tragfähigkeit von Plankerbverzahnungen mit zentraler und dezentraler Verschraubung. Entwickelt wurde eine Berechnungsmethodik zur Bewertung von Zahnfuß, Zahnflanke und Spannschrauben, die durch experimentelle Untersuchungen überprüft wurde.

Das neue MDESIGN-Modul „Plankerbverzahnung“ überführt diese Methodik in eine strukturierte Berechnungsumgebung. Konstrukteure können damit Hirth-, Curvic-Coupling- und Zyklo-Palloid-Verzahnungen untersuchen. Die Software berücksichtigt unter anderem geometrische Einflussgrößen, örtliche Zahnfußspannungen sowie unterschiedliche Belastungsanteile und unterstützt den Festigkeitsnachweis. Ergänzend werden Berechnungsansätze der FKM-Richtlinie genutzt.

Varianten schneller vergleichen und die Auslegung verbessern

Ein wesentlicher Vorteil liegt in der Wiederholbarkeit der Berechnung. Wer unterschiedliche Geometrien, Schraubenanordnungen oder Vorspannkräfte untersuchen möchte, benötigt eine einheitliche Berechnungsgrundlage. Werden einzelne Nachweise bisher über Handrechnungen oder separate Excel-Tabellen geführt, kann der Vergleich verschiedener Konstruktionsstände entsprechend aufwendig werden.

MDESIGN führt die relevanten Eingaben und Berechnungsschritte innerhalb eines Moduls zusammen. So lassen sich Varianten systematisch gegenüberstellen und Veränderungen lokaler Beanspruchungen gezielter bewerten. Die Software unterstützt damit nicht nur den abschließenden Tragfähigkeitsnachweis, sondern auch die Auswahl geeigneter Konstruktionen während der Entwicklung.

Für die Interpretation der Ergebnisse steht zusätzlich der integrierte KI-Assistent aiven zur Verfügung. Er kann Fragen zum aktuellen Berechnungsfall aufgreifen und technische Zusammenhänge erläutern. Die fachliche Bewertung und konstruktive Entscheidung bleiben beim Ingenieur.

Weitere Informationen und Testmöglichkeiten

Weitere Informationen zur Berechnung von Welle-Nabe-Verbindungen finden Interessierte auf der MDESIGN-Website.

Wer Plankerbverzahnungen mit eigenen Randbedingungen untersuchen und Konstruktionsvarianten vergleichen möchte, kann MDESIGN 14 Tage kostenfrei und vollumfänglich testen.

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